美气候卫星退役在即

艺术家作品中的地球之旅。资料来源:美国航天局/JPL

地球气候的哨兵越来越弱。美国国家航空航天局9月15日宣布，重力恢复和气候实验(GRACE)卫星在服役超过预期寿命10年后，燃料几乎耗尽，并将很快进行最后一轮科学实验。这两颗串联的卫星被称为GRACE-1和GRACE-2

-测量了地球重力的微小变化，以绘制地球上的质量流量，例如极地冰盖的突然融化和地下蓄水层水位的下降。

科学家们曾希望GRACE能继续运行，直到其价值5.5亿美元的继任者GRACE-FO达到预定轨道。然而，出于某种原因，GRACE-FO的发布被推迟至2018年初。与此同时，GRACE-2携带的储存太阳能的电池正在迅速失效，迫使卫星通过燃烧燃料运行。美国宇航局的工程师去年关闭了一个加速计来保持它的运行，但是卫星自身的数据一直在下降。

9月4日，在另一个电池停止运行后，科学家们与GRACE-2失去了联系。在接下来的4天里，科学家们进行了疯狂的工作试图拯救卫星。最后，他们绕过了卫星的飞行软件，成功地重启了它。美国宇航局现在已经将GRACE-2置于待命状态，直到10月中旬，届时它将再次运行到11月初，以完成最后一次计划的科学采集。

然而，加州帕萨迪纳市美国宇航局喷气推进实验室的冰川学家埃里克·里格诺特指出，这些任务之间的差距将使创造一个无缝记录变得更加困难。有一些可供选择的方法可以用来计算GRACE提供的观测数据，因此有可能采取权宜措施。例如，冰盖质量的变化可以通过使用来自其他卫星的数据来估计。然而，没有类似的方法可以用来监测冰川或冰盖质量的变化，更不用说水文学家从卫星获得的地下水和土壤湿度的测量方法。里格诺特说:“填补这个空缺将是一项不可能的任务。”

由于美国和德国的共同努力，自2002年发射以来，GRACE为科学家们提供了一个前所未有的地球水和冰的视角。这个实验依赖于测量两颗卫星绕地球运行时重力效应的变化。在220公里的距离上，GRACE卫星不断地使用微波脉冲来监测彼此之间长达几微米的距离。当一颗卫星接近一个质量较大的特征时，如冰盖，该区域增加的重力会暂时扩大两颗卫星之间的距离，距离的变化最终会转化为质量。

这些数据完全改变了整个学科，如水文学，并使科学家能够记录人类开采造成的地下水损失。GRACE数据显示，融化的极地冰盖对海平面上升的贡献大于高山冰川的消失。它还发现，格陵兰岛平均每年损失2800亿吨冰，而南极洲每年损失1200亿吨冰，而且这两个速度似乎都在加快。格雷斯还启发了其他类似的任务，如美国宇航局的重力恢复和内部实验室，探索月球内部。

加州大学欧文分校的地球物理学家伊莎贝拉·韦里科尼亚(Isabella Velicogna)表示，在GRACE的档案数据中仍有许多研究要做。例如，韦里科尼亚和她的同事最近使用GRACE数据首次观察到一种奇怪的、违反直觉的效应——格陵兰和南极洲的冰盖融化正在向海洋注入水，并增加海平面上升的趋势。然而，失去的冰也意味着失去的重力，所以冰盖附近的海平面实际上已经下降，而地球的一半海平面正在上升。这种被称为“海平面指纹”的动态，在这个领域已经被广泛认可，GRACE提供了第一个直接证据来证实它的发生。

Velicogna说，虽然这样的数据差距是不幸的，但这并不意味着GRACE已经结束。GRACE-FO基本上是第一个任务的延续。它将通过测量两颗卫星之间的距离来提供更好的质量分辨率，不仅是用微波，还用实验性的激光测距仪。同样的技术有一天可以帮助计划中的卫星星座捕捉引力波。

(赵茜·Xi)

中国科学新闻(2017-09-19，第二版国际)