CALIPSO激光雷达卫星任务的100亿次测量提供了重要的大气洞察力

CALIPSO激光雷达卫星任务的100亿次测量提供了重要的大气洞察力研究人员利用天基CALIPSO激光雷达测量了地球上最大规模的动物迁徙，即小型海洋生物在夜间从深海游上来捕食浮游植物，然后在日出前又游回去。图片来源：NASA/TimothyMarvelCALIPSO是一颗激光雷达卫星，它促进了全球对气候、天气和空气质量的了解，于2023年8月1日结束了其科学使命。在17年的运行过程中，云-气溶胶激光雷达和红外探路者卫星观测站记录了100多亿次激光雷达测量，并为数千份科学报告提供了信息。CALIPSO由美国国家航空航天局（NASA）和法国国家空间研究中心（CentreNationald'EtudesSpatiales/CNES）联合发射，与云卫星（CloudSat）上的云探测雷达系统同步运行。美国国家航空航天局CALIPSO项目科学家ChipTrepte说："我们必须首次制造出能够在太空中运行的精密激光雷达。然后，我们打算让这颗卫星紧密编队飞行，将CALIPSO激光雷达剖面测量结果与CloudSat的雷达剖面测量结果相匹配。"美国国家航空航天局地球科学部主任卡伦-圣杰曼（KarenSt.Germain）发表了这一致辞，向CALIPSO科学团队和科学界的其他成员表示庆祝。资料来源：美国国家航空航天局传感器技术激光雷达和雷达被认为是"主动"传感器，因为它们会向地球发射能量光束--CALIPSO使用的是激光，CloudSat使用的是无线电波--然后测量光束在大气中如何反射云层和气溶胶。其他轨道科学仪器使用"被动式"传感器测量反射的太阳光或地球或云层发出的辐射。来自CALIPSO和CloudSat的综合数据为了解云层结构和气溶胶层提供了新的视角。这两颗卫星于2006年4月28日同时发射，在太阳同步轨道上从南北两极绕地球一周，每天下午早些时候穿越赤道。它们探测了大气层的垂直结构，测量了云层的高度以及尘埃、海盐、灰烬和烟尘等空中颗粒层的高度。通过这种独特的、几乎同时进行的观测，科学家们对云的形成、大气对流、降水和粒子传输等几个大气过程有了更深入的了解。动画显示的是美国宇航局Aqua卫星上的中分辨率成像分光仪(MODIS)仪器在2019年12月31日至2020年1月5日期间拍摄的RGB彩色图像。棕色烟羽从澳大利亚东南海岸延伸至塔斯曼海，并越过塔斯曼海进入太平洋。叠加的垂直横截面显示了CALIPSO激光雷达在这些天的观测结果。亮色表示存在小颗粒（气溶胶），白色表示云层。在南纬40度附近的每个横截面上，都可以看到来自9英里（14.5千米）以上高度的大火的厚烟层。这些烟雾层下方的深色阴影是由于不透明烟雾层下方没有激光雷达信号。这些烟雾层含有非常小的颗粒，具有与烟雾类似的光学特性。资料来源：NASALangley/RomanKowch值得注意的观测结果例如，在澳大利亚2020年的大规模野火中，CALIPSO观测到烟雾在地球表面上空9到12英里处蹿升。其高度足以达到平流层，是有记录以来最高的烟羽之一。火山灰对飞机有危害。细小的玻璃状颗粒会影响能见度，并导致发动机熄火。"CALIPSO最重要的应用之一就是探测火山喷发产生的火山灰羽的存在并测量其高度，"温克说。"世界各地的火山灰咨询中心利用这些观测数据来提醒和指导商业飞行员避免飞入火山灰羽。2010年冰岛火山爆发时，火山灰向南飘散到欧洲上空，导致多个国家的所有航班停飞。通过CALIPSO的观测，科学家们得以向飞行员发出警告。CALIPSO数据用户的国际社区是该卫星的遗产之一。世界各地数百名学生学会了如何在他们的研究生研究中使用CALIPSO激光雷达数据，形成了一个国际社区，现在他们已经为使用下一颗卫星激光雷达的数据做好了准备。Trepte补充说："合作伙伴关系使一个或多个团队能够共同完成单枪匹马无法完成的任务。对于CALIPSO而言，与法国国家空间研究中心（CNES）建立合作伙伴关系是最理想的选择，他们在航天器和激光雷达科学方面有着悠久的历史，我们能够建造和运行一个巨大的任务，促进我们对气候、天气和空气质量的了解。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1386979.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1386979.htm

环状质子提供新的洞察力 揭开早期宇宙的神秘面纱

环状质子提供新的洞察力揭开早期宇宙的神秘面纱最近在美国能源部托马斯-杰斐逊国家加速器设施进行的一项实验深入研究了质子和中子共振的三维结构。这项研究为宇宙大爆炸后混沌初开的宇宙图景提供了又一块拼图。研究核子的基本特性和行为为我们了解物质的基本组成单元提供了重要线索。核子是构成原子核的质子和中子。每个核子由三个夸克组成，在强相互作用--自然界中最强的力--的作用下被胶子紧紧地结合在一起。核子最稳定、能量最低的状态称为基态。但是，当核子被强行激发到高能状态时，它的夸克会相互旋转和振动，表现出所谓的核子共振。来自德国吉森JustusLiebig大学（JLU）和康涅狄格大学的一组物理学家领导了CLAS合作项目，开展了一项探索这些核子共振的实验。实验在杰斐逊实验室世界一流的连续电子束加速器设备（CEBAF）上进行。CEBAF是能源部科学办公室的用户设施，为全球1800多名核物理学家的研究提供支持。研究成果最近发表在著名的同行评审期刊《物理评论快报》上。分析小组负责人斯特凡-迪尔（StefanDiehl）说，该小组的工作揭示了核子共振的基本特性。Diehl是吉森联合大学第二物理研究所的博士后研究员和项目负责人，同时也是康涅狄格大学的研究教授。这项工作还激发了对共振质子三维结构和激发过程的新研究。Diehl说："这是我们第一次进行对这种激发态的三维特征敏感的测量和观测。从原理上讲，这仅仅是个开始，这种测量正在开辟一个新的研究领域。"该实验于2018-2019年在实验大厅B进行，使用的是杰斐逊实验室的CLAS12探测器。一束高能电子束被送入冷却氢气室。电子撞击目标的质子，激发其中的夸克，并结合夸克-反夸克态（即所谓的介子）产生核子共振。这种激发稍纵即逝，但它们会以新粒子的形式留下存在的证据，这些新粒子是由受激粒子的能量裂变而成的。这些新粒子的寿命足以让探测器捕捉到它们，因此研究小组可以重建共振。Diehl等人最近在意大利特伦托举行的"用过渡GPD探索共振结构"联合研讨会上讨论了他们的研究成果。这项研究已经激励两个理论小组发表了相关论文。研究小组还计划在杰斐逊实验室利用不同的目标和极化进行更多的实验。通过极化质子的电子散射，他们可以获得散射过程的不同特征。此外，对类似过程的研究，如结合高能光子产生共振，也能提供更多重要信息。Diehl说，通过这些实验，物理学家可以弄清宇宙大爆炸后早期宇宙的特性："一开始，早期宇宙只有一些由夸克和胶子组成的等离子体，由于能量太高，这些等离子体都在旋转。然后，在某个时刻，物质开始形成，最先形成的是激发核子态。当宇宙进一步膨胀时，它冷却下来，基态核子显现出来。""通过这些研究，我们可以了解这些共振的特征。这将告诉我们宇宙中物质是如何形成的，以及为什么宇宙以现在的形式存在。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1390077.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1390077.htm

解码恒星起源：韦伯对NGC 604的红外洞察力

解码恒星起源：韦伯对NGC604的红外洞察力这张来自NASA詹姆斯-韦伯太空望远镜的NIRCam（近红外照相机）的恒星形成区NGC604的图像显示了来自明亮、炽热的年轻恒星的恒星风是如何在周围的气体和尘埃中形成空洞的。图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI以恒星形成区NGC604为例。这个区域位于273万光年外的三角座星系附近，与我们熟悉的银河系中的猎户座星云等恒星诞生区相似，但它的范围要大得多，而且包含了更多新近形成的恒星。这种区域是更遥远的"星爆"星系的小规模版本，它们经历了极高的恒星形成速度。这张来自美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜的中红外成像仪（MIRI）拍摄的恒星形成区NGC604的图像，显示了大量较冷气体和尘埃云在中红外波段是如何发光的。该区域是恒星形成的温床，是200多颗最热、质量最大的恒星的家园，它们都处于生命的早期阶段。图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI恒星的形成及其所处的混沌环境是宇宙研究中研究得最透彻的领域之一，但同时也是最神秘的领域之一。美国国家航空航天局（NASA）的詹姆斯-韦伯太空望远镜（JamesWebbSpaceTelescope）正在以前所未有的方式揭开这些复杂过程的神秘面纱。韦伯望远镜的近红外相机（NIRCam）和中红外光谱仪（MIRI）拍摄的两幅新图像展示了恒星形成区NGC604，它位于三角座星系（M33）中，距离地球273万光年。在这些图像中，洞穴般的气泡和伸展的气体细丝刻画出了比过去看到的更详细、更完整的恒星诞生过程。在NGC604的尘封气体包层中，隐藏着200多颗最炽热、质量最大的恒星，它们都处于生命的早期阶段。这些恒星分为B型和O型，后者的质量可能是太阳的100多倍。在附近的宇宙中发现如此密集的恒星是非常罕见的。事实上，在我们的银河系中也没有类似的区域。大质量恒星的集中，加上相对较近的距离，意味着NGC604为天文学家提供了一个在这些天体生命早期对其进行研究的机会。这段视频比较了哈勃太空望远镜的WFPC2（宽视场和行星相机2）在可见光下、詹姆斯-韦伯太空望远镜的NIRCam（近红外相机）在近红外下以及韦伯的MIRI（中红外光谱仪）在中红外下拍摄的恒星形成区NGC604的图像。资料来源：NASA、ESA、CSA、AlyssaPagan（STScI）在韦伯的近红外NIRCam图像（图像位于本页顶部）中，最明显的特征是呈鲜红色的卷须状和团块状发射物，它们从看起来像空地或星云中的大气泡的区域延伸出来。来自最亮、最热的年轻恒星的恒星风刻画出了这些空洞，同时紫外线辐射使周围的气体电离。这些电离氢呈现出白色和蓝色的幽光。韦伯近红外图像中明亮的橙色条纹标志着碳基分子的存在，这种分子被称为多环芳烃（PAHs）。这种物质在星际介质以及恒星和行星的形成过程中发挥着重要作用，但其来源却是一个谜。当你远离眼前的尘埃空地时，更深的红色代表分子氢。这种较冷的气体是恒星形成的主要环境。这幅由韦伯的NIRCam（近红外相机）拍摄的NGC604图像显示了罗盘箭头、比例尺和供参考的色键。向北和向东的罗盘箭头显示了图像在天空中的方位。刻度条标注的单位是光年，即光在一个地球年所走过的距离。(光传播的距离等于刻度条的长度需要3年）。一光年约等于5.88万亿英里或9.46万亿公里。这张图片显示的是不可见的近红外光波长，这些波长已被转换成可见光的颜色。色键显示了收集这些光线时使用了哪些NIRCam滤光片。每个滤光片名称的颜色就是用来表示通过该滤光片的红外光的可见光颜色。资料来源：NASA、ESA、CSA、STScI韦伯望远镜精湛的分辨率还让我们了解到一些以前看起来与主星云无关的特征。例如，在韦伯的图像中，有两颗明亮、年轻的恒星在中央星云上方的尘埃中挖出了洞，通过弥漫的红色气体连接在一起。在美国国家航空航天局哈勃太空望远镜的可见光成像中，这两颗恒星看起来是独立的斑点。韦伯用中红外波段观测到的景象也从一个新的角度展示了这一区域丰富多彩的动态活动。在NGC604的MIRI视图中（页首第二张图片），恒星的数量明显较少。这是因为热恒星在这些波长下发出的光要少得多，而较大的较冷气体和尘埃云则会发光。这张图片中看到的一些恒星属于周围的星系，它们是红超巨星--这些恒星温度低，但体积非常大，直径是太阳的数百倍。此外，在NIRCam图像中出现的一些背景星系也逐渐消失。在MIRI图像中，蓝色的物质卷须表示多环芳香烃的存在。据估计，NGC604的年龄约为350万年。发光气体云的直径约为1300光年。编译自:ScitechDaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1425710.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1425710.htm