據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）開發(fā)的新型高光譜紅外相機(jī)配備了各種輕型濾光片，能夠探測(cè)地球高層大氣和地表反射陽光，可以改善森林火災(zāi)預(yù)警，還能揭示其它行星的分子組成。

上述高光譜紅外相機(jī)采用高靈敏、高分辨率應(yīng)變層超晶格（SLS）紅外探測(cè)器，最初由位于美國(guó)馬里蘭州格林貝爾特的NASA戈達(dá)德太空飛行中心開發(fā)。它們結(jié)構(gòu)緊湊、質(zhì)量輕、適應(yīng)性強(qiáng)，使Tilak Hewagama等工程師能夠根據(jù)各種科學(xué)需要進(jìn)行調(diào)整應(yīng)用。

戈達(dá)德工程師Murzy Jhabvala手中拿著的便是高分辨率、高光譜范圍紅外探測(cè)器，是緊湊型熱像儀的核心器件。

Hewagama說：“將濾光片集成到探測(cè)器上，消除了傳統(tǒng)鏡頭和濾光片系統(tǒng)的大重量問題。這使得輕量化熱像儀可以擁有緊湊的焦平面，從而可以使用更小、更高效的冷卻器進(jìn)行紅外探測(cè)。小型衛(wèi)星和其它任務(wù)可以通過該紅外探測(cè)器的分辨率和精度獲益?！?/p>

戈達(dá)德工程師Murzy Jhabvala領(lǐng)導(dǎo)了該紅外探測(cè)器的早期開發(fā)工作，并領(lǐng)導(dǎo)了如今的濾光片集成工作。

Jhabvala還領(lǐng)導(dǎo)了國(guó)際空間站上的“緊湊型熱像儀”實(shí)驗(yàn)，該實(shí)驗(yàn)展示了新型探測(cè)器技術(shù)在太空中的應(yīng)用，同時(shí)也證明了其在地球科學(xué)領(lǐng)域的重大成功。

2019年和2020年，集成該紅外探測(cè)器的緊湊型熱像儀在國(guó)際空間站上捕捉到了澳大利亞異常嚴(yán)重的火災(zāi)。憑借其高分辨率探測(cè)到了火線的形狀和位置，以及距離居民區(qū)的距離，這些信息對(duì)急救人員至關(guān)重要。

這次試驗(yàn)獲得的數(shù)據(jù)提供了有關(guān)野火的詳細(xì)信息，使人們更好地了解了地球云層和大氣層的垂直結(jié)構(gòu)，并捕捉到了由地球陸地特征引起的上升氣流，被稱為重力波。

這種突破性的紅外探測(cè)器利用重復(fù)的分子結(jié)構(gòu)層與單個(gè)光子相互作用，使探測(cè)器能夠以更高的分辨率解析更多波長(zhǎng)的紅外光：從空間站軌道上看，每個(gè)像素的分辨率可以達(dá)到80米，而目前的熱像儀分辨率為375~1000米）。

這種熱像儀的成功吸引了NASA地球科學(xué)技術(shù)辦公室（ESTO）、小企業(yè)創(chuàng)新與研究以及其它計(jì)劃的投資，以進(jìn)一步擴(kuò)大其應(yīng)用覆蓋。

Jhabvala和NASA先進(jìn)陸地成像熱紅外探測(cè)器（ALTIRS）團(tuán)隊(duì)正在為今年的激光雷達(dá)、高光譜和熱像儀（G-LiHT）機(jī)載項(xiàng)目開發(fā)六波段版本。他說，這種開創(chuàng)性紅外相機(jī)將測(cè)量地表熱量，并能以高幀頻進(jìn)行污染監(jiān)測(cè)和火災(zāi)觀測(cè)。

NASA戈達(dá)德地球科學(xué)家Doug Morton領(lǐng)導(dǎo)了一個(gè)名為ESTO的項(xiàng)目，開發(fā)面向野火探測(cè)和預(yù)測(cè)的緊湊型火災(zāi)成像儀。

Morton說：“我們很難杜絕火災(zāi)，因此我們正試圖了解火災(zāi)在其生命周期中是如何釋放能量的。這將幫助我們更好地理解越來越易燃世界中的火災(zāi)新特性?！?/p>

Morton的團(tuán)隊(duì)設(shè)想，在對(duì)火情成像儀進(jìn)行機(jī)載測(cè)試后，他們將裝備一個(gè)由10顆小型衛(wèi)星組成的編隊(duì)，每天提供更多的火情圖像，從而提供全球火情信息。

他說，結(jié)合下一代計(jì)算機(jī)模型，“這些信息可以幫助森林服務(wù)和其它消防機(jī)構(gòu)預(yù)防火災(zāi)，提高前線消防員的安全性，保護(hù)火災(zāi)路徑上居民的生命和財(cái)產(chǎn)安全”。

探測(cè)地球內(nèi)外的云層

NASA戈達(dá)德地球科學(xué)家Dong Wu說，該探測(cè)器裝有偏振濾光片，可以測(cè)量地球高層大氣云層中的冰顆粒是如何散射和偏振光的。

Dong Wu說，這一應(yīng)用將有力補(bǔ)充NASA的浮游生物、氣溶膠、云層和海洋生態(tài)系統(tǒng)（PACE）任務(wù)。這兩項(xiàng)任務(wù)都測(cè)量了光波偏振方向與紅外光譜不同部分傳播方向的關(guān)系。

Dong Wu解釋說：“PACE任務(wù)中的偏振儀監(jiān)測(cè)可見光和短波紅外光。這項(xiàng)任務(wù)將重點(diǎn)關(guān)注白天觀測(cè)到的氣溶膠和海洋顏色科學(xué)。在中波和長(zhǎng)波紅外波段，新的紅外偏振儀將從白天和夜間觀測(cè)中捕捉云層和地表特性?！?/p>

在另一項(xiàng)工作中，Hewagama正在與Jhabvala和Jennings合作，在紅外探測(cè)器中加入線性可變?yōu)V光片，以提供紅外光譜中的更多細(xì)節(jié)。這些濾光片可以揭示大氣分子的旋轉(zhuǎn)和振動(dòng)，以及地球表面的成分。

行星科學(xué)家Carrie Anderson說，這項(xiàng)技術(shù)也有利于對(duì)巖質(zhì)行星、彗星和小行星的任務(wù)。她說，它們可以識(shí)別土星衛(wèi)星Enceladus巨大羽流中釋放出的冰和揮發(fā)性化合物。

“它們本質(zhì)上是冰的間歇噴泉?！彼f，“它們是冷的，但發(fā)出的光在新型紅外探測(cè)器的探測(cè)范圍之內(nèi)。在太陽背景下觀察這些羽流，可以讓我們非常清楚地識(shí)別它們的成分和垂直分布?！?/p>