NASA EMIT：灰尘探测器为气候科学带来首批太空地图

NASA在国际空间站(ISS)上的地球表面矿物尘源调查(EMIT)任务已经产生了它的第一批矿物地图并提供了详细的图像，它们显示了内华达州西北部和撒哈拉沙漠中的利比亚地区的表面成分。EMIT是NASA于2022年7月14日由SpaceX的龙飞船发射到ISS的。

像这样多风的沙漠地区是细小尘埃颗粒的来源，这些尘埃颗粒被风扬到大气中时可以加热或冷却周围的空气。但研究人员还不能评估大气中的矿物尘埃是否在地方、区域和全球范围内具有整体的加热或冷却效果。EMIT的测量结果将帮助他们推进计算机模型并提高我们对灰尘对气候影响的理解。

位于南加州的NASA喷气推进实验室(JPL)和美国地质调查局(USGS)的EMIT科学家创建了这些地图，从而可以测试仪器测量的准确性，这是准备全面科学运作的关键第一步。

EMIT于7月安装在空间站上，是一类新的高保真成像光谱仪中的第一个，它从空间收集数据并在比以前的仪器更大的体积下产生更好的质量数据。

“几十年前，当我在研究生院的时候，从实验室的地质样品中收集一个光谱需要10分钟。EMIT的成像光谱仪每秒却可以测量30万个光谱，且质量上乘，”EMIT的主要研究人员和JPL的高级研究科学家Robert Green说道。

“我们从EMIT获得的数据将使我们更深入地了解地球的加热和冷却以及矿物尘埃在这一循环中发挥的作用，”NASA首席科学家和高级气候顾问Kate Calvin说道，“看到我们在如此短的时间内从任务中获得如此多的数据，这很有希望。EMIT是空间站上的七个地球科学仪器之一，其为我们提供了关于我们的星球如何受到气候变化影响的更多信息。”

据悉，EMIT分析来自地球的反射光以数百种波长测量它--从光谱的可见光到红外线范围。不同的材料以不同的波长反射光线。科学家利用这些被称为光谱指纹的模式来识别表面矿物并确定其位置。

绘制矿物地图

内华达州的地图集中在太浩湖东北约130英里（209公里）的山区，揭示了以高岭土为主的地点，高岭土是一种浅色的矿物，其颗粒向上散射光线，在大气中移动时冷却空气。该地图和光谱指纹与2018年机载可见光/红外成像光谱仪（AVIRIS）从飞机上收集的数据密切相关，这些数据当时得到了地质学家的验证。研究人员正在利用这个和其他的比较来确认EMIT测量的准确性。

另一张矿物图显示，在的黎波里以南约500英里（800公里）的撒哈拉沙漠的一个人烟稀少的地段，有大量的高岭土以及两种铁氧化物，赤铁矿和戈铁矿。来自富含铁氧化物地区的颜色较深的尘埃颗粒会强烈吸收太阳的能量并加热大气层，可能会影响气候。

目前，关于源自撒哈拉部分地区的尘埃的成分，几乎没有任何信息。事实上，研究人员只有来自世界各地的大约5000个土壤样本的详细矿物信息，这就要求他们对灰尘的成分作出推断。

EMIT将在六大洲收集数十亿新的光谱测量数据、填补这一知识空白并推动气候科学。“有了这种卓越的表现，我们有望在不到一年的时间里全面绘制地球干旱地区的矿物图--约占地球陆地表面的25%--并实现我们的气候科学目标，”Green说道。

EMIT的数据还将免费提供给广泛的调查。更重要的是，该仪器的技术正在为未来的地表生物和地质(SBG)卫星任务奠定基础，该任务是NASA地球系统观测站的一部分，是一组旨在解决气候变化的任务。

开拓性技术

EMIT的根源在于NASA的机载成像光谱仪(AIS)在1982年首次展示的成像光谱仪技术。该仪器旨在从低空研究飞机上识别地球表面的矿物，它几乎立即提供了令人惊讶的结果。在内华达州Cuprite附近的早期测试飞行中，AIS检测到了水铵长石的独特光谱特征，这种矿物在该地区以前的任何地质图上都没有见过。

AVIRIS--接替AIS的机载仪器--在1986年推出时为未来的光谱仪铺平了道路，其研究了地质学、植物功能和高山融雪等自然现象。另外，它还绘制了超级基金场地的化学污染图并研究了石油泄漏--包括2010年的“深水地平线”大规模泄漏。在9月11日袭击事件发生后，它飞越了曼哈顿的世贸中心遗址，找到了失控的火灾并绘制了残骸中的碎片组成。

多年来，随着光学、探测器阵列和计算能力的进步，能够分辨更小目标和更细微差异的成像光谱仪已经随着任务飞过整个太阳系。

2009年，印度空间研究组织的Chandrayaan-1探测器上的一个由JPL建造的成像光谱仪测量了月球上的水的迹象。NASA将于2024年发射的Europa Clipper将依靠一个成像光谱仪来帮助科学家评估这个冰冷的Jovian卫星是否有可能支持生命的条件。

JPL开发的高度先进的光谱仪将成为NASA即将进行的月球开拓者项目的一部分--该项目将确定月球上水的形式、丰度和分布及月球水循环的性质，另外还将出现在非营利组织Carbon Mapper即将发射的卫星上以此在从太空中发现温室气体的点源。

“技术的发展方向是我从未想象过的，”JPL研究员Gregg Vane说道，“现在有了EMIT，我们正在用它从太空回看我们自己的星球以进行重要的气候研究。”据悉，他的地质学研究生课程帮助激发了最初成像光谱仪的想法。