北京
大气是一个动态变化的地方，而我们对这种动态的了解程度，取决于所关注的是大气层的哪一部分。低空区域可以由传统气球到达，并携带全套传感设备；更高的区域则是卫星的领域，它们快速的轨道使其能够穿越密度较低的区域。
但在30至100公里高空，有一个科学家称之为“未知层”（ignorosphere）的区域，仍在全球气候动态中扮演重要角色，但我们目前只能通过临时探空火箭到达那里，而这些火箭在坠回地球前只能收集几分钟数据。
不过，来自 Rarefied Technologies 的本杰明·谢弗（Benjamin Schafer）获得了一项 NASA 创新先进概念（NIAC）资助，他提出的新技术有望解决这个问题：投放一组能在该区域漂浮数月之久的传感器，同时提供对那些难以捕捉、却影响全球各地天气的长期模式的洞察。
那么，一组传感器如何能在一个能把整颗卫星拖下来、但对气球而言又过于稀薄而无法漂浮的大气高度上漂浮呢？它们利用的是一种叫做“光泳效应”的现象。我们之前曾报道过这一想法，但简而言之，光泳效应利用工程材料，借助阳光和有限的大气，精确漂浮在卫星和气球都难以涉足的高度。
这些传感器所用的材料被设计成顶部透明、底部深色，让阳光穿过到达底部，关键在于在传感器的顶部和底部之间产生温差。这种温差使撞击较热底部表面的气体粒子，比撞击顶部的粒子以更大的动能反弹。而动能的不平衡，在太空探索中还有另一个常用词——推力。
这种效应在海平面效果不佳——稠密的大气会产生太大阻力；在真空中也不起作用——因为没有气体分子来传递动能。但在30至100公里之间的理想区间，这种推进系统如同魔法般有效。工程师还可以将其设计为在紫外线下有意降解，这样它们就不会一直困在中间层，一旦表面降解到足够程度，它们最终会落回地球，确保不会成为太空垃圾的一部分。
部署这些传感器本身相对容易。高空气球或探空火箭将传感器带到约30公里高度，随后将其释放，传感器在没有任何飞行控制的情况下自主上升到约90至100公里——即它们的平衡高度。
然而，这些探测器本身太轻，无法携带主动传输自身数据所需的传感器设备和电池组。因此，任务计划利用在它们上方轨道运行的卫星来跟踪它们。为此，它们将被专门设计成将激光雷达光反射回这些卫星。
虽然这可能会限制它们直接采集化学样本、跟踪中间层风流模式的能力，但也大幅降低了尺寸、重量、功耗和成本（SWaP-C），这是太空任务可行性的一个关键指标。通过发射一些相对便宜且轻量的传感器，我们可以以从未有过的灵敏度，获得关于电离层天气状况的即时反馈。
不过，挑战依然存在。由于探测器依赖阳光产生温差，它们在夜间会开始下降高度，给其轨道模式带来一些变化。用激光雷达跟踪数千个这样的微型传感器本身也可能是一个挑战，尤其是在处理由此产生的所有数据方面。
但 NIAC 本身就是为疯狂的想法而设立的，这项任务无疑属于这一类别。第一阶段的资助为几十万美元，希望它能在未来几年进入第二阶段，并以更明确的路径走向一项完整成熟的任务。不过就目前而言，利用阳光驱动的高层大气漂浮传感器仍然只是一个梦想，尽管这个梦想有潜力成为现实。
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