一只新的儀器盯著月球，正在高空NASA飛機(jī)上起飛，以測量月球的亮度，并最終幫助對地觀測傳感器進(jìn)行更精確的測量。

機(jī)載月球光譜輻照度儀（air-LUSI）正在NASA的ER-2飛機(jī)上飛行。ER-2能夠在高于地面約70,000英尺的云層之上飛行。這項飛行是在夜間進(jìn)行，以避免太陽的散射光，于11月13日開始，并將于11月17日從美國宇航局位于加利福尼亞州帕姆代爾的阿姆斯特朗飛行研究中心結(jié)束。

馬里蘭大學(xué)教授凱文·特皮（Kevin Turpie）說，由美國國家航空航天局（NASA）資助的儀器“正在測量月球在各個階段反射的陽光量，以便準(zhǔn)確表征其特征，并擴(kuò)展月球用于校準(zhǔn)地球觀測傳感器的方式”。 ，巴爾的摩縣，領(lǐng)導(dǎo)空軍LUSI工作。Turpie及其團(tuán)隊由NASA的地球科學(xué)部和美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）資助。

月球如何幫助地球傳感器

NASA / NOAA / DOD Suomi國家極地軌道合作伙伴衛(wèi)星和NOAA-20氣象衛(wèi)星上的可見紅外成像輻射套件（VIIRS）等地球觀測傳感器收集云層，地表覆蓋層和海洋顏色的圖像。這些傳感器在努力工作的同時，還必須支撐高能粒子并承受紫外線，紫外線會隨著時間的推移而降低其性能。

為了考慮靈敏度的任何變化，VIIRS和其他衛(wèi)星儀器通過查看已知參考并比較最新外觀與以前的外觀來校準(zhǔn)其傳感器。如果傳感器看到的參考與以前不同，則表明需要重新校準(zhǔn)或調(diào)整其靈敏度。

當(dāng)前，許多儀器攜帶不透明或白色的材料（稱為擴(kuò)散器），該材料會反射陽光并充當(dāng)傳感器校準(zhǔn)的參考。但是，盡管太陽提供穩(wěn)定的輸出，但其刺眼的射線會隨著時間的推移使漫射器退化。另一方面，月亮是理想的擴(kuò)散器，因?yàn)樗鼘μ�陽光的反射率是穩(wěn)定的，并且在亮度上更類似于地球。

Air-LUSI在美國加利福尼亞州棕櫚谷的NASA阿姆斯特朗飛行研究中心的一架ER2上起飛，進(jìn)行了一次空戰(zhàn)，以測量2019年11月13日至17日的月球。圖片來源：NASA照片/ Ken Ulbrich

科學(xué)家們早就知道月球的潛力。Turpie說：“在阿波羅計劃執(zhí)行后不久，美國地質(zhì)調(diào)查局（USGS）的一個小組就開發(fā)了一種表征月球的方法，以便地球觀測衛(wèi)星可以將其用于校準(zhǔn)。”

1995年至2003年，位于亞利桑那州弗拉格斯塔夫的USGS機(jī)器人月球觀測站（ROLO）每月測量一次月球。USGS的科學(xué)家Tom Stone和USGS的前科學(xué)家Hugh Kieffer共同開發(fā)了基于ROLO的模型它已經(jīng)并且將繼續(xù)用于幫助校準(zhǔn)諸如SeaWiFS之類的儀器中的地球觀測傳感器，該儀器從1997年至2010年運(yùn)行，并測量海洋顏色以監(jiān)測浮游植物。SeaWiFS定期查看月球以記錄其儀器靈敏度的任何變化。

斯通說，盡管許多地球觀測任務(wù)校準(zhǔn)團(tuán)隊使用ROLO，但他們的月球校準(zhǔn)數(shù)據(jù)可能存在很大差異。希望air-LUSI的高精度測量能夠表征這些差異，并確定它們是由ROLO模型中的內(nèi)部偏差還是其他原因引起的。斯通說：“我們無法將ROLO校準(zhǔn)驗(yàn)證到高于5％的水平。” “ Air-LUSI可以改善ROLO或確定需要改進(jìn)的地方。”

Turpie表示，Air-LUSI的新型儀器能夠獲得高精度的月球光譜輻照度測量值，其不確定度最低（小于1％），從而將月球確定為絕對校準(zhǔn)參考，并幫助遙感科學(xué)家確定地球是否觀測到地球VIIRS之類的傳感器正在記錄地球上的實(shí)際變化或儀器的變化。

盡管地球觀測任務(wù)每個月都可以在同一時間和每個階段同時觀測月球，以注意到其儀器靈敏度的趨勢，但他們尚未能夠?qū)⒃虑蛴米鹘^對校準(zhǔn)參考，Kurt Thome馬里蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達(dá)德太空飛行中心負(fù)責(zé)地球觀測任務(wù)的項目科學(xué)家說。

絕對校準(zhǔn)參考是什么意思？如果比較兩個人并排站立，很容易看到哪個人更高。但是，如果這兩個人處于世界的兩端，那么比較他們的身高的唯一方法就是像尺子那樣使用絕對參照物。Thome說，Air-LUSI的目標(biāo)是使月球成為絕對的校準(zhǔn)參考，這意味著儀器只需要對月球進(jìn)行一次觀察即可確定儀器的絕對靈敏度，同時可以隨時間進(jìn)行比較以查看儀器是否在變化。

位于加利福尼亞州帕姆代爾的美國宇航局阿姆斯特朗飛行研究中心的地勤人員安裝了一條軌道，以支撐自主的，機(jī)器人望遠(yuǎn)鏡安裝的儀器子系統(tǒng)，該子系統(tǒng)是air-LUSI的一部分，其攝像頭可掃描天空以找到月球。圖片來源：NASA圖片/ Ken Ulbrich

共同努力

Turpie說，為了收集有關(guān)月球的信息，air-LUSI包括三個子系統(tǒng)，這需要多個組織的專業(yè)知識。他的團(tuán)隊包括NIST，USGS，加拿大安大略省的圭爾夫大學(xué)和NASA的人員。

第一個組件稱為IRIS，是輻照儀器子系統(tǒng)的縮寫，由NIST設(shè)計。它包括一臺能夠在溫度和壓力受控的外殼內(nèi)進(jìn)行月球精確測量的儀器。

第二個組件是由圭爾夫大學(xué)設(shè)計和制造的名為ARTEMIS（自主式機(jī)器人望遠(yuǎn)鏡安裝儀器子系統(tǒng)）的機(jī)器人望遠(yuǎn)鏡安裝座。ARTEMIS的相機(jī)可以掃描天空，直到找到月球，并指示望遠(yuǎn)鏡指向月球并將其鎖定在適當(dāng)?shù)奈恢�，而與飛機(jī)的運(yùn)動無關(guān)。

最后一個組件是高空ER-2適配或HERA。HERA包括將儀器固定在一起并固定在平面上的所有結(jié)締組織，例如電纜和安裝設(shè)備，以及熱穩(wěn)定組件。Air-LUSI能夠在飛行過程中記錄數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)從飛機(jī)上下載到地面。

空中LUSI的一小步，地球科學(xué)的一大飛躍

托梅說，在不久的將來，一顆可操作的氣象衛(wèi)星將受益于能夠?qū)⒃虑蜃鳛榻^對校準(zhǔn)參考。這包括目前正在飛行的Suomi國家極地軌道伙伴關(guān)系（Suomi NPP）和20號聯(lián)合極地衛(wèi)星系統(tǒng)（JPSS）衛(wèi)星，以及未來將由NOAA及其國際伙伴提供的衛(wèi)星。托梅說，每顆衛(wèi)星都可以通過月球校準(zhǔn)其儀器，以比較其傳感器與其他衛(wèi)星的傳感器的承受力。

Turpie說，在浮游植物氣溶膠云和海洋生態(tài)學(xué)（PACE）衛(wèi)星上，美國宇航局即將推出的海洋彩色成像儀也打算使用月球進(jìn)行校準(zhǔn)。

托梅說：“ Air-LUSI的月球測量值使人們更容易用月球校準(zhǔn)他們的儀器�！�