天文在线|月亮光度成谜-美国新计划拟解决这个千古谜团本文参加百家号#科学了不起#系列征文赛

文章图片
本文参加百家号#科学了不起#系列征文赛。
月亮到底有多亮？由于月亮的高出镜率和离我们近水楼台的位置，你可能认为这个问题很好回答。如果你这样想，那就错了。
我们透过地球大气层观察月亮，这就造成接受的月球光线——也就是我们通常说的光谱照射度有很大误差，准确度很难提高到97%以上。

文章图片
地球大气与月亮（图源：美国国家航空航天局）
不过不用担心，对此科学家们提出了一个解决方案。这个方法需要使用一种能在21.3千米（70000英尺）高空飞行的NASA高空飞行器。这个高度刚好位于平流层内，且位置高于地球大气最厚的一部分——对流层。在这一有利位置进行拍摄，能避免95%的大气反射，因而能更清晰的捕捉月球图像。美国国家标准技术研究所、美国国家航空航天局和美国地质调查局以及圭尔夫大学的研究人员希望凭借这一优势，能够将测量精准度提高到99% 。
这次任务被命名为“机载月球光谱辐射度计划”(air-LUSI) ，并在11月中旬使用ER-2飞机进行了一系列飞行任务。

文章图片
ER-2高空科学飞机（图源：美国国家航空航天局）
然而科学家们计量月球所有时段的光度可不仅仅是为了好玩（尽管听上去确实很好玩的样子）。
同时这个计划收集到的数据在其他方面也能使我们受益。因为月光度数据可以帮助我们校准位于地球轨道运行和为监察地面的卫星。可以是用于追踪农业、干旱情况甚至是海藻活跃情况的气象卫星、环境卫星等。
为校准元件，需要使用卫星对已知光度光源进行拍摄，将拍摄的图像与之前拍摄的同光源的其他图像进行比对，如光度数值与已知光度不吻合，则地面指挥站就能得知这颗卫星的元件需要重校准或进行灵敏度调整了。
为实现这一目的，许多卫星都装备了太阳光反射板。太阳光经过反射板反射，由卫星拍摄图像并用于校准，你是不是认为这两者很相似？

文章图片
地球辐射平衡卫星（图源：美国国家航空航天局）
先别着急盖棺定论！由于位置较高受大气影响小，来自太阳强烈的射电辐射横行，导致这些反射板随时间推移而产生损耗。而月光辐射相较更为稳定、亮度与地球更为接近。
所以理论上来说，月球是一个非常理想的校准光源。你只需要知道地球、月球的需要校准的卫星的相对位置，就能预测月球的实时测量光度-如果你能准确测量光谱照射度或单独波长带宽中单位面积的能量值的话。

文章图片
因此团队在ER-2飞机的一系列飞行任务中，获得了月光可见光光谱和近红外光谱的完整数据，波长范围从380纳米到1000纳米。为了建立高精度月光度模型，测量的每个波长带宽只有几纳米。
团队取得的数据仍在分析中，但这也只是计划中的一小部分。因为飞行任务集中在几天内，能提供的只是月亮很短一段月相的状态，因为月相的一系列观测点，和地、日、卫星的相对位置，得到的数据有长达19年的变化周期。
为未来建立可靠的月光度模型，这可能需要3-5年的时间以进行更多次飞行。

文章图片
在air-LUSI飞行计划实施之前，研究团队设计了一种描述大气干扰的方法，这样在观测时可以有效降低受到干扰造成的误差。