據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，美國國家航空航天局（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）紅外探測器，最初由位于美國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器，是緊湊型熱像儀的核心器件。

Hewagama說：“將濾光片集成到探測器上，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。小型衛(wèi)星和其它任務(wù)可以通過該紅外探測器的分辨率和精度獲益。”

戈達(dá)德工程師Murzy Jhabvala領(lǐng)導(dǎo)了該紅外探測器的早期開發(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，集成該紅外探測器的緊湊型熱像儀在國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，使探測器能夠以更高的分辨率解析更多波長的紅外光：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)將測量地表熱量，并能以高幀頻進(jìn)行污染監(jiān)測和火災(zāi)觀測。

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)面向野火探測和預(yù)測的緊湊型火災(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。”

Morton的團(tuán)隊(duì)設(shè)想，在對火情成像儀進(jìn)行機(jī)載測試后，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，該探測器裝有偏振濾光片，可以測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)注白天觀測到的氣溶膠和海洋顏色科學(xué)。在中波和長波紅外波段，新的紅外偏振儀將從白天和夜間觀測中捕捉云層和地表特性。”

在另一項(xiàng)工作中，Hewagama正在與Jhabvala和Jennings合作，在紅外探測器中加入線性可變?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)也有利于對巖質(zhì)行星、彗星和小行星的任務(wù)。她說，它們可以識別土星衛(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。”她說，“它們是冷的，但發(fā)出的光在新型紅外探測器的探測范圍之內(nèi)。在太陽背景下觀察這些羽流，可以讓我們非常清楚地識別它們的成分和垂直分布。”