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軍工航天新聞

NASA借助太空激光測量精確繪制南極洲冰蓋圖

星之球科技 來源:Ringier2021-07-30 我要評論(0 )   

從近地軌道的太空看,南極洲給人的感覺像是裹了一層白色冰毯,這樣的情形已經維持了數百萬年。南極洲冰蓋最深處可達數千米,并且在其下面還隱藏著數百個融水湖,湖底與...

從近地軌道的太空看,南極洲給人的感覺像是裹了一層白色冰毯,這樣的情形已經維持了數百萬年。南極洲冰蓋最深處可達數千米,并且在其下面還隱藏著數百個融水湖,湖底與大陸基巖相連接。其中的一些融水湖通過與海洋相連的水道系統,進行灌入和排水。


當前,美國航空航天局(NASA)借助先進的地球觀測激光儀器,讓科學家們能更清晰和完整地掌握隱藏在西南極洲冰蓋下的湖泊系統。另外,科學家通過該項技術還意外發現了兩個仍處于活躍狀態的冰下湖。


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■利用ICESat-2收集的數據,科學家們更掌握南極洲冰蓋下的湖泊特征(來源:美國宇航局戈達德太空飛行中心,凱利·布倫特博士)


這項研究發現幫助科學家,就冰蓋下的水道系統是如何影響冰層滑入海洋的速度提供了重要見解。隨著南極洲冰層劃入海洋速度的加快,未來也增加了改變其循環和生態系統的淡水。NASA利用ICESat-2衛星使科學家能精確繪制冰下湖泊地圖。


盡管冰層厚度很大,但隨著冰蓋下湖泊的灌入或排空,它也會上升或下降。利用太空衛星測量冰面高度也是目前可取的有效手段之一。該研究成果在7月7日發表在Geophysical Research Letters(《地球物理研究快報》)上。


衛星的工作原理是發射一束激光,激光分裂成六束,所有的激光在發射至地表后反彈。一些來自光的光子使它返回到衛星上,而這些光子返回到衛星上所需的時間可以用來測量光照射到的光斑高度。測量結果精確到了十億分之一秒。


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■動畫演示ICESat-2衛星搭載的激光技術測量地表過程(來源:美國宇航局戈達德太空飛行中心)


幾十年來,南極洲冰蓋下的水文系統一直是個謎。這種情況從2007年起開始發生變化,當時加州大學圣地亞哥分校斯克里普斯海洋學研究所的冰川學家Helen Amanda Fricker取得了一項突破,幫助更新了對南極洲冰下湖泊的經典理解。


2007年借助于ICESat衛星數據(ICESat-2的前身),Fricker首次發現在南極洲快速流動的冰流下,整個湖泊網絡彼此連接,隨著時間的推移不斷地進行著填充和排水。以前,科學家普遍認為這些湖泊始終處于靜態并保持融水,沒有灌入和排水。


至此,科學家得出的結論是,南極洲冰蓋下的這種湖泊活躍由多種因素造成,包括上層冰塊的巨大重量所施加的壓力波動、冰蓋床和下面巖石間的摩擦,以及來自冰層的熱量。為了研究南極洲冰下湖泊頻繁灌入和排水的區域,Fricker在設計ICESat-2任務從太空觀察極地冰的方式發揮了關鍵作用。


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■動畫演示南極洲冰蓋下的融水湖(來源:美國宇航局戈達德太空飛行中心)


科學家們通過研究發現,南極洲冰蓋像厚厚的蜂蜜一樣從大陸的中心區域緩慢向外流動。當冰接近海岸時,速度發生了劇烈變化,變成了河流般的冰流,以每天幾米的速度將冰層快速地滑入海洋。


隨著冰蓋移動,它會出現裂縫、裂縫和其他缺陷。當冰蓋下的湖泊積水或排水時,它們也會使上面的凍結表面發生變形。無論大小,ICESat-2衛星使用激光高度計系統測量了地球表面,以精確到幾英寸的精度繪制了這些冰層高度的變化。


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■動畫模擬南極洲附近海面的洋流變化(來源:美國宇航局戈達德太空飛行中心)


通過長期衛星跟蹤測量,將為冰蓋理論提供重要的證據。在過去20年中,冰川學家發現南極洲冰蓋的變化影響了地球大氣和海洋變暖。Fricker提出,現在看來在我們看不見的地方即冰蓋下的湖泊變化,會成為未來南極冰蓋研究的重點領域。


最近,Fricker和另一組科學家探索了淡水和南大洋之間的聯系。這一次,研究團隊是通過觀察冰架表面附近的湖泊。一塊漂浮在海洋上的大冰塊被視為冰蓋的延伸。研究報告稱,從湖底到南極洲東部艾默里冰架底部發生裂縫后,一個被冰覆蓋的大型湖泊于2019年出現了坍塌。


利用來自ICESat-2的數據,該團隊分析了冰架景觀的崎嶇變化。坍塌事件發生后,原來的地方留下了一個約10平方公里的巨大洼地,面積是紐約中央公園的三倍多。三天之內,這條裂縫將近2000億加侖的淡水從冰架表面輸送到的海洋中。


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■(來源:美國宇航局戈達德太空飛行中心)


2019年9月NASA發射了ICESat-2衛星,幫助科學家不斷更新了對南極洲的認知。除了繪制冰蓋地圖外,該衛星還收集了世界其他地區的信息,包括陸地地形、河流、湖泊和森林的高度,以及海底的深度。


ICESat-2收集數據后,科學家們利用它在古老的南極地圖上完善了更多的細節,并顯示冰原和冰川隨時間的海拔變化。這些數據可以幫助他們改進海冰和氣候預測。ICESat-2測量高度變化的精度可以幫助科學家區分薄海冰和厚海冰。


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