CALIPSO是美國國家航空暨太空總署（NASA）和法國國家太空研究中心（CNES）聯合研發的雷射雷達衛星，於2023年結束了為期17年的任務。它與雲層衛星一起，提供了重要的大氣洞察力，影響了全球對2020 年澳洲野火和火山爆發等事件的理解。該計畫促進了全球科學界的發展。

研究人員利用天基CALIPSO 雷射雷達測量了地球上最大規模的動物遷徙，即小型海洋生物在夜間從深海游上來捕食浮游植物，然後在日出前又遊回去。圖片來源：NASA / Timothy Marvel

CALIPSO是一顆雷射雷達衛星，它促進了全球對氣候、天氣和空氣品質的了解，並於2023年8月1日結束了其科學使命。

在17 年的運作過程中，雲氣溶膠雷射雷達和紅外線探路者衛星觀測站記錄了100 多億次雷射雷達測量，並為數千份科學報告提供了資訊。CALIPSO由美國國家航空暨太空總署（NASA）和法國國家太空研究中心（Centre National d’Etudes Spatiales/CNES）共同發射，與雲衛星（CloudSat）上的雲探測雷達系統同步運作。

美國國家航空暨太空總署CALIPSO 計畫科學家Chip Trepte 說：「我們必須首次製造出能夠在太空中運作的精密雷射雷達。然後，我們打算讓這顆衛星緊密編隊飛行，將CALIPSO 雷射雷達剖面測量結果與CloudSat 的雷達剖面測量結果相符。”

美國國家航空暨太空總署地球科學部主任卡倫-聖傑曼（Karen St. Germain）發表了這一致辭，向CALIPSO科學團隊和科學界的其他成員表示慶祝。資料來源：美國國家航空暨太空總署

感測器技術

光達和雷達被認為是”主動”感測器，因為它們會向地球發射能量光束–CALIPSO使用的是激光，CloudSat使用的是無線電波–然後測量光束在大氣中如何反射雲層和氣溶膠。其他軌道科學儀器使用”被動式”感測器測量反射的太陽光或地球或雲層發出的輻射。來自CALIPSO 和CloudSat 的綜合資料為了解雲層結構和氣溶膠層提供了新的視角。

這兩顆衛星於2006 年4 月28 日同時發射，在太陽同步軌道上從南北極繞地球一周，每天下午早些時候穿越赤道。它們探測了大氣層的垂直結構，測量了雲層的高度以及塵埃、海鹽、灰燼和煙塵等空中顆粒層的高度。

透過這種獨特的、幾乎同時進行的觀測，科學家們對雲的形成、大氣對流、降水和粒子傳輸等幾個大氣過程有了更深入的了解。

動畫顯示的是美國太空總署Aqua 衛星上的中解析度成像分光儀(MODIS) 儀器在2019 年12 月31 日至2020 年1 月5 日期間拍攝的RGB 彩色影像。棕色煙羽從澳洲東南海岸延伸至塔斯曼海，越過塔斯曼海進入太平洋。疊加的垂直橫截面顯示了CALIPSO 雷射雷達在這些天的觀測結果。亮色表示存在小顆粒（氣溶膠），白色表示雲層。在南緯40 度附近的每個橫斷面上，都可以看到來自9 英里（14.5 公里）以上高度的大火的厚煙層。這些煙霧層下方的深色陰影是由於不透明煙霧層下方沒有雷射雷達訊號。這些煙霧層含有非常小的顆粒，具有與煙霧類似的光學特性。資料來源：NASA Langley/Roman Kowch

值得注意的觀測結果

例如，在澳洲2020 年的大規模野火中，CALIPSO 觀測到煙霧在地球表面上空9 到12 英里處躥升。其高度足以達到平流層，是有紀錄以來最高的煙羽之一。

火山灰對飛機有危害。細小的玻璃狀顆粒會影響能見度，並導致引擎熄火。”CALIPSO最重要的應用之一就是探測火山噴發產生的火山灰羽的存在並測量其高度，」溫克說。「世界各地的火山灰諮詢中心利用這些觀測數據來提醒和指導商業飛行員避免飛入火山灰羽。2010 年冰島火山爆發時，火山灰向南飄散到歐洲上空，導致多個國家的所有航班停飛。透過CALIPSO的觀測，科學家得以向飛行員發出警告。

CALIPSO 資料使用者的國際社群是該衛星的遺產之一。世界各地數百名學生學會如何在他們的研究生研究中使用CALIPSO 雷射雷達數據，形成了一個國際社區，現在他們已經為使用下一顆衛星雷射雷達的數據做好了準備。

Trepte 補充說：”合作夥伴關係使一個或多個團隊能夠共同完成單槍匹馬無法完成的任務。對於CALIPSO 而言，與法國國家太空研究中心（CNES）建立合作夥伴關係是最理想的選擇，他們在航天器和光達科學方面有著悠久的歷史，我們能夠建造和運行一個巨大的任務，促進我們對氣候、天氣和空氣品質的了解。”