NASA的AWE任務將發射到國際太空站，它將透過地球的自然氣輝研究大氣波及其對太空天氣的影響，為未來的衛星通訊和追蹤提供資訊。NASA 的”大氣波實驗”（Atmospheric Waves Experiment，簡稱AWE）任務計劃於2023 年11 月9 日發射到國際太空站（ISS），它將利用地球天空中自然的、虛無縹緲的輝光來研究地球大氣中的波。

美國國家航空暨太空總署（NASA）大氣波實驗（AWE）繪製全球中間層重力波特性圖的效果圖。透過分析中間層的氣輝，AWE 將增進我們對大氣重力波對太空天氣和衛星通訊影響的了解。資料來源：美國國家航空暨太空總署

AWE 由位於猶他州北洛根的猶他州立大學太空動力學實驗室建造，將安裝在太空站的外部。從這個位置，AWE 將俯視地球，追蹤空氣中被稱為大氣重力波（AGW）的起伏。

AGW 主要起源於大氣層的最底層，可能由龍捲風、颶風甚至雷暴等強烈天氣事件引起。這些天氣事件會瞬間將高密度空氣團向上推入大氣層，然後空氣又會重新下沉。這種上下晃動通常會在雲層中留下明顯的波紋圖案。

AGWs 一直延伸到太空，在那裡它們造成了所謂的太空天氣——我們星球周圍區域能量的劇烈交換，可能會擾亂衛星和通訊訊號。亞博將在高度約54 英里（87 公里）的大氣層測量AGW，該大氣層稱為中頂層。

這張照片展示了大氣重力波（AGWs）引起的雲模式。大氣低層較溫暖、較稠密的空氣中含有較多的水分，因此當風和風暴等天氣事件將這些空氣推向高空時，這些水分就會在波峰處形成雲。圖片來源：Alexa Halford 提供

猶他州立大學物理學教授、此次任務的首席研究員邁克爾-泰勒（Michael Taylor）說：”這是第一次在中頂點這個通往太空的門戶對大氣中的AGWs，尤其是小尺度的AGWs 進行全球測量。更重要的是，這是我們第一次能夠量化AGWs 對空間天氣的影響”。

在AWE 將進行測量的中頂層，AGW 透過大氣中被稱為氣輝的彩色光帶顯現出來。AWE 將透過記錄紅外光中氣輝的變化來”看到”這些波，因為紅外光的波長太長，人眼無法看到。在這些高度，我們的大氣層降到了最冷的溫度–低至華氏零下150 度（攝氏零下101 度）–紅外線的微弱光輝也達到了最亮。

透過觀察紅外線氣輝隨著氣波的移動而變亮和變暗，AWE 將使科學家能夠計算AGW 的大小、功率和散佈，這是前所未有的。它也被設計用來觀測較小的AGW，探測氣輝中的短尺度漣漪，而先前的任務會錯過這些漣漪。

位於馬裡蘭州格林貝爾特的美國國家航空暨太空總署戈達德太空飛行中心的AWE 任務科學家Ruth Lieberman 說：”AWE 將能分辨出比衛星在這些高度通常能看到的更細的水平尺度的波，這也是這項任務的獨特之處。”

在太空站的有利位置，AWE 的高級中間層溫度繪圖儀(AMTM) 儀器將掃描太空站下方的中間層。亞博的高級中間層溫度繪圖儀由四個相同的望遠鏡組成，共同構成一個寬視場成像輻射計，這是一種測量特定波長範圍內光亮度的儀器。不同波長的相對亮度可用於繪製溫度圖，進而揭示AGW 在大氣中的移動。這將是迄今為止對AGW 及其對高層大氣影響進行的最徹底的研究。

作為前往太空站的有效載荷，AWE 需要進行四個關鍵的安全審查。在2023 年7 月的最後一次審查中，該任務成功通過了太空站有效載荷認證。此次認證的一部分內容是戴著太空人手套進行”鋒利邊緣”測試，以確保AWE 在太空站外部進行安裝和維護時的安全。

AWE是NASA首次嘗試進行此類科學研究的任務，目的是深入了解地面和太空天氣的相互作用可能如何影響軌道上的衛星通訊和追蹤。

AWE 安裝到國際太空站後，團隊的工作重點將是與科學界和公眾分享儀器的數據和結果。