美國國家航空暨太空總署的AIM 任務在對地球高層大氣進行了十多年的開創性研究之後結束了，留下了科學發現和大量數據供今後分析。NASA在距地面約350 英里的軌道上對地球最高的雲層–極地中間層雲–進行了長達16 年的研究。

美國國家航空暨太空總署（NASA）的中間層冰大氣學（AIM）任務（如圖）有助於NASA 了解地球大氣層和太空之間的邊界區域。資料來源：美國國家航空暨太空總署

AIM 最初的計劃任務期限為兩年，但由於其科學回報率高而多次延期。雖然AIM 多年來一直面臨著各種障礙–從軟體故障到硬體問題–但一支無比敬業的團隊讓太空船運作的時間遠遠超出了所有人的預期。2023 年3 月13 日，太空船的電池在連續幾年效能下降後出現故障。他們曾多次嘗試維持太空船的供電，但無法收集到更多數據，因此現在任務已經結束。

科學貢獻與發現

位於馬裡蘭州格林貝爾特的美國宇航局戈達德太空飛行中心的AIM任務科學家迭戈-詹切斯說：”AIM致力於研究我們的大氣層與太空之間的大氣區域。AIM幫助人們了解這一區域，對於深入了解低層大氣如何影響空間天氣至關重要”。

它們被稱為”夜閃雲”或”夜光雲”，在夏季的黃昏時出現，通常出現在南北兩極附近的高緯度地區。在執行這項任務之前，科學家知道這些類型的雲會隨著緯度、季節和太陽活動的變化而變化，但不知道原因何在。啟動這項任務的目的是透過測量雲形成環境的熱、化學和其他特性，了解這些變化，研究雲形成的原因及其與氣候變遷的關聯。

2011 年7 月2 日，加拿大艾伯塔省埃德蒙頓上空出現夜光雲。圖片來源：NASA/Dave Hughes

“NASA的AIM是一項非常成功的任務，”AIM首席研究員、維吉尼亞理工大學教授 Scott Bailey說。”它回答了一些核心問題，幫助我們了解夜光雲和大氣重力波是如何隨時間和地點變化的。”

多年來，AIM 取得了許多重大發現。迄今為止，這項任務所獲得的數據已發表了近400 篇經過同行評審的論文。其中包括關於流星煙霧和火箭廢氣中的水蒸氣如何產生這些雲層、地球表面附近的事件如何引發雲層變化以及大氣層中的高冰如何導致夏季大氣層中某些區域產生神秘的雷達回波等發現。

隨著任務的進展，科學家意識到AIM 的數據還可以用來研究空氣中被稱為大氣重力波的起伏。這些波在大氣層中傳播動量和能量。它們將地球表面的天氣事件與遠離初始事件的大氣擾動聯繫在一起，包括在大氣的最上層，在那裡它們會擾亂GPS訊號。

挑戰與解決方案

貝利說：”我們遇到了很多困難，但我們仍然從AIM 獲得了大量數據，因為我們有一支非常優秀、英勇和勤奮的團隊，他們每次都能挺過來。”

AIM 的第一個障礙始於2007 年發射後僅幾個月，當時電信接收器開始出現間歇性故障。研究小組巧妙地利用無線電訊號，對太空船進行了重新編程，使其能夠以摩爾斯電碼進行通信，使其在接收器停止工作後仍能保持通信。雖然與太空船的通訊速度比原計畫慢了數千倍，但AIM 仍能進行測量，並將收集到的99% 的數據發送回地球。

此後不久，太空船再次遇到危及飛行任務的問題。太空船反覆將自己送入安全模式，這實際上關閉了太空船，需要一系列耗時的任務來重新啟動。但是，工程師們再次向太空船上傳了新的軟體，從而避免了這個問題，並使AIM 保持正常運作。自此以後，新的軟體修補程式已經在太空船上防止了一千多起類似事件的發生。

2019 年，AIM 的電池電量開始下降，但透過巨大的努力和智慧，任務運行團隊維持了電池電量，使太空船能夠繼續返回資料。2023 年初，電池效能大幅下降，這意味著太空船無法定期接收指令或收集資料。遺憾的是，這個硬體問題無法遠端修復，衛星最終在2023 年3 月停止收集資料。

遺產與未來研究

貝利說：”我們很遺憾地看到AIM 的壽命即將結束，但它能持續如此之久，實在令人驚嘆。它為我們提供了有關夜光雲和大氣重力波的更多數據和見解，這超出了我們的預期”。

雖然太空船已經看到了它最後的夕陽，但科學家將在未來幾年繼續研究AIM 的數據。至於太空船本身，它將慢慢失去軌道高度，並在2026 年重返大氣層時燒毀。

科羅拉多州博爾德市大氣與太空物理實驗室的AIM 副首席研究員兼高級研究科學家Cora Randall 表示：”還有千兆位元組的AIM 資料有待研究。隨著我們的模型和運算能力不斷提高，人們將利用AIM 資料集獲得更多發現。”

編譯自: ScitechDaily