美國國家航空暨太空總署開發的創新紅外線感測器提高了地球和太空成像的分辨率，有望推動環境監測和行星科學的發展。新開發的紅外線攝影機具有高分辨率，並配備了一系列輕型濾光片，預計將分析地球高層大氣和地表反射的陽光，加強森林火災警報，並揭示其他行星的分子組成。

戈達德工程師Murzy Jhabvala 拿著他的緊湊型熱成像儀技術的核心部件–一種高分辨率、高光譜範圍的紅外線感測器，適用於小型衛星和前往其他太陽系天體的任務。資料來源：美國國家航空暨太空總署

這些相機配備了高靈敏度、高解析度的應變層​​超格感測器，這些感測器最初是由美國太空總署位於馬裡蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心開發的，由內部研究與開發（IRAD）計劃資助。

由於設計緊湊、重量輕、用途廣，Tilak Hewagama 等工程師可以根據不同的科學應用對它們進行客製化。

增強的傳感器功能

Hewagama 說：”將濾光片直接連接到探測器上，消除了傳統鏡頭和濾光片系統的巨大質量。這使得低品質的儀器擁有了一個緊湊的焦平面，現在可以使用更小、更有效率的冷卻器進行紅外線探測。

工程師Murzy Jhabvala 在馬裡蘭州格林貝爾特的美國太空總署戈達德太空飛行中心領導了最初的感測器開發工作，並領導了今天的濾波器整合工作。

Jhabvala 也領導了國際太空站上的”緊湊型熱成像儀”實驗，該實驗展示了新感測器技術如何在太空中生存，同時也證明了其在地球科學領域的重大成功。透過兩個紅外線波段捕捉到的1500多萬張圖像為發明者賈巴拉、NASA戈達德同事唐-詹寧斯（Don Jennings）和康普頓-塔克（Compton Tucker）贏得了2021年年度發明獎。

2019 年和2020 年，緊湊型熱成像儀在國際太空站上捕捉了澳洲異常嚴重的火災。憑藉其高分辨率，它探測到了火鋒的形狀和位置，以及火鋒距離居民區有多遠–這些資訊對急救人員至關重要。資料來源：美國國家航空暨太空總署

地球與空間觀測的突破

這次試驗獲得的數據提供了有關野火的詳細信息，讓人們更好地了解了地球雲層和大氣層的垂直結構，並捕捉到了由地球陸地特徵引起的上升氣流，這種上升氣流被稱為重力波。

這種突破性的紅外線感測器利用層層重複的分子結構與單一光子（或光的單位）相互作用。這種感測器能以更高的分辨率分辨更多波長的紅外線：從軌道上看，每個像素的分辨率為260 英尺（80 公尺），而目前的熱像儀的分辨率為1000 至3000 英尺（375 至1000 公尺）。

這些熱量測量相機的成功吸引了美國國家航空暨太空總署地球科學技術辦公室（ESTO）、小型企業創新與研究以及其他計劃的投資，以進一步擴大其覆蓋範圍和應用。

Jhabvala和NASA的先進陸地成像熱紅外線感測器（ALTIRS）團隊正在為今年的雷射雷達、高光譜和熱成像儀（G-LiHT）機載專案開發六波段版本。他說，這種首創的相機將測量地表熱量，並能以高幀頻率進行污染監測和火災觀測。

新一代火災成像技術

美國國家航空暨太空總署戈達德地球科學家道格-莫頓（Doug Morton）領導了一個ESTO 項目，開發用於野火探測和預測的緊湊型火災成像儀。

莫頓說：『我們不會看到更少的火災，因此我們正試圖了解火災在其生命週期中是如何釋放能量的。這將幫助我們更好地理解在一個越來越易燃的世界中火災的新特性。

CFI 將同時監測釋放更多溫室氣體的最熱火災和產生更多一氧化碳以及煙霧和灰燼等空氣傳播顆粒的較冷、燃燒的煤炭和灰燼。

莫頓說：”在安全和了解燃燒釋放的溫室氣體方面，這些都是關鍵因素。”

莫頓的團隊設想，在對火情成像儀進行機載測試後，他們將裝備一個由10 顆小型衛星組成的艦隊，每天提供更多的火災影像，從而提供全球火災資訊。

他說，結合下一代電腦模型，”這些資訊可以幫助森林服務和其他消防機構預防火災，提高前線消防員的安全，保護火災路徑上居民的生命和財產安全”。

探測地球內外的雲層

美國國家航空暨太空總署戈達德地球科學家吳棟說，該感測器裝有偏振濾光片，可以測量地球高層大氣雲層中的冰顆粒是如何散射和偏振光的。

吳說，這項應用將補充美國國家航空暨太空總署的浮游生物、氣溶膠、雲層和海洋生態系統（PACE）任務，該任務在上個月稍早揭示了其首批光影像。兩者都測量光波的偏振方向與紅外光譜不同部分的傳播方向的關係。

他解釋說：「PACE偏振計監測可見光和短波紅外光。這項任務將重點放在白天觀測到的氣溶膠和海洋顏色科學。在中波和長波紅外線波段，新的紅外線偏振計將從白天和夜間觀測中捕捉雲層和表面特性。

在另一項工作中，Hewagama 正在與Jhabvala 和Jennings 合作，加入線性可變濾光片，以提供紅外光譜中更多的細節。這些濾光片可以顯示大氣分子的旋轉和振動以及地球表面的成分。

行星科學家卡莉-安德森（Carrie Anderson）說，這項技術也能讓前往岩質行星、彗星和小行星的任務受益匪淺。她說，他們可以辨識土星衛星恩克拉多斯（Enceladus）巨大羽流中釋放出的冰和揮發性化合物。

“它們本質上是冰的噴泉，”她說，”當然是冷的，但發出的光在新紅外線感測器的探測範圍之內。在太陽的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佈。

編譯來源：ScitechDaily