Преимущество измерения параметров земной атмосферы путем наблюдения отраженного от Луны света Земли, а не самым прямым путем, с помощью спутниковых наблюдений, вытекает из возможности получения информации в глобальном масштабе.
Исходя из этого, фотометрические наблюдения темной и светлой сторон Луны регулярно проводились в течение последних четырех лет в Большой медвежьей солнечной обсерватории для определения изменений в альбедо Земли, что является важным вкладом в климатические модели. До сих пор считалось, что альбедо имеет постоянное значение около 0,3.
В дополнение к альбедо, но с использованием того же базового метода, с помощью спектроскопии могут быть определены и другие глобальные параметры. Изменения глобального спектра Земли дают информацию об атмосферных газах, таких как водяной пар, которые трудно получить с помощью других методов.
Глобальные наблюдения спектра Земли будут также представлять интерес для обнаружения сверхсолнечных, маломассовых планет. Они могут предоставить дополнительную информацию для будущих космических полетов, поскольку нынешние методы обнаружения малых планет, такие как измерение радиальной скорости с помощью наземных телескопов, не являются достаточно чувствительными.
В этой статье представлены предварительные результаты измерений спектров, полученных в Паломарской обсерватории с помощью 60-дюймового телескопа эшелонного спектрографа. Ученые выбрали область между 0,4 и 1 лм электромагнитного спектра, который включает кислород А, кислород В, водяные полосы и линию Ha. Первые три являются типичными наземными молекулярные группы. Линия Ha используется в основном для калибровки спектра.
Методология
Метод наблюдения заключается в альтернативном наблюдении за земным светом, солнцем и небом поблизости, причем последнее используется для устранения рассеянного света. Спектр лунного света содержит информацию о местной атмосфере над обсерваторией. Спектр земного света также однажды прошел тот же путь в местной атмосфере, что и лунный свет, но также прошел и через глобальную атмосферу в солнечной части Земли. Соотношение земного и лунного света устраняет влияние локальной атмосферы, а также солнечного и лунного спектров, и содержит глобальную информацию об освещенной части Земли.
Наблюдения, анализ данных и предварительные результаты
В обсерватории Паломар было проведено несколько наблюдательных кампаний с использованием 60-дюймового телескопа эхель-спектрографа. Наблюдения, представленные здесь в качестве примера методологии и возможностей этого метода, были сделаны 4 сентября 1999 года, когда угол лунной фазы составлял около +109. Наборы спектров лунного, земного и неба снимались циклически каждые полчаса и час, со временем экспозиции 5, 600 и 600 с, соответственно. Эта щель была ориентирована параллельно оси вращения луны, и спектр неба был взят на 20000 градусов от темной боковой лунной конечности.
Разрешающая способность эхель-спектрографа в наблюдаемом спектральном диапазоне от 0,4 до 1 лм составляет 19 000. Это позволяет наблюдать кислородные полосы А и В на 12 960-13 120 см1 и 14 450-14 560 см1, соответственно, и водяную полосу на 13 620-13 960 см1 с разрешением около 0,35 см1 (или 0,18 А). Солнечные линии, содержащиеся в спектрах, используются для калибровки.
Поскольку снимки не были сделаны одновременно, интенсивность Ii каждой длины волны, ки, кадров неба соответствует закону Пивка,
Ii ¼ I0ieaiz; ð1Þ ai - коэффициент вымирания в атмосфере при ki, z - местная воздушная масса, I0i - интенсивность при ki и нулевой массе воздуха.
Изображения неба затем интерполировались с этого места в соответствующую воздушную массу, где были сделаны снимки как с земли, так и с луны, и вычитались из них. Большая часть сокращения объема данных была осуществлена через IRAF, но при этом произошло и сокращение всего спектра, когда все заказы эшелона были извлечены одновременно с помощью инструментов IDL.
Спектроскопические наблюдения ненасыщенных линий, дают критическую информацию об обилие колонн этих видов в глобальной атмосфере.
Области применения
Мониторинг парниковых газов и гидроксильных радикалов
Спектр земного света может дать нам общее количество парниковых газов в колонках, если мы получим информацию о плотности колонн в течение длительного периода времени. Эти виды можно отслеживать в глобальном масштабе, что потенциально может предоставить нам мощный инструмент для тестирования климатических моделей. Результаты измерения плотности колонн могут отличаться от результатов наземных измерений для хорошо смешанных атмосферных газов, таких как кислород.
Тем не менее глобальный мониторинг несмешанных парниковых газов в атмосфере, таких как водяной пар или озон, является нелегкой задачей со спутника.Наземные измерения и их глобальные концентрации обычно определяются на основе моделирования. Поэтому результаты могут дать информацию, применимую к климатическим моделям.
По этой же причине глобальные измерения плотности колонн гидроксильных радикалов через несколько строк около 13 200 см1 могут дать полезную информацию. OH играет важную роль в химии атмосферы, поскольку он является доминирующим окислительным химическим веществом в атмосфере, уничтожая различные парниковые газы, такие как CH4, CO и SO2, а также озоноразрушающие микроорганизмы.
Внесолнечные земные планеты
Информация, полученная из спектров земного света, полезна не только для изучения климатической системы Земли, но и для поиска внеземных планет, таких как Солнце. Проект "Сияние Земли" может также помочь в выявлении и описании важных сигнатур в спектре Земли и, путем экстраполяции, на внесолнечных земных планетах.
Вывод
Наблюдения спектра земного света дают нам мощный инструмент для тестирования климатических моделей в сравнении с лабораторными базами данных. Эта информация также применима к поиску внесолнечных планет, похожих на земные.
