上周，来自美国国家标准与技术研究院(NIST)，美国国家航空航天局(NASA)，美国地质调查局(USGS)和圭尔夫大学的科学家几乎将望远镜送上了天空空间本身。这次旅行是一次集月光的任务，它完成了有史以来对地球最近的邻居月球的亮度(或更具体地说是表面反射率)进行的最佳测量。

　　这项工作的最终目标是改善通过低空观察地球的卫星进行的测量，并帮助研究人员跟踪天气模式，作物健康趋势，水中有害藻华的位置等等。

　　NIST的设备飞上了NASA的ER-2，这是一架“近空飞机”，其飞行高度高达海平面21公里(约13英里)。这种距离是典型商用飞机巡航高度的两倍，使设备超过了地球大气层的95%，这会干扰月光测量。该任务称为机载月球光谱辐照度任务(air-LUSI)，是从加利福尼亚州NASA阿姆斯特朗飞行研究中心发起的。

　　研究人员希望准确地测量月光的光谱，以便将月亮用作校准卫星成像仪的参考。但是，从地面测量该光谱具有挑战性，因为大气会扭曲月光，从而改变光谱。此动画说明了NIST团队的解决方案，该解决方案是将测量设备放置在称为ER-2的高空平面上，并使光谱测量在地球大气层的95%以上。

　　从太空看地球

　　数以百计的对地卫星提供有关天气和植被的信息，使研究人员可以预测饥荒和洪水，并可以帮助社区计划应急响应和救灾。为了收集这些关键数据，天基成像仪依赖于从我们的星球反射出来的太阳光的不同波长的亮度(有时可将其视为颜色)。

　　图片来源： NASA照片/肯·乌尔布里希(Ken Ulbrich)

　　校准期间的空气LUSI望远镜。房间另一侧的光线是“人造月亮”，这是一种稳定的光源，已经被很好地表征。

　　为了确保一台卫星摄像机的“绿色”不是另一台摄像机的“黄色”，每台摄像机在太空中都必须针对同一光源进行校准。月球是一个方便的目标，因为它与地球不同，它没有大气层，其表面变化很小。

　　从理论上讲，如果科学家知道太阳，月球和卫星的相对排列，他们应该能够预测从月球射出的光量。特别是，科学家对测量从月球反射的光的“光谱辐照度”感兴趣，换句话说，即波长离散带宽中每单位面积的能量。

　　NIST物理学家约翰·伍德沃德(John Woodward)说：“有一个模型可以根据您所看的地方以及月球和太阳的位置来预测光谱的辐照度。” 但是由于对月球真实亮度的不确定性，即使是当今最好的校准也只能精确到3%至5%之内。

　　科学家希望将这种误差降低到1%以下。校准越准确，研究人员对地球卫星图像的信心就越大。

　　为什么以前没有更高的精度?伍德沃德说，主要是因为基于地球的探测器必须透过地球大气层凝视月光，与其他波长相比，月球吸收的光波长要比其他波长更多。

　　通过使研究人员不受阻碍地收集月光，将探测器发射到太空中解决了这个问题。但这带来了另一个挑战：一旦进入太空，这些仪器实际上就无法使用，因此科学家们在每次测量之前都无法正确校准它们。

　　为了收集更好的月光数据，研究人员需要做两件事情：在最小的大气干扰下清晰地观看月球，以及通过物理方式接近探测器以进行频繁校准。