原创 | DSCOVR：L1点的地球哨兵

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1972年12月7日，在距离地球29000公里的轨道上，随阿波罗17号登月的宇航员按动快门，为地球拍摄了第一张清晰的全景照片。这张被称作“蓝色弹珠”（The Blue Marble）的照片在环保主义者中产生了很大的影响，可能也是中国人最熟悉的一张太空图片——微信启动时的那张图片就是它。

       （照片“蓝色弹珠“。重启一下微信，看看出现的是不是就是它）

后来成为美国副总统的艾伯特·戈尔也非常喜爱这张照片。1998年正是互联网热潮刚刚兴起之时，在麻省理工大学的一次演讲中，戈尔脑洞大开，希望能发射一颗卫星，让全美国乃至全世界人民都能通过互联网，每时每刻都能看到像“蓝色弹珠”那样的地球全貌。和从实际应用需求或者科学研究问题出发的一般卫星任务相比，戈尔的这颗卫星显得更加浪漫。戈尔希望这颗卫星能够让美国人民对自己居住的星球有更直观的感受，唤起人们的环保意识，同时也能激发国家的下一代对太空探索的向往。

（美国前副总统戈尔是一位环保主义者，因此特别关心与地球环境有关的事）

对卫星对地观测有所了解的读者可能会感到困惑，卫星给地面拍照片这种事在1998年之前早就能干了。但当时所有的对地观测卫星都没法满足副总统的要求：低轨对地观测卫星，绕地球一圈的过程中只能拍摄到地球的部分图像。轨道倾角合适的低轨卫星，也只能在运行若干轨之后才能得到整个地球表面的图像数据，无法满足实时性。而位于地球同步轨道的卫星，虽然可以相对于地面保持不动，但会随着地球的自转经历昼夜的更替。当卫星处于黑夜中时，就无法拍出明亮的地球全貌了。

（NASA在2002年公布的地球全图，但这个图像是由不同时间产生的图像拼接而成的）

作为美国联邦政府的组成部门，NASA自然不敢怠慢领导的要求。经过一番紧急论证之后，NASA拿出了初步的方案。在地球和太阳之间有一个被称作“第一拉格朗日点”的地方。在这里，地球和太阳引力的共同作用可以使卫星绕太阳公转的角速度。地球公转过多少角度，卫星就会公转过同样的角度，卫星能够永远处在太阳和地球中间的那个位置。我们一般把这个点称作日地L1点。L1点与地球的距离不是很大，把卫星放在这，就能始终清晰的拍摄到地球被太阳照亮的那一面。经过估算，NASA认为只要批给他们五千万美元预算，准能把这事办妥。 一看卫星有谱，戈尔副总统开心的以第一个望到美洲新大陆的水手Triana的名字命名了这颗卫星。在NASA内部，还有人给这颗卫星起了个“戈尔照相机”的外号。

（日地L1点相对位置示意图。此点距离地球150万公里）

这颗卫星因政治而生，后来一波三折的命运也与政治紧密联系。2000年，戈尔输掉了总统大选，其对手小布什上台后为了肃清对手的政治遗产，暂停了这项卫星任务。在国会，也有不少议员批评它是只能产出电脑屏幕保护图片的面子工程。2009年初，戈尔所属的民主党夺回总统宝座，这项卫星计划才终于得以重新开始。此时，NASA将卫星重新命名成了DSCOVR，即“深空气侯观测台”（Deep Space Climate ObserVatoRy）的简称。 2015年2月11日，DSCOVR由SpaceX公司的猎鹰9号火箭成功发射。

（DSCOVR的任务LOGO）

DSCOVR可不是带了一台单反相机到L1点拍照片发朋友圈的绣花枕头。其用于地球成像观测的EPIC仪器拥有从紫外到红外的10个不同波段通道。通过对这些成像信号的分析处理，我们不但可以得到地球的美丽图片，更能得到臭氧层、气溶胶、沙尘、火山灰、云层、植被覆盖等等与气候息息相关的因素的全球变化情况。此外，还有一台叫做NISTAR的仪器，用以研究地球的辐射能量收支，也就是太阳向地球辐射了多少能量，这些能量中有多少被地球反射、多少被地球接收，地球接收的能量在地球气候系统中如何分配等问题。搞清这些问题，对弄清地球气候变化的情况至为重要（好在DSCOVR在川普上台之前发射了）。

而对于太阳风暴的防御，日地L1点可以说是太阳风暴吹袭地球、造成灾害影响前的最后一道防线。当太阳风暴到达L1点、被卫星探测到后，地球尚有几十分钟的预警时间，可以采取一些最后的应急措施。当然，要提前几天预报太阳风暴、做好防备，还需要利用太阳磁场等遥感观测数据和太阳风预报模式来完成。L1点处于地球磁层之外，探测到的是尚未与地球磁层发生相互作用的太阳风数据，对验证太阳风预报模式的预报效果、提高模式的预报本领有不可替代的作用。DSCOVR上的PlasMag仪器，可以得到L1点太阳风质子、电子和磁场的实时数据。在DSCOVR上天之前，L1点已经部署了NASA的ACE卫星执行探测太阳风的任务。DSCOVR的探测的太阳风物理参数虽然不如ACE那么丰富，但时间分辨率更高，仪器在强太阳风暴时保持工作的能力也更好。

（目前美国空间天气预报中心的实时太阳风数据由DSCOVR卫星提供）

值得戈尔副总统欣慰的是，虽然他已经成为退居二线的美国老干部，但NASA没有忘记他通过互联网直播地球全貌的愿望。我们可以通过https://epic.gsfc.nasa.gov/ （手机也可以访问，点击文末“阅读原文”可直达）这个网页看到DSCOVR眼中的“蓝色弹珠”。2015年7月6日，在DSCOVR的镜头中，月球缓缓的从地球前面经过，地球和它唯一的一颗卫星终于获得了一张合影。

（DSCOVR拍摄的地月同框的照片）

作者：李会超 中国科学院国家空间科学中心 空间天气学国家重点实验室