地球气象卫星持续观测金星10年——观测结果揭秘

分别于2014年和2016年发射的向日葵8号和9号卫星，旨在通过其多光谱高级葵花成像仪（AHIs）监测全球大气现象。由客座研究员西山岳领导的东京大学团队，利用这一尖端传感器数据对金星进行星载观测——该行星恰好被位于地球边缘附近的AHIs捕捉到。

观测金星云顶的时序温度变化对于理解其大气动力学及相关现象（如热潮汐和行星尺度波）至关重要。西山解释道，获取这些现象的数据面临多重挑战："已知金星大气反射率和风速存在年度尺度变化；然而，由于任务寿命限制，尚未有行星探测任务实现超过10年的连续观测。地基观测虽可贡献于长期监测，但受地球大气和白天日光影响通常存在局限性。"

相比之下，气象卫星因其更长任务寿命（向日葵8/9号计划运行至2029年）更适合填补这一空白。AHIs提供的多波段红外覆盖能力（这在以往行星任务中受限）对获取不同高度层的温度信息至关重要，同时具备低噪声和高频观测优势。为验证该方法对金星科学的贡献潜力，团队研究了观测到的金星大气时序动态，并与历史数据集进行了对比分析。西山表示："该方法将为金星科学提供珍贵数据，因为直到2030年前后的下轮行星任务前，可能不会有其他航天器环绕金星运行。"

团队首先通过从收集的AHI数据集中提取所有金星图像建立档案库，共识别437次观测记录。结合背景噪声和图像中金星视直径分析，成功在地球静止卫星-金星-地球三点连线的时段内追踪了云顶温度时序变化。

研究人员随后在年度和日度尺度上分析反演得到的亮温时序变化，并通过全红外波段比对研究热潮汐与行星尺度波的变异性。数据集证实了热潮汐振幅的变化，同时揭示出行星波振幅随时间变化且随高度递减的现象。尽管受限于AHI数据的时间分辨率难以确定这些变化背后的物理机制，但热潮汐振幅的波动可能与金星大气结构的十年尺度变化相关。

除成功将葵花数据应用于行星观测外，团队还利用该数据识别出历史行星任务数据的校准偏差。

西山已着眼于该研究超越金星视野的意义："本研究开创的新方法为太阳系天体的长期多波段监测开辟了新途径，包括我当前研究的月球和水星。其红外光谱蕴含丰富的表面物理与成分特性信息，可揭示这些岩质天体的演化历程。"摆脱地基观测限制获取多种几何条件数据的前景令人振奋："我们期待该方法能助力评估天体物理成分特性及大气动力学，进而深化对行星演化的整体认知。"

资金来源：本研究获日本学术振兴会科研项目（JP22K21344、23H00150、23H01249）及JSPS海外研究奖学金资助。