国际空间站（ISS）是美国及其伙伴国家花费了超过1 000亿美元建造的。宇航员在这个狭小空间里研究微重力生物学效应，空间站的外部安装了一些天体物理实验仪器。而在建立20年后，国际空间站又有了一项新的科学使命：俯视它的母星地球。

 

　　ISS现有5台可用来观测地球的仪器，2019年还将增加2台，其中之一是美国宇航局（NASA）轨道碳天文台3号（OCO-3），该观测站于2019年4月30日从佛罗里达州卡纳维拉尔角发射。它的发射标志着一场政治决策的胜利：特朗普总统曾多次提议取消OCO-3计划，但每次都被国会否决。

 

　　国际空间站并不是OCO-3的理想平台，它本是用在独立运行卫星上的。事实上“这可能不是一个完美的平台。”迈克尔•弗雷利奇（Michael Freilich）说道，12年来，弗雷利奇一直是NASA地球科学部的负责人，直到2019年2月退休，“它的体积很大，但可以在充满各种污染物质的云层中灵活穿行。”最为重要的是，它在运行时可避开两极，每天在不同时间里重新造访各个观测点。与发射卫星相比，在国际空间站上安装仪器要便宜得多。OCO-3耗资1.1亿美元，只有2014年作为独立任务发射的OCO-2的1/4。

 

　　在经历了两次重大发射失败后，美国宇航局可用节省的资金完成更多地球科学任务。两次发射失败分别为：2009年坠入印度洋的OCO卫星，2011年用于追踪大气粒子的荣耀号（Glory）坠落。尽管弗雷利奇支持建造OCO-2，但其他几颗计划的卫星成本增加一倍，导致一些较小任务的前景岌岌可危。

 

　　大约就在这个时候，日本向国际空间站增加了一个实验模块，这个模块是可供居住的突出平台，可安置10个即插即用的仪器。弗雷利奇说，将观测地球的仪器安置在那里，NASA可用一小部分成本而获得大量科学数据，这似乎是一笔不错的交易。“大家都能从中受益，宇航局的人类研究项目将展示空间站的效用。”弗雷利奇说。NASA的地球科学任务将有更多实验项目。

 

　　OCO-3是2018年NASA在日本科学实验模块（实验舱）上执行的第3个重要任务。2018年7月安装的生态系统空间热辐射检测器（Ecostress）用来测量地球植物释放的热量，以评估热浪和干旱的影响。全球生态系统动态研究（GEDI）于2018年12月启动，使用激光探测树冠和下层植被高度。2019年晚些时候，将在国际空间站日本实验模块上安装第4个从太空观测地球的仪器：探测土地利用和森林类型的日本高光谱成像仪。过去两年里，安装在国际空间站其他地方的地球观测仪器还有测量闪电、入射阳光和臭氧的仪器。

 

　　像OCO-2一样，OCO-3携带有光谱仪，可用来监测CO2吸收光的波长，提供从国际空间站到地球表面这条路径上所有CO2分子的数量。根据不同地区CO2浓度的变化，绘制出CO2排放源和植物吸碳的分布图。

 

　　加州帕萨迪纳喷气推进实验室负责这个项目任务的科学家安玛丽•埃尔德（Annmarie Eldering）说道，OCO-3团队最初对登上国际空间站并不感到兴奋，但他们渐渐看到了这个项目的优势。观测时间的不稳定对于OCO-3推断数周或数月的趋势是一个挑战，但该仪器可探测到植物碳排放在一天的变化。“这非常有用。”埃尔德说，特别是将在GEDI和Ecostress的观测数据结合起来的时候。

 

　　OCO-3在国际空间站上安装时还需要一个可以变换角度的旋转支架，以便它能直接看向地面。通过旋转角度，它可以通过单次扫描绘制出大致相当于加州洛杉矶盆地大小的大片区域的碳排放图。科罗拉多州立大学的大气科学家克里斯多夫•奥戴尔（Christopher O'Dell）说道，这样的区域地图可以捕捉城市和工业的碳排放，通过OCO-3验证CO2减排的承诺。“这是我们的目标，”奥戴尔说，“但我们不知道这是否能够做到。”

 

　　国际空间站存在关键的限制：空间。3年后，日本模块上的OCO-3可能会被取代，埃尔德说，美国宇航局和日本已在讨论下一步的计划。

 

　　然而，能够以更低成本同时对地球进行多项测量任务的天基平台的前景依然看好。喷气推进实验室工程师鲁德拉纳拉扬•穆克吉（Rudranarayan Mukherjee）正在开发一个名为“科学站”的概念：带有桁架和机械臂的微型机器人空间站，它可以在低轨道上搭载十几种地球观测仪器。他说，空间站“已经显示出在近地轨道拥有共享资源平台的好处”。他说，NASA目前对这一概念还没有具体打算。但他补充说，“人们很快将可以看到，我也非常期待”。