对博尔曼 (Stephan Borrmann) 来说,高空侦探工作的一天开始得很早。他大约在早上05:30 时,在尼泊尔首都——加德满都郊区的一家旅馆中醒来。早餐后,他和他的团队被赶往城市的机场。他们的工作是准备一架俄罗斯间谍机改装后的飞机,以便调查大气层最大的谜团之一。
博尔曼教授是约翰内斯·古腾堡大学和德国美因兹的马克斯·普朗克 (Max Planck) 化学研究所的大气物理学家。他对南亚大部分地区作为季风形成的复杂云层和气溶胶系统感兴趣。博尔曼教授说,喜马拉雅山迫使空气向上形成大量旋流云,就像“吸尘器”一样,徘徊在全亚洲的空气污染中。2009年,卫星检测到一层气溶胶-微小颗粒的悬浮液,聚集在云层上方约14-18公里的高度。但是没人知道它的组成物质。
博尔曼教授及其团队希望找到更多信息,因为这个被称为亚洲对流层气溶胶层(ATAL)的气层,可能对地球气候产生重要且尚未发现的影响。气溶胶可以反射阳光,也已知是云的重要种子。因此,预计ATAL可能会提供一些区域降温效果-但是这些效果到底有多大还不清楚。
这个奥秘还有另一面。在此高度下,在强烈的季风系统上方的空气高度稳定,这使气溶胶颗粒有足够的时间,产生异常化学反应的。这可能会产生一系列在大气中广泛传播的污染物。但是没人知道这种化学反应是什么。
这就是让博尔曼教授及其团队于2017年7月到达加德满都机场的原因:了解EXCATRO项目中神秘的ATAL所发生的现象。他们大约在上午6:30到达后门,有几名士兵守着,在他们在手写清单上检查了姓名。然后他们迎来了一个巨大的机库。里面是一架特殊的研究飞机和一系列装有科学仪器的长凳,这些仪器不仅是博尔曼教授团队的仪器,而且是世界各地另外15个团队所拥有的仪器。博尔曼教授说:“里面很混乱。” “四处都是电缆和工具。”
前进加德满都
博尔曼教授及其团队准备并校准了约11种不同的仪器。但是,他们最珍贵的试剂盒是两个独特的灵敏质谱仪,它们是根据质量分离并测量痕量气体的仪器。检查和校准仪器并将它们连接到飞机的外部(包括机翼下方)需要几个小时,以便空气流通。然后,由于机库附近没有足够的空间供拖拉机使用,因此大约有20名左右的研究人员将飞机推出了飞机,俄罗斯飞行员是唯一可以上飞机并点燃引擎的人。
世界上很少有飞机的飞行高度,能够媲美俄罗斯M-55地球物理探察机。商业航班可以在11公里左右的高度巡航,但是这架飞机可以达到20公里以上。飞行员必须在单座飞机上穿着加压服。在一个政治紧张的地区,安排航班非常棘手。博尔曼教授说,达成在尼泊尔和印度领空驾驶飞机的一项协议,需要四年的高级外交交涉。
飞机一旦飞到上空,就必须靠自己工作了,除了担心之外,博尔曼教授和其他人除了担心,其他的无能为力。他说,上空的温度为-85 o C,因此仪器承受着很大的压力。穿过云层飞行也会变得非常动荡。他说,有一百万个小状况可能导致失败。
飞机上的卫星电话将SMS消息回传到地面,并显示仪器状态。研究人员坐在机库中,并在大屏幕上观看更新。大部分都安静。博尔曼教授说,在某些情况下,仪器出现故障,因此他发送了一条SMS指示其关闭并重新打开。值得庆幸的是,这招有效。
下午时飞机降落,飞行员用俄语进行了20分钟的汇报(博尔曼教授会讲一点)。重要的是,要了解仪器获取数据的确切飞行路径,以便可以从空间角度理解气溶胶层的化学性质。然后是急忙地卸载仪器并下载数据。
就在这一天,博尔曼教授有一刻他说他永远不会忘记。他说:“从时间的痕迹中,我可以看到代表硝酸盐上升的蓝线。” 那时对他来说很明显,那里的ATAL主要由硝酸盐组成,后来研究小组证实这是硝酸铵。“有几分钟,我是世界上唯一知道这个巨大谜底答案的科学家。”
元凶—氨污染
氨是ATAL的罪魁祸首,并不完全令人惊讶。印度次大陆的北部被公认为是世界上氨污染的热点之一,因为那里大量生产并使用化肥,将氨释放到空气中,与氮氧化物和硫氧化物反应形成气溶胶。几次的研究热气球飞行探测中,已经初步显示了这个现象在2018年就已经存在。博尔曼教授和他的同事已经证明了这一点,并提供了有关硝酸盐气溶胶的分布和浓度的详细信息。
在开展测量飞行运动后不久,博尔曼教授说他得到了一些令人难忘的信息。他说:“经过两三趟飞行,我们收到了美国宇航局同事的电子邮件。” “他们基本上说:“我们正在看着您的飞机在雷达上飞行。你到底在做什么?”’
NASA注意到一架俄罗斯高空飞机也许不足为奇。
无论如何,这种交流促始了博尔曼教授的工作进入下一阶段——与NASA的合作计划,确定下一步在气溶胶层中发生的化学反应,以及这将如何影响气候。夏季季风结束后的几周,气溶胶层应该有时间经历化学作用,并开始分散并漂移。 博尔曼教授及其团队正计划在2020年,使用美国研究飞机在日本上空进行一次飞行侦测,进行更多的测量。这一计划由于冠状病毒流行而取消,而定于2021年在韩国进行类似的飞行。鲍尔曼教授说,我们希望看到这些粒子随着时间,会发生什么变化。
This post The mission to decipher a mysterious aerosol layer above Himalayan monsoon clouds was originally published on Horizon: the EU Research & Innovation magazine | European Commission.
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