如果你想发现一种浮游植物，离得非常近是值得的。在生活在淡水和海水中的最小的生命形式中，浮游植物的尺寸可以小到一微米，也就是百万分之一米。但小事情也能产生大影响。浮游植物实际上是微藻的一种，它们的大量繁殖可以蔓延数百平方英里，有时会对渔业、海滩、饮用水供应和整个水生生态系统造成灾难性的破坏。为了追踪如此庞大的灾难，你需要站在675公里(420英里)的距离之外。这是NASA新的PACE卫星(浮游生物、气溶胶、云和海洋生态系统的缩写)计划于2月6日发射后的轨道高度。
PACE于2015年正式获得授权，将继续NASA从1978年开始的两代人的工作，当时NASA发射了Nimbus-7卫星，这是有史以来第一艘用于观察海洋浮游植物并研究其在影响环境方面的更广泛作用的航天器。但是，在我们对整个环境科学，特别是气候变化有了更多了解的现代时代，PACE是一艘更聪明、更灵活的船，它将从两个重要方面把握地球的脉搏。
第一个将直接解决浮游植物的问题，对于政府、工业和环境科学家来说，这一点很重要，原因有很多。巨大的生物地毯有时是有益的——从大气中吸收碳，并将其固定在食物链的底部，在那里，其他更大的生物可以利用它。但藻类产生的毒素也会杀死鱼类和其他水生生物，对人类来说，它会导致腹泻、麻痹、头晕和记忆力减退，以及肝功能异常、呕吐和麻木。
PACE任务的项目科学家杰里米·维尔德尔说:“我们需要天空中的眼睛来关注这个问题，因为(浮游植物)生长得非常快，从几小时到几天不等。”“它们也存在于旋转的三维流体中，所以如果你今天没有看到它们，它们很可能明天就会出现。”
阅读更多:看一年的碳排放接管地球
扫描浮游植物并不是PACE的全部功能。第二个与气候变化相关的环境因素是大气气溶胶——由野火烟雾、沙漠尘埃、火山灰、城市工业烟雾、甚至与海水一起蒸发并飘向天空的海盐组成的漂浮云。气溶胶产生了一种漂浮的阴影，根据它们的颜色、成分和颗粒大小，这种阴影要么吸收入射的太阳能——从而加剧全球变暖——要么将其反射回太空，从而降低温度计。
“我不会用温室效应这个词，”维尔德尔说。“这通常是为气体保留的，而不是粒子。但原理是一样的，因为涉及到辐射的某种平衡。”
PACE将搭载SpaceX公司的猎鹰9号火箭升空，定于美国东部时间2月6日凌晨1点33分发射。与卫星相比，PACE是一个相对较小的机器——重1700公斤(3750磅)，高1.5米(4.9英尺)。NASA可以让PACE保持紧凑，因为这颗卫星只携带了两件科学硬件:一个海洋色仪(OCI)和一个多角度偏振仪。
顾名思义，OCI的设计目的是测量海水的颜色，在光谱上的不同波长之间做出细微的区分，以确定不同区域的化学组成，进而确定以这些区域为家的生物类型，特别是各种浮游植物。不同种类的藻类有不同的色调，通常是绿色或蓝色，但也有最危险的红色。后者能够产生所谓的赤潮，它释放出高度持久的毒素，当小鱼吃掉它们时，这些毒素会沿着食物链向上移动，大鱼吃掉小鱼，如此循环往复。当然，这是在假设较小的鱼能存活的情况下，根据它们摄入的毒素浓度，它们通常不能存活。2021年佛罗里达州的一次红潮在坦帕湾海滩上留下了600吨死鱼。
“PACE测量的是全光谱的颜色，”Werdell说，“从紫外线到近红外线。这是新的信息，使我们不仅能说我们看到了浮游植物，还能说它们是什么浮游植物群落。”
阅读更多:一颗新卫星将研究气候变化如何改变地球上几乎所有的水
区分这些生物很重要，因为浮游植物不仅具有不同的毒性水平，而且具有不同的代谢和大小。收集这些数据将有助于科学家了解海洋是如何捕获或释放排放物的。一些浮游植物比其他植物吸收更多的碳——从大气中吸收碳并降低其导致全球变暖的能力;有些体型较大，因此下沉得更快、更远，将它们在水柱深处收集的碳封存起来。浮游植物也向空气中释放气体，使大气中的水滴在其周围形成核，并最终导致云的形成。反过来，它们又反射了加热地球的阳光。维尔德尔说:“这些生物体是这个谜题的重要组成部分。”长期目标是更多地了解海洋-大气气体和云的交换循环，并更好地掌握它如何改变我们的气候。
偏振光计研究另一部分，主要是通过测量阳光穿过空气时的振荡来观察大气中的气溶胶。这是一个必要的，但目前还不完整的研究领域。像大多数科学图表一样，联合国政府间气候变化专门委员会(IPCC)发布的图表包括所谓的误差条，以表明任何一组数据的不确定性程度。“政府间气候变化专门委员会的数据分解了不同因素对大气变暖和变冷的影响，”维尔德尔说，“目前，最大的误差是人为气溶胶分布。”
他和PACE团队的其他成员旨在解决这个问题，他们收集数据，帮助环境科学家研究气溶胶，并收集线索，以确定未来气候变化的速度和严重程度。“通过这些测量，”Werdell说，“我们可以了解大气的不同组成部分是如何相互作用的——有些变暖，有些变冷。”了解这一切真的非常非常重要。”
