今年早些时候，杰克·希格斯（Jack Higgs）扫描了科罗拉多州东部平原上方的蓝天。确认没有低空飞行的飞机后，他竖起了大拇指。一位同事拉了一下绳子，放飞了一个充氦气的气球。比空气轻的飞行器飘走了。希格斯跳上一辆皮卡车，飞驰而去。
希格斯是美国国家海洋和大气管理局（NOAA）驻科罗拉多州博尔德的技师，他正在争分夺秒地回收一个名为AirCore的仪器，该仪器现在正由一根绳子悬挂在快速升空的气球上。大约90分钟后，它将抵达地球大气层顶部，高度约为10万英尺。然后，一个自动机制会将设备释放。在短暂的每小时150英里自由落体后，降落伞会减缓下降速度。希格斯之前已经放飞过几十次AirCore。那天，风刮得很猛，向东吹。他急于在设备着陆前赶到预期的着陆点。
总有一天，AirCore可以帮助世界各国履行气候变化条约的承诺，例如将于本月晚些时候在即将举行的巴黎气候峰会上谈判达成的协议。
事实上，在减少排放目标方面让各国保持诚实的想法已经成为一项国际优先事项：本月早些时候，法国和中国的领导人发表联合声明，表示任何从巴黎峰会产生的条约都必须包含监测合规性的条款，法国总统弗朗索瓦·奥朗德称其为“历史性的”。
然而，该声明没有提供具体细节，研究人员仍在努力确定如何准确计算一个国家的二氧化碳排放量。但AirCore可能是朝着正确方向迈出的一步。AirCore没有活动部件，乍一看似乎太原始而无法使用。
“它非常简单，”科罗拉多州立大学的大气物理学家斯科特·丹宁（Scott Denning）说，他并未直接参与该设备的研发。“它只是一根长管子”，长约500英尺，直径细得像一根筷子（八分之一英寸），被卷成一个盘子大小的卷。一端封死；另一端保持敞开。
AirCore利用重力将空气捕获在内部。随着设备上升到大气层顶部，气压逐渐降低，将其中的任何气体都排出。之后，当它坠落地面时，空气会涌入管道。随着下降而增加的压力将空气压入管中，并推向封死的末端。着陆时，管道已收集了从顶部到底部的样本，并保持顺序，“就像录音带一样，”大约十年前提出该发明的皮特·坦斯（Pieter Tans）说。
坦斯也是NOAA的员工，他负责美国大气二氧化碳监测项目。坦斯说，与替代方案——使用研究飞机采集样本相比，AirCore“非常便宜”。
制造一个AirCore设备成本约为4000美元，任何人都可以制造。放飞一个AirCore的成本约为2000美元，用于耗材（如氦气、气球）和劳动力成本。坦斯说，相比之下，使用喷气式飞机进行研究飞行的成本约为12000美元。而且喷气式飞机飞不了比约60000英尺更高的高度。过去，从大气层上半部分获取样本需要火箭或工业规模的气球，成本还要高得多。近年来日益普及的消费级无人机也受到联邦航空管理局（FAA）指南的限制，无法达到同样的高度。
一旦升空，该设备就像树木年轮一样，从大气层的顶部到底部连续采集空气样本，就像树木年轮从树心到树皮采集木材样本一样。然后，当它坠落回地球后，可以被回收并在实验室中进行分析。在那里，空气样本会揭示大气厚度中二氧化碳浓度的细微变化。
将这些高度准确的信息与卫星数据相结合，科学家们就可以计算出一个国家——或任何其他区域——向空气中释放了多少二氧化碳。卫星数据虽然不如AirCore精确，但却能更频繁地在更多地方获取。
坦斯说，一项关键创新在于管子的狭窄内径。如果捕获的内容物能够自由混合，该仪器就无法为研究人员提供大气气体混合物随高度变化的准确描述。但搅拌样本的涡流无法在AirCore管子的高度限制空间中形成。只有分子随机运动，一个慢得多的过程，才会混合样本。然而，坦斯说，即使是少量气体的混合也会影响结果，因此尽快回收设备至关重要。卷轴被迅速送往实验室，在那里气体被吹出并用精密设备进行分析。
希格斯说，即使AirCore配备了至少三个追踪设备——包括一个卖给猎人追踪狗的设备——但着陆后回收它并不总是那么容易。有一次，它降落在一个满是粪便的饲养场。在一群牛冲进围栏前，他及时抓住了它。另一次，一位牧场主听说希格斯在联邦政府工作，禁止他穿过一片牧场。
“他可能认为我是NSA的人，在监视他的牛，”希格斯说。它曾降落在树上、电线上，有一次甚至降落在屋顶上。
坦斯说他仍在完善AirCore。他希望使其更便宜、更容易回收。他说，总有一天，放飞AirCore可以像天气气球一样普遍，天气气球在全球范围内被放飞数百个。他希望未来的型号会更轻，甚至可以通过滑翔机返回地球，从而降低那些脾气暴躁的房主将其扣为人质的风险。
