当约翰·莱恩站在自家后院,将激光对准雨水时,他并没有想着地球上的天气。他当时正试图找出追踪月球尘埃的最佳方法,这是保护NASA的阿波罗着陆器免受潜在月球访客侵害项目的一部分。但最终,他通过找到一种 测量雨滴大小的新方法,间接帮助了天气预报员——这是天气雷达无法做到的。
莱恩是肯尼迪航天中心的一名物理学家,他当时正在尝试校准一个能够探测月球上细小尘埃颗粒的激光传感器。该项目是NASA为保护其月球遗产而进行的努力的一部分。新的月球着陆器,无论是来自谷歌月球X大奖还是其他国家,在着陆月球时很可能会扬起尘埃和其他物质。NASA希望确保其六个阿波罗遗址不受干扰,了解尘埃的运动机制将有助于确定新的机器人着陆器能够接近多近。
“这就像喷砂一样,”莱恩在NASA的 新闻稿 中解释道。“如果你有一个像火箭引擎一样的东西向下喷射,扬起这些尘埃,那里没有空气,所以它们会一直高速前进。” 这些月壤(月球土壤)甚至可能逃逸到轨道上。它们甚至可能撞击月球着陆舱的敏感箔蒙皮,或者撞击宇航员留下的样本。月尘的撞击可能会毁坏未来分析这些废物情况的潜在实验,因此NASA希望能够有一些参数来解释尘埃的行为。
为了做到这一点,莱恩测量了雨滴,而雨滴显然是月球高空尘埃的良好模拟物。他的激光和反射器能够非常精确地测量雨滴的大小,这可能对天气预报员来说是一个巨大的福音。
天气雷达可以探测到单个雨滴、昆虫群、 飞行的鸟类和蝙蝠。但它无法很好地区分这些物体的大小。一项大规模的全国性双偏振雷达升级正在进行中,这将有所改善。这为水平扫描的无线电测距增加了垂直维度。雨、冰雹、雪、鸟、昆虫和蝙蝠在双偏振雷达中都有独特的信号。
但即使如此,雨滴大小的估计仍然不精确。莱恩的新激光方法是通过测量光束路径中雨滴的平均横截面积来做到的。根据NASA的说法,这被称为“尺寸分布的二阶矩”。理解这种尺寸分布将改进天气雷达用于追踪空中物体的算法。这可以提高使用雷达进行的降雨测量,进而提高预报。
就月球而言,这些尺寸估计可以更好地判断月球尘埃在机器人或载人着陆器的作用下会如何运动。据航天机构称,NASA曾考虑在X大奖的竞争者之一的底部安装一个激光传感器,用于测量尘埃和土壤的运动情况。这将有助于NASA制定其他着陆器的限制措施,包括它们必须距离现有月球遗产遗址多远着陆。
据NASA称,莱恩已经在一个气象学会议上展示了他的发现,并正在撰写一篇关于此的科学论文。