我們的地球大氣是各種氣體的湍流混合體。其中CO2、NO2和H2O是最值得被關(guān)注的，它們的濃度變化導(dǎo)致大氣變暖。大氣科學(xué)家通過評(píng)估這些溫室氣體的濃度以及確定它們的來源，不斷地試圖掌握它們的“脈搏”。據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，為了更全面地描繪我們的大氣構(gòu)成，美國科羅拉多州的科學(xué)家們從一個(gè)不太可能的來源中尋找到了靈感：“梳齒”。

目前測(cè)量大氣成分的方法是基于光譜學(xué)的概念。電磁輻射會(huì)激發(fā)分子，使它們根據(jù)其成分輻射出自己獨(dú)特的特征。這些“指紋”可以用來確定大氣等物質(zhì)的組成。研究大氣成分的科學(xué)家通常要么關(guān)注一組特定的波長，要么將利用像太陽這樣的光源，通過傅里葉變換紅外光譜來研究更大范圍的波長。然而，這兩種技術(shù)都還有缺點(diǎn)。

來自美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)的Kevin Cossel表示：“由于可調(diào)諧激光器通常只掃描較窄的波長范圍，因此它們通常只能測(cè)量幾種氣體?！彼^續(xù)說道：“另一方面，由于傅里葉變換紅外光譜系統(tǒng)測(cè)量的光譜范圍非常寬，因此它們可以測(cè)量大量氣體，但是它們通常無法精確測(cè)量光譜中的波長值?！边@種數(shù)量和質(zhì)量之間的權(quán)衡激發(fā)了研究團(tuán)隊(duì)共同開發(fā)一種新技術(shù)。

首先，激光源發(fā)射出波長為4.5至5微米的中紅外光。在這個(gè)較大的波長范圍內(nèi)有數(shù)十萬個(gè)“梳齒”——在更寬的輸出范圍內(nèi)均勻分布的窄發(fā)射線。Cossel解釋說：“為了測(cè)量溫室氣體，我們會(huì)查看每個(gè)波長吸收了多少梳狀光。由于每種氣體都有獨(dú)特的吸收峰(吸收光譜)，因此我們可以確定存在哪些氣體以及每種氣體的含量。”

在測(cè)量溫室氣體的實(shí)驗(yàn)中，研究人員將激光穿過國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院(NIST)廣闊的校園，射向一個(gè)反射器，然后反射回接收器，沿途會(huì)激發(fā)氣體分子。隨著路徑長度的增加，儀器的靈敏度隨之提高，從而能夠檢測(cè)到溫室氣體濃度的微小變化。Cossel及其團(tuán)隊(duì)可以每兩分鐘生成一次讀數(shù)，從而創(chuàng)建一個(gè)具有極高時(shí)間分辨率的魯棒數(shù)據(jù)集。

由于具備能夠測(cè)量難以檢測(cè)的氣體的能力，激光“梳狀”系統(tǒng)是溫室氣體測(cè)量方面的一項(xiàng)重要成就。Cossel說：“在這四種溫室氣體中，最難測(cè)量的溫室氣體是NO2，這是本論文的主要進(jìn)展?！迸c其他溫室氣體相比，NO2的濃度要小得多，這就是為什么激光器需要較大的中紅外輸出的重要原因。

“研究團(tuán)隊(duì)的最大目標(biāo)是將系統(tǒng)投入現(xiàn)場(chǎng)并進(jìn)行更多的測(cè)量。”隨著Cossel和同事們不斷完善他們的測(cè)量方法，他們正在為更全面地了解大氣層以及它是如何變暖的奠定基礎(chǔ)。