提及美国国家航空航天局（NASA）时，大多数人会想到太空和地外之外的宇宙世界。NASA让人联想到人类在太空、月球或火箭上的形象。从科学的角度来看，人们也会想到遥远宇宙中的恒星、星云和星系，以及太阳系内外的行星。NASA主要有四个科学目标：天体物理学、行星科学、太阳物理学和地球科学。世界地球日属于地球科学的范畴。
这是由1972年阿波罗17号拍摄到标志性蓝色星球的照片，卫星勘测可以提供从地球上无法获知的信息。图片：NASA
利用太空人类可以运用无法从地面获得信息的方式来观察地球及其属性。世界上还有很多需要人类面对的挑战，无论是自然存在的还是人为创造的事物，都需要人类去了解这些事物经历了什么，出现的时间，以及它们的数量。美国国家航空航天局（NASA）和它所做的有关地球的科学研究，对人类成功地前行和面临当下与未来天气和气候的考验是至关重要的！
雷击和人类活动是地球上野火发生的两个主要原因，每一个火灾季节野火会蔓延到数千英亩的地方。利用太空，我们可以用一种更高级的方式来监控环境和火灾的发生情况。图片：National Wildfire Coordinating Group
随着科学的发展，人类仍然不能完全了解地球的复杂系统。地球的大气层、表面、水体、冰川、生物圈都以复杂的方式进行着相互作用，因此也就形成了一个单连通系统。当地球为自然因素或人为因素发生变化时，我们只有一个希望：科学地研究系统进而制定最佳的行动路线。只有对地球科学有所认识，并且了解这些相互关联的部分是如何对自然和人类产生影响，才能成功地预测气候、天气和其他自然威胁和危害何时发生。
2017年8月25日在距地球250英里的国际空间站，美国宇航局的宇航员拍摄到的哈维飓风照片。图片：NASA
美国宇航局地球科学部门的主要任务是指挥卫星和协调空中任务，以尽可能多地观察地球。观测范围包括地球的地表、生物圈、大气、海洋和冰盖等等。从气象学报告、地球温度测量、大气中气体浓度、植被覆盖率、云层覆盖、冰盖和冰川活动等方面，卫星所做的贡献是不容忽视的。成千上万的数据产生又依赖于美国宇航局地球科学计划。地球变化方式存在这基本的科学问题，如果没有针对这些变化的合理科学方法，就没有办法做出明智的决策。
2001—2002蓝色星球合成图像是由美国宇航局的中分辨率成像光谱辐射计（MODIS）数据构成。 图片：NASA
这就是为什么在接下来的几年里，NASA地球科学部门将全部资金投入到它所计划的19个即将到来任务中。没有什么能比研究系统的准确信息重要，在这种情况下，系统就是我们赖以生存地球。以下是必须确保按照计划进行的任务——如果人类希望了解相关事实，就请不要把资金投入到政治游戏中去：
No1、ASCENDS：主动检测夜晚、白天和季节中二氧化碳的排放量。这项任务是在全球范围内测量大气中的二氧化碳排放量，这一测量不受季节、纬度、昼/夜，以及空气压力和温度的影响。该仪器可以作为独立的任务飞行器，也可以作为更大的地球观测站组成部分。
No2、CLARREO：气候绝对辐射和折射观测站，这项长期任务将会监测地球的各种辐射特性，包括反射的太阳光，进而更好地了解和量化地球气候及其变化特征。这将成为历史上最准确可信的气候记录，探路者任务将在2021年的时间框架内发射到国际空间站。
许多航天舱和独立舱正与国际空间站对接，还有许多太空舱正在等待安装。让国际空间站脱离轨道，无异于摧毁了我们在地球上观测地球的最佳地点。图片：NASA
No3、生态应激（ECOSTRESS）：在空间站上进行的生态系统星载热辐射计实验，植物在有利的条件下正常生长需要多少水？当植物感到压力的时候呢？生态应激仪将测量植物的温度、需水量，以及植物如何应对环境压力。这将会是农业/粮食安全所需的信息。
No4、GEDI：全球生态系统动态调查，从太空测量地球表面发生的事情是很好的，但更好的办法是了解地表和生物圈的三维结构，这就是GEDI正在研究的。高分辨率激光测距系统可以精确测量森林的高度、垂直结构和表面海拔，并提供关于碳和水循环的重要知识。GEDI将为森林管理、水资源、天气预报等方面重大挑战提供所需的“3D结构”。
No5、GRACE-FO：5月19日发射GRACE卫星的后续行动，它的任务是跟踪冰盖、冰川、湖泊和河流、海平面和地下水储存的变化。如果能跟踪到地球的水运动，更好地理解和量化在全球范围内的水循环就成为可能。这会让地球上的所有人类都受益。
No6、ICESat-2：冰、云和地面高程卫星2，这颗卫星每秒可以发射10000次激光，一次释放大约20万亿光子。每一次脉冲，大约有12个光子返回到卫星；这就足以测量冰原、冰川、海冰的海拔高度，并达到前所未有的精确度。冰冻圈是地球上的冰冻地区，也是美国宇航局地球科学研究重点。
在环绕地球轨道上完成和有效利用JPSS天文台是一项杰作。图片：NASA / NOAA
No7、JPSS-2：联合极地卫星系统，它每天在其灵活的极地轨道上覆盖整个地球两次，从而获得全球天气和气候现象信息。这对于减灾来说是最重要的一种手段，例如：如果我们在2005年运行了这个系统，就可以提前对卡特丽娜飓风做出的预测。现今运行的JPSS-1是人类有史以来最伟大的气象工具。其覆盖率依赖于后续的JPSS卫星持续发展和发射，大约每五年就会发射一个这样的卫星。
No8、LATSAT-9：高质量全球陆地成像卫星是了解地球世界的最重要工具之一。自20世纪70年代初，Landsat计划一直在提供这些图像，而Landsat 9作为美国可持续陆地成像计划的一部分，将在2020年发射后，卫星将会继续处于不可替代的位置。没有这个计划，将无法对土地的用途作出充分的决定。
No9、MetOp-C, POES的一部分：极地运行环境卫星，是ESA和NASA的合资项目，不久将推出的MetOp-B继任者，其中包括由NASA/NOAA提供的五种仪器。仪器用途是测量反射的太阳能、辐射热能、地球辐射带强度、海洋表面温度、大气臭氧、云层高度和覆盖范围，以及大气层的水蒸气剖面等等。这将是其系列中的第三颗卫星（A和B之后），目的是为了维持已有的覆盖率。
No10、NAAMES：北大西洋气溶胶和海洋生态系统研究。是什么控制着海洋的运行？海洋如何影响大气气溶胶、短寿命物质、云和气候？船舶、飞机、卫星和原位海洋传感器可以帮助回答这些问题。NAAMES可以帮助人类更好地了解如何管理海洋，如何评估和预测生态系统的变化。
在NASA和印度空间研究组织的合资项目中，NISAR卫星将测量一组关于地球特性的数据，让我们能够认知甚至预测自然和人为灾难的发生。图片：NASA / ISRO
No11、NISAR：美国国家航空航天局和印度太空总署(ISRO)的合作项目，通过测量地表的变形程度，从而预测地震、火山爆发和滑坡发生的可能性，它同时监测地下水和封存的二氧化碳，并确定地球非人类生物量对全球碳排放的估算。
No12、OCO-3：美国宇航局轨道碳观测卫星3号，如何用精确的在覆盖范围内测量大气中的二氧化碳，以观察二氧化碳水平在一年内时间和空间上变化情况？三个高分辨率的光栅光谱仪，将在空间上测量收集大气中二氧化碳，并且被安装在国际空间站的日本实验装置(jemef)上。它将使我们能够将基于空间的测量结果与现有地面和机载仪器结果进行比较。当涉及到二氧化碳时，正确的处理方法是至关重要的。
No13、OMG：格陵兰岛海洋融化的使命，冰盖不仅仅是从表层开始融化，底部也会融化。OMG的任务是通过测量格陵兰岛冰盖融化的程度来估计海平面的上升程度，格陵兰岛周围大陆架的水温变化将首次被测量。它将改善对关键区域海底形状和深度的测量。
这个信息图表描绘了美国宇航局观测到云层上的气溶胶上及其相互作用。Oracle的总体科学目标是了解云和烟雾相互作用的程度以及烟雾粒子作为云滴原子核的程度。为了实现这一目标，研究飞机将测量烟雾和云层，卫星将对烟雾和云层进行广泛的卫星测绘。图片：NASA
No14、ORACLES：观察云层之上的气溶胶和它们之间的相互作用。ORACLES可以说是有史以来最糟糕的首字母缩写词，但它是衡量人类污染的重要组成部分：特别是非洲地区的燃烧生物量。这些从燃烧生物质中产生的气溶胶将会在大西洋的云盖上运输和积累。气候模型中气溶胶云相互作用过程是全球最不确定的。
No15、PACE：浮游生物，气溶胶，云，卫星海洋生态系统，总体的科学目标是更好地了解海洋和大气交换二氧化碳的方式，同时也将揭示气溶胶是如何促进海洋表层浮游植物的生长。此外，它还将确定藻类繁殖范围和持续时间，并绘制出各种类型海洋叶绿素的分布图。随着美国宇航局观测程度加深，它有望更好地了解地球生物圈和气候的关键组成部分。
No16、SWOT：地表水和海洋地形卫星，是由美国、法国、英国和加拿大合资项目，将覆盖全球河流、湖泊、水库以及海洋获取重要信息。全覆盖一次需要11天，这标志着第一次从太空角度对地球淡水进行全面地的监测。它将于2021年发射，并将把海洋图像的分辨率提高到目前最好卫星分辨率的10倍。
No17、TEMPO：监测对流层的污染排放，将于2019年地球同步通信卫星上发射。TEMPO将在每小时和高空间分辨率下测量整个北美的污染情况。它的任务是收集有关臭氧、二氧化氮和其他污染物的信息，所有这些都以改善空气质量预报为目标，并且将达到前所未有的水平。
这是由一组相同的3个立方体卫星提供探测和辐射测量图像。3个立方体卫星大约每30分钟变换一次位置扫描。图片：NASA / MIT Lincoln Laboratory
No18、TROPICS：分辨降水结构和风暴强度观测，地球上热带高纬度地区是破坏性风暴的形成地，TROPICS需要有时间来分辨观测告诉我们在整个风暴生命周期中热量和水流是如何流动的。在近地轨道上，将会有3个立方体卫星每两秒钟扫描一次卫星轨道，监测氧气、水汽、降水和云冰。研究人员希望能够以非常低的成本提高分辨率、覆盖率和可靠性。
No19、TSIS-1：NASA总光谱和光谱太阳辐照传感器，“TSIS-1”是用来测量太阳辐射和光谱(在不同波长)太阳辐照度的总和。它将取代2003年SORCE飞船上老旧过时的仪器(TIM)。NASA公布了一份长达40年的全太阳辐照度数据记录，预计今年晚些时候TSIS-1将在国际空间站上飞行。
正确校准卫星数据，以及最近2016年的温度数据，表明了气候预测和观测结果是完全一致的。但是，更优越精确数据总是受欢迎的，因为数据在我们的认知中起到了很大的推动作用。图片：HadCRUT4.5, Cowtan & Way, NASA GISTEMP, NOAA GlobalTemp, BEST, via Ed Hawkins at Climate Lab Book
适应一个不断变化的世界，关键是利用最好的工具和信息。这意味着要关注人为因素和自然因素对地球的影响，并利用现有的最佳数据来促使我们做出正确的应对策略。这19个未来的任务代表了美国宇航局地球科学短期和中期目标，每一个任务目前都在不断前进，只要未来没有意外发生，这些任务将一直持续下去。
世界地球日，不只是为了纪念地球，也提醒人类不要忽略了它。记住我们正在做的事情，了解我们的世界，以及为什么它是有价值的。这个星球是唯一的，我们要成为它的守护者。如果没有质量的科学信息来做出正确的决策，从全球的角度来看，人类只不过是动物而已，何谈高等智慧生命？
博科园-科学科普｜文：Ethan Siegel/Forbes Science/S.W.A.B
