在地球上，我们经常向天空望去，想知道宇宙其余部分中的物质。同时，在距地球250英里处，国际空间站正在回头。

在我们上方的位置上，多台地球观测仪器安装在该站几个模块的外部，包括一个充满摄像机，盒子和悬挂在该站日语实验模块(JEM)边缘的工具的支臂。观测地球的CubeSat定期从气象站的气闸部署。宇航员从轨道实验室的窗户上拍摄行星的照片。这个哨所甚至进行了地球科学实验。所有这些工作提供了对我们家庭气候以及我们如何为即将到来的变化做准备的见识。

宇航局约翰逊太空中心勘探科学办公室经理威廉·斯特法诺夫(William Stefanov)表示：“如果您对事物的变化方式没有很好的了解，那么当它们发生变化时，您将处在一个非常糟糕的境地。”休斯顿

Stefanov说，天气反映了短期内大气的状况，而气候则是大气在数十年，数百年甚至地质时间跨度中的行为方式。

这意味着必须长期追踪影响我们气候的因素。它在轨道上已有20多年的历史，这使该空间站成为了收集这些长期数据的好地方。合并后的信息将创建一个独特的数据集，可帮助我们为气候决策提供依据，并有可能开发出解决环境问题的方法。

眼睛在地球上

该空间站提供了独特的行星视角，其轨道路径超过了地球人口的90%。它的轨道倾角约为52度，可让宇航员和地球观测有效载荷看到太阳升起，并且每天在世界各地设置16次。

斯特法诺夫说：“该轨道使空间站可以在白天或黑夜的不同时间穿越地球的不同地点并收集数据。与大多数其他自由飞行的卫星收集的遥感仪器相比，这是完全不同的数据集。”

ECOSTRESS，GEDI，OCO-3，DESIS，TSIS(也称为TSIS-1)和HISUI等国际有效载荷安装在轨道实验室的外部，分别收集与气候相关的数据。结合起来，它们提供了一套独特的测量方法，可以推动环境研究的前沿。

“ OCO-3小组希望了解植物及其在碳循环中的作用，”位于南加州的NASA喷气推进实验室的OCO-3项目科学家Annmarie Eldering说。“事实证明，我们的空间站邻居ECOSTRESS正在研究植物如何应对压力。然后是GEDI，它正在研究地面上有多少植物材料。正在研究植物及其在碳循环中的作用的科学家我们非常兴奋。我们听到了很多关于如何一起使用所有数据以更好地理解植物的讨论。”

OCO-3传感器使用通过大气的阳光反射来测量大气中二氧化碳的变化，观察到的变化小于百万分之一。

Eldering说：“大多数气体如臭氧，一氧化碳或水蒸气被污染时，其大气浓度是其两倍或三倍，因此很容易检测到。但是对于二氧化碳而言，很难看到这种变化。”

测量这些细微变化可能是回答有关大气二氧化碳的长期问题的关键。

“对我们来说幸运的是，植物和海洋每年吸收约一半的人类产生的二氧化碳排放。但是，如何做到这一点，为什么每年的排放量不同以及吸收如何在海洋中吸收，仍存在一些谜团。未来。” “我们的数据旨在帮助回答这类问题。”

碳的存储和清除也已经在站内和站外进行了研究。光生物反应器检查了微藻是否可以帮助关闭生命支持系统中的碳环，科威特的实验：大肠杆菌C5研究了微重力对大肠杆菌的影响，该细菌经过修饰可以消耗二氧化碳作为食物来源。前空间站有效载荷HICO拍摄的图像甚至帮助开发了一种检测有害藻华的算法。藻类在全球碳循环中起着重要作用，而水华是海洋吸收大量碳的原因。

借助SAGE-III跟踪臭氧，ISS-LIS和ASIM监​​视闪电以及TSIS跟踪从太阳流入地球的总能量等其他设备，气象站实验推动了许多气候记录和模型的发展。

TSIS的前首席研究员，科罗拉多大学博尔德分校教授彼得·普列夫斯基(Peter Pilewskie)说：“气候变化提出了人类可能面临的最大环境挑战。” “监测流入，流出系统的能量，增强了我们了解气候系统如何工作，认识到气候系统正在变化以及确定造成气候变化的机制的能力。”

该站提供了一个标准化的，功能强大的平台来容纳诸如TSIS之类的地球观测实验。足球场大小，配备许多固定点，足够的数据容量和巨大的电源(随着即将安装iROSA太阳能电池板而变得更大，该空间站可以同时容纳多种仪器) 。

这些资源的可用性使台站成为TSIS团队迅速将其有效载荷送入轨道的绝佳选择。经过一段时间的延误，在TSIS发射之前，该小组面临着先前跟踪工具的潜在故障。

“它开始变得非常可怕，因为当数据记录连续时，气候记录的准确性会保持在可能的最高水平，” Pilewskie说。“由于空间站的原因，我们得以继续这一记录。”

研究人员学习了为空间站创建有效载荷的基础知识后，便可以将这些知识应用于未来的空间站项目。普列夫斯基已经在进行他的下一个实验CLARREO Pathfinder，该实验计划在未来几年内启动。

“我们必须精确地指出需要通过操作站上的仪器而获得的价值，” Pilewskie说。“我们必须对CLARREO Pathfinder做同样的事情，因此我们使用了一些与驱动TSIS仪器相同的电动机。”

CLARREO计划通过对地球和月球反射的太阳光进行测量来研究地球的气候，其不确定性要比现有传感器的测量低五到十倍。

不仅仅是传感器从上方监视我们的星球。人们也是如此。

空间站的窗户为宇航员摄影和手动收集气候数据提供了机会。宇航员已经从太空拍摄了超过400万幅地球图像(从空间站获得了超过350万幅图像)，是记录地球随时间变化的最长记录之一。乘员地球观测目前支持许多城市夜间照明研究，冰川和火山监测，以及受强烈火山喷发影响的大气过程的研究。这些图像还用于生态调查，包括一个名为AMASS的合作项目，该项目跟踪鸟类的迁徙路线以及沿这些路线发生的变化的影响。

这些图像还支持飓风和野火等事件的救灾工作。收到自然灾害的通知后，地面科学家确定机组人员是否能够在高空运行时看到该区域。如果是这样，机组人员将捕获图像并将其发送回地球。然后将图片地理参考，以供地面上的危险小组使用。宇航员的图像对于野火事件很有用，例如，向响应者显示烟羽流向何处。

站外部署

通过将CubeSat部署到低地球轨道，该站扩大了其对气候科学的影响。这些鞋盒大小的设备(包括技术演示或测试新型气候科学的设备)与数千磅的其他研究调查和货物供应一起投入使用。宇航员将其卸下并准备在站上，然后将其部署到站的气闸外面。

“我们的许多小型卫星CubeSats都因空间站而乘飞机。这对于小型项目来说是一个巨大的资源，特别是大学或NASA中心试图推动一些小型项目的发展。CubeSats可能是他们第一个踏上成功之路的垫脚石。 TSIS和NanoRacks-MinXSS首席研究员汤姆·伍兹(Tom Woods)说。“空间站为将这些较小的物体带入太空提供了很多机会。”

超过250个CubeSat已从该站释放，包括许多以气候为中心的有效载荷。例如：

学生设计的NanoRacks-MinXSS CubeSat旨在更好地了解太阳X射线能量及其对地球高层大气层的影响。

DIWATA-1卫星通过观测台风和局部大雨等气象灾害，向菲律宾提供了遥感信息。

HARP CubeSat帮助我们更好地了解云和气溶胶如何影响天气，气候和空气质量。

随着地球气候的变化，国际空间站将从上方监视，帮助提供维护地球安全所需的独特见解。