台湾“太空魔方”将随卫星升空

时间:20-07-18 栏目:天文科学 作者:wenkula 评论:0 点击: 72 次



福卫五号飞行模拟图,「太空魔方」将随着福卫五号年2016年在美国加州发射升空。图片来源:台湾“国家实验研究院”。


福卫五号飞行模拟图,「太空魔方」将随着福卫五号年2016年在美国加州发射升空。图片来源:台湾“国家实验研究院”。


「太空魔方」,体型约10立方公分,重4公斤,是最小的多功能电离层探测仪。全球首创探测器采用「电铸纯金筛网」来筛选正离子,量测更精准。图片来源:台湾“国家实验研究


「太空魔方」,体型约10立方公分,重4公斤,是最小的多功能电离层探测仪。全球首创探测器采用「电铸纯金筛网」来筛选正离子,量测更精准。图片来源:台湾“国家实验研究院”。


「电浆不规则体」是电离层电浆密度分布不​​均匀的结构,会影响讯号传播,大小尺度从几千公里到几十公分都有。图片来源:台湾“国家实验研究院”


「电浆不规则体」是电离层电浆密度分布不​​均匀的结构,会影响讯号传播,大小尺度从几千公里到几十公分都有。图片来源:台湾“国家实验研究院”。


(神秘的地球报道)据台湾“国家实验研究院”:电影《复仇者联盟》中的「宇宙魔方」拥有永恒的能量源,国家实验研究院太空中心2015年1月最新发表的「先进电离层探测仪」,具备了可以探测自然界能量的功能,如太阳对地球的影响、地​​震前能量的释放……等,研究团队于是将外表像是魔术方块的探测仪命名为「太空魔方」。「太空魔方」是国立中央大学太空科学研究所团队历经20年的电离层研究才获得的成果,也是首度国内自制科学酬载登上卫星,预计明年随着福尔摩沙卫星五号上太空。


「太空魔方」的科学任务是太空天气与地震前兆探测。太空天气与我们的生活息息相关,最著名的太空天气事件是1989年3月13日,加拿大魁北克省持续9小时的大规模断电,600万人受到影响。进入科技时代,举凡通讯、定位、GPS导航,都跟卫星有关;太空天气的变化直接影响了地面与卫星之间的通讯品质,因此掌握太空天气变化一直是太空科学重要的研究项目。此外,台湾位处太平洋地震带,电离层监测可预测地震前兆,有助于发展更佳的防灾措施。


最小、多功、高解析度的「太空魔方」


「太空魔方」体型10立方公分,重量约4公斤,是世界最小的多功能电离层探测仪。 「太空魔方」也是国际间首创多合一功能的电浆量测仪器,可量测离子密度、离子速度、离子温度、电子温度等。中央大学太空科学中心副教授赵吉光表示,轻巧、多元的设计,可大幅减轻酬载的重量及耗能,对于太空元件来说极为重要;愈小愈有安装在卫星的可能,以先进电离层探测仪为例,除了福卫五号,还有机会安装在更小型的立方卫星上。


「太空魔方」另一重要特性是极高的取样率,所谓取样率,即每秒钟可进行多少次侦测。 「太空魔方」的探测头采用「电铸纯金筛网」,具有高透明度、最佳等电位面结构的特性,用来筛选所需侦测之正离子。实验证明此设计大幅降低电极污染效应,量测结果误差较小,取样率极高。美国的DMSP卫星每秒24次、欧洲的DEMETER卫星每秒160次;我们1999年发射的福卫一号为每秒1,024次,已是当时取样率最高;如今福卫五号上的「太空魔方」最高取样率高达每秒8,192次,更是遥遥领先现有相关仪器。


「电浆不规则体」是电离层电浆密度分布不​​均匀的结构,大小尺度从几千公里到几十公分都有。当「太空魔方」随着卫星在空中高速飞行时,针对电离层的解析度可从公尺迈向公分级,量测到更细微的结构,这样的高解析度将为「电浆不规则体」研究带来突破性成果。


改善卫星通讯 监测地震前兆


电离层(Ionosphere)为地球大气的一部分,随着太阳辐射、太阳黑子活动周期的不同,电离层的高度范围从距地表高约五十公里,可延伸至数百或上千公里不等。赵吉光表示,电离层的电浆极易受到自然界的作用而产生各项大小尺度的变化。特别是在赤道地区,如台湾地区,由于Rayleigh-Taylor 不稳定之作用下,在傍晚时会产生「电浆密度不规则体」(Plasma Density Irregularities)。以至于在某些特定频段上的太空通讯会受到干扰,或导致讯号脱锁。在磁暴下,电离层会产生大规模的迁移运动,电浆密度会骤增或骤减,如此会影响通讯的频宽与讯号传递的距离。


近年,研究人员亦发现地震前当地附近的电离层会出现规则的周期变化与电子温度异常现象,因而衍生出「电离层地震前兆」研究。国研院太空中心首席科学家、中央大学太空科学研究所刘正彦教授发现,在大地震发生前,震央附近上空的电离层电子浓度会发生明显变化;2002年福卫一号侦测到电离层离子浓度异常减少,正是3月31日宜兰外海发生规模6.8地震的前1到5天。透过「太空魔方」,将可完整量测电离层的电浆参数,对探讨这些问题的研究提供有效观测证据。


福尔摩沙卫星五号(福卫五号)预计在2016年第一季在美国加州范登堡空军基地发射升空,而「太空魔方」将随着福卫五号一起出任务。搭配福卫五号的发射时程,国研院与中央大学也将于2015年7月起,举办连续12周共36小时的课程,提供高中生参与太空科学培训,让青年学子有机会实际参与人造卫星科学实验。课后主办单位将遴选2至4名幸运学生,前往美国卫星发射现场,亲自感受卫星运载火箭发射的震撼,见证「太空魔方」上太空的历史性时刻。



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