【科學史沙龍】〈太空天文觀測與台灣第一個太空天文望遠鏡〉&〈衛星太空觀測－以科學酬載與立方衛星為例〉

〈太空天文觀測與台灣第一個太空天文望遠鏡〉

包括人們最熟悉的可見光在內，所有天文望遠鏡的觀測對象，全都是某種電磁波；然而由於地球上的大氣層會吸收掉幾乎所有的短波，而即使是可見光以及無線電波等等長波，也會受到大氣的嚴重干擾，因此把望遠鏡放在太空裡進行觀測，就成為理所當然的最佳選擇。本講次介紹太空天文觀測的歷史與現況，以及台灣即將送入太空的第一個太空天文觀測望遠鏡 GTM 。

講師：張祥光｜清華大學天文研究所與物理學系教授

著名的哈伯太空望遠鏡，其觀測波段為可見光、紫外線、以及近紅外線，自 1990 年發射以來，在這三十年間拍下了許多令人印象深刻的太空光學影像。錢卓拉Ｘ射線天文台以及 XMM－牛頓衛星，則是負責觀測Ｘ射線，它們跟哈伯太空望遠鏡一樣可以聚焦成像，只不過由於Ｘ射線能量較強，需要經過特殊的掠射式設計，才能夠在不傷及設備的情況下成像。能量更高一級的伽瑪射線，由國際伽瑪射線天體物理實驗室 (INTEGRAL) 負責觀測，採用編碼孔成像板原理，控制入射的伽瑪射線量並使之成像；另有費米伽瑪射線太空望遠鏡，進行大面積巡天的工作，以研究天文物理或宇宙論現象。

除了以特定波長進行觀測的望遠鏡之外，也有針對特定天體進行觀測的太空望遠鏡。 COBE 、 WMAP 、以及普朗克衛星，都是專門負責觀測宇宙微波背景輻射的太空望遠鏡； SOHO 與 SDO 這兩具觀測天文台，專門監控太陽的各種現象；克卜勒太空望遠鏡則有系統地觀測 10 萬顆恆星的光度，檢測是否有行星凌星的現象，以尋找可能的系外行星。

台灣的第一個太空天文望遠鏡，是搭載在福衛八號第二枚衛星上，預計於 2024 年發射升空的伽馬射線瞬變事件監測儀 (Gamma-ray Transients Monitor, GTM) 。伽馬射線爆是一種發生在遙遠的過去與距離的星體爆炸事件，分為一個極大質量星球演化末期，超級超新星爆炸事件引起的長伽馬射線爆，以及兩個緻密星體碰撞融合，形成黑洞的爆炸事件引起的短伽馬射線爆。由於觀測伽馬射線爆需要盡可能增加觀測面積的覆蓋率，但這並不需要由單一的觀測儀來完成，是可以分派給小型的太空望遠鏡，進行區域性的持續監測，因此就有了台灣可以參與其中的切入點。 GTM 未來進入軌道後，預計每年可觀測到 40 次的伽馬射線爆，為國際天文社群貢獻一份力量。

〈衛星太空觀測－以科學酬載與立方衛星為例〉

臺灣歷經三十年的兩期國家太空科技發展長程計畫，第一期福衛一號到三號，學習使用衛星探測太空環境；第二期福衛五號開始自行研發科學酬載，終於完成先進電離層探測儀。本講次回顧這段台灣太空事業發展史，並且論及未來以立方衛星擴散太空研究效益的大方向。

講師：趙吉光｜中央大學太空科學與工程研究所副教授

目前太空科學研究的工具，按照距離地面的高度區分，主要可分為四類：地面觀測設備，離地 50 公里以內的探空氣球， 50 到 300 公里之間的太空火箭，以及 300 公里以外的太空船。這四種探測工具各有其特點與限制，可互補有無。台灣過去以探空火箭為太空研究主力，自 1998 年發射探空一號以來，近 20 年來一共發射了 10 次，搭載光度計、離子探測器、電漿探測器等等設備，上升到離地 100 公里以上的電離層，進行探測研究。接下來台灣要挑戰搭載太空船的火箭，這項計畫由台灣晉陞太空科技負責執行火箭發射服務，其設計的輕型運載火箭 Hapith V 可承載 350-390 公斤，最高達 700 公里。 Hapith V 運載火箭的首次酬載任務，搭載的是電離層閃爍儀。

台灣人造衛星的發展進程，從 1991 年 10 月成立國家太空中心開始算起，陸續發射了福衛一號、二號、三號、五號、七號衛星；身為台灣第一枚科學實驗衛星與遙測衛星的福衛一號、二號與三號業已退役，五號以及七號則仍在服役中，接續二號與三號的遙測與氣象觀測任務。福衛一號搭載的電離層電漿電動儀，是由美國德州大學達拉斯分校負責製作，國家太空中心負責出資，中央大學太空所使用其資料，最終產出上百篇的 SCI 論文，可說是成果豐碩；然而台灣當時缺乏酬載儀器的製作能力，若想獲得卓越且獨特的科學成果，還是需要具備足夠的儀器製作技術能力。這個願景在 2017 年，福衛五號發射時獲得實現，上頭搭載了太空中心製作的光學遙測儀，以及中央大學製作的先進電離層探測儀。根據這些酬載儀器回傳的資料，可進行電漿密度空乏灣、大氣非遷移潮密度分佈、中緯度密度增強物理機制等等研究，探討熱氣層與電離層交互作用對於太空天氣的影響。

隨著太空事業商業化的新太空時代來臨，以及衛星微型化的趨勢，不但運載火箭的發射價格大幅下滑，酬載衛星的體積也縮小到邊長僅 10 公分的立方衛星，學術單位不再需要國家層級的全力挹注，也可以自行設計發展酬載。福衛五號的 AIP 微型版，就是為了安裝在立方衛星上而設計，可以單一探測器的形式，量測完整的電離層電漿參數。立方衛星未來將是推廣衛星系統工程教育的最佳方式，而台灣已經走在這條路上。