<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。

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