福衛二號「高空大氣閃電影像儀」簡介

建立於 2012-06-14, 週四

關於福衛二號

福爾摩沙衛星二號,簡稱福衛二號,是我國的第一顆自主遙測衛星。

其質量約741 公斤。它在 2004 年5 月21 日發射,成功的進入距地球表面891公里的太陽同步軌道飛行。福衛二號是繞極衛星,每天繞行地球14 圈,可提供全面性的全球觀測。由於軌道的特性,它會在每天早上與晚上9點左右,分別由北到南與從南到北掃過台灣。

福衛二號的主要任務是以「遙測照相儀」(Remote Sensing Instrument, RSI)對台灣與附近海域進行即時的大氣、海洋及陸地的遙測作業;必要時也可以收集全球的相關資訊,供全世界使用。主要任務「遙測照相儀」是屬於可見光波段的觀測儀器,因此只有衛星位於地球的向陽面時,才可以觀測;當衛星,位於背陽面時「遙測照相儀」就無法工作。

如下圖一所示,福衛二號上所搭配的另一個科學酬載儀器「高空大氣閃電影像儀」(ISUAL , Imager of Sprite/ UpperAtmospheric Lightning),在衛星位於地球的背陽面時,正好從事觀測高空短暫發光現象(Transient Luminous Events, TLEs)的科學任務。

太空探測器2-福衛二號

圖一:繞極衛星福衛二號在進入地球的背陽面時,從南
到北飛行,從事高空短暫發光現象觀測的示意圖。

 

「高空大氣閃電影像儀」科學酬載

 「高空大氣閃電影像儀」是世界上第一個可以長期從太空中,觀測各種高空短暫發光現象的衛星科學酬載。總目標在於:量測高空短暫發光現象的全球分布,建立領先性的統計數據與分析;以及力求太空物理(如高空短暫發光現象、大氣輝光與極光等)前沿研究的突破;並建立太空級光學量測儀器的規劃、設計、組裝、測試與系統整合的能力。

在科學實驗之進行上, ISUAL 初期的任務是以高空短暫發光現象的研究為主,大氣輝光與極光的觀測為輔,規畫的需完成五項課題為:

一、確定高空短暫發光現象的動態演歷及頻譜變化,以解開高空短暫發光現象發生之謎。

二、從事高空短暫發光現象電紫外光(UV)波段之探索,以尋找新物理及未知現象。

三、確定高空短暫發光現象中大氣的離子化程度。

四、建立高空短暫發光現象全球分布統計數據資料庫。

五、建立大氣輝光(airglow)與極光(aurora)的觀測資料庫。

 

目前,除了固定的高空短暫發光現象與大氣暉光觀測之外, ISUAL 也接受國內、外各研究團隊提出觀測計畫。

 

重要成果

高空大氣閃電影像儀計畫從1999 年開始執行至今,共發表期刊論文52篇、會議論文133篇。福衛二號升空之後,已從衛星上觀測到各種高空短暫發光現象(參考圖二),截至2012/11/30為止所觀測到的TLE事件中,記錄了紅色精靈1945例、精靈暈盤1812例、淘氣精靈2萬1837 例、巨大噴流92例、藍色噴流3799例,一共有2 萬9485 例TLEs 事件,其中巨大噴流、淘氣精靈與精靈暈盤的數量都是全球之冠。

在唯一可長時間從太空觀測高空短暫發光現象的利器ISUAL的加持與團隊成員的努力之下,團隊已從這些珍貴的資料中,分析出重要的科學成果,贏得國際學界的肯定。intro 002

 圖二:ISUAL 從太空中,所拍攝的各種TLE 影像範例。

 

未來展望

從1999 年開始至今, ISUAL 計畫已經進入第12 年。ISUAL 計畫在團隊成員的同心協力之下,從無到有,一步一腳印的走下來,漸漸地建立了高空短暫發光現象的地面觀測系統、閃電電波偵測系統、科學分析團隊, ISUAL 操作標準程序、科學數據處理與分送中心、以及太空級光學量測儀器的規劃、設計、組裝、測試與系統整合的能力。

 根據影像儀CCD 與光譜光度儀的感光度衰減的情形, 如果衛星健康狀態正常,ISUAL 至少可繼續運轉到2013 年;也就是說,未來至少還有約二年的觀測期,可繼續收集與分析資料,探討精靈暈盤與噴流事件的特性,以增加ISUAL 的科學產值。

未來將整合福衛二號ISUAL 與福衛三號的科學資料,以及台灣的TLEs 與電離層的地面觀測資料,探討閃電與高空短暫發光現象對電離層的影響;也將結合全球閃電與氣象資料,探討TLEs 與全球氣候變化的關係。

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