福衛七號睜開眼 喜迎第一筆掩星觀測

2019-07-17 | 譯編者:李奕德 審訂員:黃俊穎


福爾摩沙衛星七號外觀(圖片來源:國家實驗研究院國家太空中心)
福爾摩沙衛星七號外觀(圖片來源:國家實驗研究院國家太空中心)

 根據國研院國家太空中心(簡稱太空中心)所發布的新聞稿,在今年6月25號台灣時間下午2:30發射升空的福爾摩沙衛星七號(簡稱福衛七號),經過國家實驗研究院國家太空中心(簡稱太空中心)的技術人員進行經過一連串的衛星狀態確認後,在台灣時間7月16日上午由太空中心下達指令,將酬載在福衛七號上的儀器依程序開機進行測試,其中最重要也最令人期待的,莫過於就是全球導航衛星系統無線電訊號接收器(TGRS),也就是在福衛七號任務介紹中,最常聽到用來進行掩星觀測的儀器。

 稍晚,當福衛七號飛過位在澳洲達爾文的地面接收站上空時,也順利的完成觀測資料下載。下載後的觀測資料,立刻按照程序分送到美國和台灣的資料處理中心進行資料解析和處理。在中央氣象局內的台灣資料分析中心(TACC)擔任起台灣資料處理中心(TDPC)的工作,並在衛星資料收到後按照規劃啟動資料處理作業。

福衛七號路徑(綠色)、電波射線(紅色)與掩星點投影(藍色),圖片提供:臺灣資料分析中心(TACC)
福衛七號路徑(綠色)、電波射線(紅色)與掩星點投影(藍色),圖片提供:臺灣資料分析中心(TACC)

 迎接這個歷史性的一刻,福衛七號星系的第一筆觀測資料是由六顆衛星中的第三顆(編號FS7_3)在臺灣時間7月16日上午11點44分所進行觀測。當時衛星正好飛到夏威夷群島的上空,並且利用來自全球定位系統(GPS)所發出的訊號進行掩星觀測,資料點的位置大約赤道偏北和國際換日線的交界,而那附近正巧是我國邦交國-馬紹爾群島的東方洋面上。

 由於電波訊號從GPS衛星發送後,直到被福衛七號接收的傳播過程中都會受到沿途介質的影響,像是大氣層溫度、水氣量和密度的差異或者是電離層離子濃度。假設地球大氣是水平均勻分布且是球型對稱的條件下,透過發送訊號的導航衛星和福衛七號在太空中的相對位置,便能計算出掩星切點處(訊號路徑與地心連線中的最短位置)。因此才會出現福衛衛星位在夏威夷群島的上空,但第一筆資料的掩星觀測位置卻是遠在接近赤道面和國際換日線附近的結果。而且,由於福衛七號和全球導航系統衛星在軌道中會持續不停地運動,所以近地點不僅一個點,在掩星觀測間會持續移動切點位置和高度,而在地圖上繪出一條曲線。

第一筆大氣(溫度和水氣壓)與電離層(電子濃度)剖面資料。圖片提供:臺灣資料分析中心(TACC)
第一筆大氣(溫度和水氣壓)與電離層(電子濃度)剖面資料。圖片提供:臺灣資料分析中心(TACC)

 從第一筆掩星觀測的大氣剖線資料中,可以看到溫度和水氣隨高度的變化。溫度的觀測資料從接近地面的高度開始往上減少並且持續到接近18公里高後,在隨著高度增加到40公里處,提供了相當完整的大氣垂直變化的資訊。注意到了嗎?這筆資料位置正好就位在海面上,這裡可是很難獲得其他氣象觀測資訊的位置。而電離層的剖線,也能夠看到電子濃度從接近100公里處開始增加,在接近400公里處達到最大值在逐漸減少到600公里,完整的呈現出電離層中的分層結構。

福衛七號軌道分布與地面接收站示意圖。圖片來源:國家實驗研究院國家太空中心
福衛七號軌道分布與地面接收站示意圖。圖片來源:國家實驗研究院國家太空中心

 由於福衛七號完成掩星觀測之後,必須要等待衛星經過地面接收站附近時,才能將觀測資料下載傳回資料處理中心。因此,每一次從衛星上所下載下來的資料檔案中,其實都會存著一段時間內的多筆觀測資料(從上次遇到地面接收站到這個地面站之間)。幸好,太空中心能夠透過國際合作的方式,讓福衛七號除了台灣和美國所提供的地面接收站以外,另外也能利用位在巴西、澳洲等地的地面接收站進行資料下載,讓觀測資料的延遲時間大幅度降低。從當初福衛七號的作業要求來看,資料延遲時間平均不超過30分鐘,而資料處理中心也僅只需要幾分鐘的時間就能完成原始資料解算,在最短的時間內讓觀測資料進入作業中心協助相關作業。

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李奕德

國立中央大學太空科學所博士班畢業,現任中央氣象署數值資訊組研究員。專長:電離層物理、電離層模擬、太空科學科普教育、Dagik Earth應用

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