中央氣象署太空天氣作業辦公室

本篇文章感謝國立中央大學太空科學與工程學系 林佳賢老師、林映岑老師、許志浤老師、張起維老師 (按姓氏排列) 指導與協助文章撰寫。

　近期，Space X創辦人馬斯克宣稱該公司的星鏈通訊衛星網損失了近40顆通訊衛星，引起了各界的關注。Space X於8日已證實該公司在2月3日發射了的49顆星鏈通訊衛星網所需要的通訊衛星，但已有幾顆衛星已殞落、燃燒。這幾顆衛星在本月3日發射後是先佈署在210公里高的極低繞地軌道，然後才會逐步調整到日標的軌道高度。SpaceX說明這次的意外是由於本月4日的一場小磁暴，讓磁層電流流經高層大氣，而使其加熱膨脹，導致軌道上空氣密度升高、空氣阻力增加了約五成，影響了衛星運行。雖然Space X試圖調整衛星姿態來減低衛星運行時的阻力，但仍有近40顆衛星無法克服面臨的阻力而將面臨從軌道上殞落、燃燒殆盡的命運。

　回顧這場磁暴事件，是因為1月底的太陽表面活耀區發生的太陽閃焰，同時伴隨產生了日冕拋射物質(CME)事件，並且傳播至地球附近，實際記錄到的地磁指數Kp值為5，屬於太空天氣指標中的微弱磁暴(G1)，而臺灣地磁擾動指數也記錄到地磁擾動約減少了100奈特斯拉(nT)。相較於去(2021)年11月4日的磁暴事件(G3,中度磁暴)，其實這樣的磁暴強度在過這去這一年因為太陽活動逐漸提升下，每個月平均會發生2-3次以上，為什麼這一次的事件卻造成了為數眾多的衛星面臨殞落的命運呢？關鍵是衛星的高度。對於衛星所運行的太空環境中，雖然中性大氣的密度相對地表極低，但對於高速飛行的人造衛星而言，仍然會造成明顯的空氣阻力。一般來說，低地球軌道(LEO)衛星為了避免空氣阻力的影響而讓運行壽命簡短，有多都會佈署在400公里以上的軌道。400公里以下屬於極低地球軌道，在這個高度運行的人造衛星若是沒有藉由推進器來補償動力，就很容易會因為空氣阻力的影響而迅速墜落。而當地球磁場受到日冕物質拋射事件的擠壓時，透過磁層電流和一系列的物理作用，會加熱高層大氣造成氣體膨脹而讓密度升高。而這場微弱磁暴所造成的密度變化，也許對於已經運作中的人造衛星影響不大。但正巧Space X的通訊衛星發射後還停留在210公里高的軌道上，面對突然增加的空氣阻力讓衛星的速度減慢並且造成軌道高度下降。而隨著軌道高度下降，空氣阻力會更為明顯而且衛星的表面溫度也會因此急遽上升，而造成新聞中所提到的殞落與燃燒殆盡的結果。

　這種對於低軌道衛星具有“殺害性”的磁暴可能很快又要發生，根據NASA於2月6日做的太空天氣模擬，預估下一波日冕物質拋射事件將有95%的機率打中地球、產生G1等級的磁暴而發生對應的預警。隨著傳播而來的電漿粒子將可能影響近地球軌道上的衛星運作、甚至傷害衛星上的精密儀器。不過卻也會在極區帶來美麗的極光。不過，NASA後續又在2月8日所更新模擬結果，這波日冕噴發軌跡將不會朝向地球而來，但有可能影響到用來觀測太陽的Solar Orbiter衛星。

　這樣的變化，就如同氣象局及國際氣象組織所做的天氣預報或是颱風路徑預測一樣，雖著繞日或繞地衛星的持續監控太陽至地球間的各項參數，才能利用數據對太空天氣的變化做出準確又快速的預報。對於這起事件而言，如果未來太空產業界對於衛星的佈署和運作能夠結合太空環境監測和太空天氣預報，將有助避免類似的事件再次發生而造成巨額的損失。