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太空電漿模擬立大功 成大解開福衛二號科學酬載影像高度誤差之謎

文、圖/成大電漿所
 
國立成功大學太空與電漿科學研究所研究團隊從太空電漿物理基礎理論出發,透過衛星影像的幾何關係,重建大氣暉光影像應有的原始樣貌,成功解開衛星側拍影像長期以來存在的高度誤差之謎,更為未來衛星任務規劃提供預先修正的解決方案。研究成果 2021 年 10 月發表在美國地球物理科學期刊(Journal of Geophysical Research: Space Physics)。
 
主導這項研究的成大太空與電漿科學研究所教授談永頤表示,各項太空科學研究都必須建立在數據的正確性上,因為不正確造成錯誤的分析解讀,很可能影響接續任務的規劃方向。從事衛星酬載設計開發的共同作者、成大太空與電漿科學研究所助理教授張滋芳也表示,酬載所回傳的數據資料在每一個環節都必須小心以對,若無法被正確判讀,可能失去衛星儀器開發的意義和價值。
 
01
成大解開福衛二號科學酬載影像高度誤差之謎
 
福衛二號已於 2016 年正式退役,長期累積的科學資料隨之停止蒐集,連帶的資料被使用率也大幅下降。透過成大電漿所研究團隊提供的分析公式,不但能讓研究者自己輕易且快速的獲得局部空間圖像,更能重新點燃科學家對 ISUAL 數據的興趣,相信這個研究能讓台灣衛星為太空科學界作出更多貢獻。
 
臺灣自 2019 年啟動第三期「太空科技長程發展計畫」,預計 10 年內投入新臺幣 251 億元經費,全力發展尖端太空任務,建立臺灣自己的太空產業。成大電漿所表示,這個以技術開發為主軸的規劃藍圖背後,除了追求工程上的精進,也需要有紮實的理論基礎支持,有時甚至需要藉由理論模擬來突破技術層面瓶頸。
 
02
成大以太空電漿物理基礎理論重建大氣暉光影像應有的原始樣貌
 
福衛二號從 2004 年升空後,所搭載的科學酬載(ISUAL)亦從 2006 年開始進行長期的夜間大氣暉光觀測,成大電漿所指出,ISUAL 觀測屬於側拍模式,研究人員很快地發現,影像所定義出的暉光發光層高度與過去認知的高度存在將近 20 公里的誤差,暉光發光層高度分布範圍也不過約 50 公里,這樣的誤差足以將暉光暗區誤判為暉光亮區。經過研究人員反覆驗證衛星數據與計算公式,仍毫無頭緒。
 
成功大學太空與電漿科學研究所教授談永頤、助理教授張滋芳、博士後研究員江致宇以及研究生黃垎禎花了兩年的時間,利用太空物理中電漿化學反應機制,建置全球的暉光強度資料網格點,接著進行基礎光學的幾何影像重建,最終將衛星拍攝區域的輻射光通量完整反演而獲得模擬影像。
 
成大研究團隊表示,經過進一步比對研究後發現,衛星進行影像側拍時,低於暉光發光層邊界高度的區域,會有更強的光疊加效應,使得整體發光層呈現高度降低的積分結果。該研究所提供的模擬影像修正方法,不單只應用在 ISUAL 影像上,凡是所有側拍的衛星數據皆可透過此方式重建資料,甚至可以提供未來相關的衛星任務預先修正模式。
 
瞭解更多:
Retrieval of Airglow Emission Rates in Analytical Form for Limb-Viewing Satellite Observations at Low Latitudes2021 年 10 月發表於《Journal of Geophysical Research: Space Physics》美國地球物理科學期刊。
論文作者:談永頤、江致宇、黃垎禎、張滋芳。
 
維護單位: 新聞中心
更新日期: 2021-11-18
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