成大合作日本衛星團隊有重大發現!顛覆 50 年來極光電子加速區定論

作者 | 發布日期 2021 年 01 月 19 日 14:32 | 分類 天文 , 尖端科技 , 自然科學 Telegram share ! follow us in feedly


台日合作在極光物理有了重大發現。國立成功大學今日宣布與中研院自製高精密太空科學量測儀器,參與日本 JAXA ERG 衛星任務。團隊最新研究成果發現,極光電子加速區域達 3 萬公里高空,顛覆 50 年來科學界對極光電子加速區的定論,可望延伸研究應用在木星、土星等各類天體的極光加速機制。

ERG(Exploration of energization and Radiation in Geospace)衛星任務屬日本大型磁層科學衛星計畫,由日本 JAXA 宇宙航空研究開發機構主導。日本 JAXA ERG 衛星任務旨在探索地球輻射帶,了解當中相對論性粒子的加速機制,並對其中複雜的波動與粒子關係找出關鍵證據。

台灣團隊在 2014 年獲邀加入日本 JAXA ERG 衛星任務,負責打造專門量測太空相對低能量的 LEP-e 電子分析儀;由台灣 ERG 團隊打造的 LEP-e 電子能量分析儀具有高方位角解析能力,能夠精密量測具生成極光特性的電子。而台灣 ERG 團隊由中央研究院天文及天文物理研究所和國立成功大學太空與電漿科學研究所共同組成,是 ERG 衛星任務唯一的日本海外儀器團隊。

研究團隊指出,極光(Aurora)是由太空中被加速的電子撞撃地球高層大氣分子所造成的發光現象。過去科學界認為電子加速的區域大約是離地數千公里的地方,但具體高度是多少並不清楚,而精密、高解析的 LEP-e 電子能量分析儀,為本次極光研究帶來重大突破。

▲ 成大參與 JAXA ERG 衛星任務,研究結果顛覆過往極光電子加速區定論。(Source:成功大學

研究團隊補充,透過 ERG 衛星搭載的 LEP-e 電子分析儀持續回傳太空電漿數據,搭配高緯度區域 THEMIS 極光地面影像系統交叉比對,找出了極光電子的加速區域。研究結果顯示,電子加速區域可發生在離地 3 萬公里以上的高空,推翻一般認為極光加速主要發生在最高不超過 2 萬公里高空的觀點。

事實上,這是台灣第一次製作如此高精密和高解析的太空量測儀器,該儀器從設計、製造、校正到資料格式設定皆由台灣團隊一手包辦。衛星升空後,儀器也非常健康的在距離地表 200 公里至 32,000 公里間進行觀測,是目前台灣自製儀器飛離地球最遠的紀錄,也是目前台灣唯一實質參與過電離層任務以外的太空儀器開發團隊。

除了地球,太陽系木星、土星等其它行星也可觀測到極光現象,某些天體,例如脈衝星也有類似電子被加速現象。研究團隊預測,後續相關研究將促進人類對各類天體的電子加速機制有更深的理解與認識。

(首圖來源:東京大學