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

作者 | 發布日期 2021 年 11 月 19 日 16:00 | 分類 自然科學 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


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 10 月發表於美國《地球物理科學期刊》(Journal of Geophysical Research: Space Physics)。

主導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正確性上,因不正確造成錯誤分析解讀,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,酬載回傳的數據資料每個環節都必須小心以對,若無法正確判讀,可能失去衛星儀器開發的意義和價值。

▲ 成大解開福衛二號科學酬載影像高度誤差之謎。

福衛二號 2016 年正式退役,長期累積的科學資料停止蒐集,連帶資料使用率也大幅下降。透過成大電漿所研究團隊的分析公式,不但能讓研究者輕易快速獲得局部空間圖像,更能重新點燃科學家對 ISUAL 數據的興趣,相信這研究能讓台灣衛星對太空科學界有更多貢獻。

台灣 2019 年啟動第三期「太空科技長程發展計畫」,預計 10 年內投入 251 億元經費,全力發展尖端太空任務,建立自己的太空產業。成大電漿所表示,以技術開發為主軸的規劃藍圖背後,除了追求工程精進,也需有扎實理論基礎支持,有時甚至需要藉理論模擬突破技術層面瓶頸。

▲ 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 2004 年升空後,搭載的科學酬載(ISUAL)亦從 2006 年開始進行長期夜間大氣暉光觀測,成大電漿所指出,ISUAL 觀測屬側拍模式,研究人員很快發現,影像定義的暉光發光層高度與過去認知的高度有近 20 公里誤差,暉光發光層高度分布範圍也不過約 50 公里,這誤差足以將暉光暗區誤判為暉光亮區。經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及研究生黃垎禎花了兩年,利用太空物理電漿化學反應機制,建置全球暉光強度資料網格點,接著重建基礎光學的幾何影像,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,衛星側拍影像時,低於暉光發光層邊界高度的區域,會有更強光疊加效應,使整體發光層呈現高度降低的積分結果。研究所的模擬影像修正方法,不單只應用於 ISUAL 影像,凡是所有側拍的衛星數據皆可透過此方式重建資料,甚至供未來相關衛星任務預先修正模式。

(首圖來源:pixabay