極光物理重大發現 日台合作ERG科學衛星建功

▲ERG衛星量測與極光加速電子示意圖。(成大提供)

▲ERG衛星量測與極光加速電子示意圖。(成大提供)

記者林悅/台南報導

國立成功大學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。

該研究成果,日本時間1月18日晚間,發布在國際頂尖期刊Nature出版社旗下的《Scientific Reports》。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,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。

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「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。

2016年日本、台灣合作升空ERG衛星,裝載精密完備科學儀器,能夠量測太空環境中各種能量的電漿粒子以及電磁場。其中,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。

台灣ERG團隊表示,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32000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。

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。

成功大學太空與電漿科學研究所談永頤教授以及張滋芳助理教授參與此國際合作太空任務。談永頤表示,成功的太空任務除了能展現科技國力,科學新發現更是可遇難求。ERG任務對台灣而言,是跨國合作典範,目前正值台灣第三期太空科技長程發展計畫初期,必須慎選太空科學研究課題與儀器開發項目,將研究經費花在刀口上,執行真正具國際性和前瞻性的研究項目。

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,衛星搭載的科學儀器分別由JAXA旗下的ISAS宇宙科學研究所與日本官方機構,以及日本東海國立大學機構、名古屋大學、宇宙航空研究開發機構、金澤大學、東北大學、京都大學、九州工業大學等多所大學共同設計與製造。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。

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