政大大學報

暉光層觀測誤差獲解 成大助GPS準確定位

2021/12/01 21:37:45

【記者羅子恆綜合報導】衛星本該是提供科學家更準確資料的媒介,但近幾年ISUAL團隊(註一)發現福爾摩沙衛星二號觀測的暉光層(註二)位置與實際暉光高度有極大差異。國立成功大學太空與電漿科學研究所教授談永頤帶領曾為ISUAL工程師的江致宇與團隊透過粒子密度研究暉光層,找出產生觀測誤差的原因,並提出解決方法。

註一:ISUAL團隊是由政府成立,用以研究福衛二號資料的團隊計畫。
註二:暉光是太空中中性粒子與電漿粒子的氣體釋放能量時所發出的光點,可在具有大氣層的星球周圍被觀測到。
福爾摩沙衛星二號進行路徑光源判定時,會以最接近地心的部分假定為發光源,而實際發光源其實在更高的位置上。 圖/國立成功大學研究團隊提供

承載台灣科學的夢想,福衛二號於民國93年升空,其配備「高空大氣閃電影像儀」可監測高空短暫發光的現象,例如大氣暉光與極光等。然近幾年ISUAL團隊發現福衛二號拍攝的暉光層影像由2D轉為3D時會產生誤差,觀測目標的實際位置與測得影像相差約有20公里。談永頤表示,以小範圍太空現象來說,該距離是嚴重的偏差,但現有的研究無法解釋誤差是如何產生。

研究團隊藉由計算暉光層中各粒子的密度,並透過電腦模擬發光點的真實亮度,再與福衛二號資料進行模擬比對,發現影響誤判的主因是光的「疊加性(註三)」。另外,團隊也找出誤差值僅2%至3%的公式,可利用福衛二號收集到的數據計算出暉光層高度。

註三:疊加性是指當視線範圍內有多處光源時,光會互相疊加變得更亮。
國立成功大學研究團隊透過電漿粒子密度推演出的模擬影像,與福衛二號收集到的資料相差將近20公里。 圖/國立成功大學研究團隊提供

暉光層的粒子變化會影響進入的電磁波,層內粒子通常會隨大氣層與地球磁場變化,進而干擾需用電磁波定位的日常工具,如全球定位系統(Global Positioning System, GPS)。暉光層無時無刻都在擾動,平時對相關工具無顯著影響,但發生劇烈改變時,就會造成GPS定位不精準。國立中央大學太空科學與科技研究中心副教授趟吉光說:「影響GPS主要與暉光層的粒子密度分佈有關,分佈不均勻會使傳遞造成困難。」

團隊的研究有望幫助暉光層擾動GPS定位的問題得到解方,江致宇補充道:「科學家能透過大量準確觀測數據,進行分析研究,進而預測擾動的現象並尋找解決方式。」然而達成該目標還需一段時間,趟吉光說:「是否能持續觀察,以及資料能不能協助預測都是考量因素,因此未來還有很多事情要做。」

太空看似遙不可及,但隨著科技不斷進展,越來越多研究證實太空的變化會影響人們的日常生活,如太陽風暴對電器的作用等。談永頤說:「當太空發生重大事件時,可能直接影響民眾生活,因此科學家透過衛星觀察太空現象為將來做準備。」江致宇也表示,了解暉光層能提供往後研究相關資訊,並期望在未來達成預測太空現象的目標。

國立成功大學太空與電漿研究所教授談永頤帶領團隊研究太空暉光層高度差異之謎團。 圖/國立成功大學研究團隊提供