中大團隊首次發現日食引起的超音速音爆艏震波

中央大學,〈日食引發超音速音爆「艏震波」 劉正彥教授團隊首次發現〉,2018年1月11日。


【本刊訊】去(2017)年8月21日飛越美洲的日全食,除了讓許多天文迷前往朝聖外,中央大學太空所劉正彥教授的研究團隊也把握此機會,發現了日全食的超音速月影,在離地表300公里的太空電離層中引起音爆,形成前所未見的音爆「艏震波」,為全世界第一次發現。

研究團隊表示,所謂的「艏震波」,就像是船隻在前進時,船頭會頂起浪花並於其兩側引起整齊的弓型或呈V型的波浪。早在1970年代,科學家就大膽預測日食月影會產生「艏震波」,但卻無從實證。當時的科學家還嘗試用日冕儀配合各種地磁計、氣壓計或雷達等儀器觀測,都無法觀測到「艏震波」。

2009年7月22日,發生在東亞的日全食,研究團隊就已成功地在大氣層中首次看見月影引發重力波之艏震波。研究團隊形容這是「狹縫中的觀測」,因當時行經日本與臺灣的區域較小且地面GPS接收機較少,較不易進行大規模和長期詳細觀測。不過,當時突破性的成果還是受到許多的關注。

而這次,發生在美國西部時間2017年8月21日上午9時30分的日全食,超音速月影從美國奧勒岡州向東行經美國,並直接在北美電離層中產生音爆艏震波。因月影和電離層全電子含量中之艏震波完全沒有時間上的延遲,所以證實此一結果確實為首次發現的音爆證據。

研究團隊利用美國2200個全球導航衛星系統(GNSS)地面接收機記錄,建構由2萬餘個全電子含量所組成的高時空解析度影像,觀察到2017年日食對太空中電離層的影響。發現日食的月影,以每秒700~1100公尺的速度疾駛於美國太空中,且在電離層中引起音爆,形成類似V型的大波紋向兩邊劃開,畫面壯觀。

而這項觀測上的發現也代表著,在經過科學家不斷的努力與各種儀器設備的提升與進步的4、50年之後,終於在2009年初次看到艏震波,而2017年更進一步發現超音速音爆艏震波。這項最新的發現也發表在《地球物理研究通訊》(Geophysical Research Letters)期刊中。

劉正彥也進一步表示,這次的日食音爆艏震波因為所產生的電離層電子密度擾動較小,不致於對民生通訊、定位和導航等產生太大的影響。但對於日食月影的現象和變化,還是一項相當有趣的科學研究,對地球大氣層和太空環境可能產生多少的擾亂,仍是需持續研究的議題。


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