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無線電掩星(Radio Occultation)

※簡介

光在不同介質的傳播速率不同,因此,當光由一種介質進入另外一種介質時會發生折射現象。一個最熟悉的例子便是將筷子放入裝水的杯子中,會看到筷子好像彎曲了。 這是因為光在空氣與水中速率不同,而造成光的折射。同樣的原理,當無線電波傳播在不同的介質中,訊號的傳播路徑也會產生折射的現象。因此,在軌道上運行的人造 衛星,運用無線電波與其它人造衛星或地面控制站互相傳送資訊時,均有可能受到大氣層的折射。利用這樣折射原理而發展出掩星技術(Radio Occultation),可以推 算出電波訊號所受到的折射,進而得到介質的成份與狀態。

掩星示意圖

電線電波受大氣層折射的影響,造成訊號傳播路徑偏折,原本會被地球阻擋而收不到信號的衛星因此能夠持續接收到信號。[圖片來源:國立中央大學太空科學所電離層電波科學實驗室]

科學家認為探測大氣垂直結構最有效之途徑為掩星觀測法,並將此方法用在1965年之火星探測,之後陸續應用於金星、月球等探測。至於掩星觀測真正應用在地球大氣 結構觀測,首推1995年大氣研究大學聯盟(UCAR)之microlab 1衛星與後續的衛星衛星計,包括CHAMP(德國),SAC-C(阿根廷),GRACE(美、德)以及IOX(美國)。在 這些計畫中,都只有單一顆衛星進行觀測,有著各自有其科學目標,因此無法獲完整且及時的地球三維大氣變化。

2006年所發射的福爾摩沙衛星三號是由六顆微衛星所組成,每顆衛星上皆搭載了GPS訊號接收器,可以藉由GPS所發出的電波訊號進行掩星觀測,提供地球表面大氣層及電離層垂 直分布結構的詳細資訊。迅速、即時和完整的三維觀測資料,有助於大氣和太空天氣觀測,更可做為天氣預報、研究全球氣候變遷和研究電離層的重要資訊。

國研院國家太空中心在2019年6月25號台灣時間下午2:30發射升空的福爾摩沙衛星七號(簡稱福衛七號)將接替福衛三號後續任務,以一組較低角度的軌道傾角,提供台灣所在緯度更多且密集的觀測資料。