太空红色精灵.docVIP

帶著一口濃厚的鄉音，來自彰化縣田尾鄉的李博士熱切的與筆者談起自己投身太空科學研究的故事（以下內文以第一人稱闡述）。? 小時候家住鄉下，看著滿天星斗與月亮圓缺，心中總是充滿了疑惑。星星為何閃爍？為何大人看著月亮的形狀、位置就能知道大約的時間？雖然隨著進入學校學習之後，有些兒時的疑惑已經解開了。但是也因為學了更多的科學，因而也產生出更多的疑問。日後出國在進入加州理工學院後，第一志願選擇進入粒子物理的領域，當時的物理界有費曼（R.P. Feynman）之流的物理界大師非常吸引人；不過，在與指導教授懇談之後決定投入太空物理這一行。 　　在太空物理的研究領域中，有過去很早之前就已發現但至今卻仍然無法解釋的現象，也有最近幾年才被報導及證實的自然景觀。紅色精靈（red sprite）就是在1994年我在阿拉斯加大學時的同事所確認的高空大氣現象。紅色精靈是發生在雷雨區的上空約30-90公里處，伴隨在雷電發生之後所出現的高空大氣現象。它會在雲層之上由雲層往上放電產生紅色光芒，這種有如精靈跳躍般的瞬間放電現象被稱為紅色精靈。 雷電發生的主要機制是因為天空中的電核分布不均勻，當累積到某種能量之後雲層對地放電，即所謂的閃電。閃雷發生之後，使得雷雨雲層帶單一種電荷，這種帶電雲層累積到相程度之後就會往高空放電，產生紅色精靈現象。 　　今年五、六月間我們的研究團隊首先在阿里山氣象站，觀測到廣東省東部上空所發生的紅色精靈現象。接著又在成大校園成功捕捉到台東外海所發生的紅色精靈現象，這是第一次在光害嚴重的都市中觀測紀錄到的，我們預期在白天應該也可以拍攝到此現象，這將是過去科學界還未想到的創舉。由於紅色精靈出現的光譜範圍較窄、間強度夠強，加上在成大校園的偵測經驗，我們相信可以排除太陽光的干擾，而能在白天觀測到紅色精靈現象。 　　全世界上有三大閃電雷雨區：南美洲大陸、非洲大陸以及東南亞，不過目前全球性的觀測計劃尚未出現。台灣的中華衛星二號計劃將偵測紅色精靈的太空儀器「高空大氣閃電影像儀」首次放到人造衛星上，用衛星來觀測紅色精靈為全球首創。我們將天天搜紅色精靈的芳蹤，就全球區域分布、出現次數的季節分布、日夜出現的頻率等進行高空偵測紀錄。 　　此外，在地面上由於所偵測的光譜是通過臭氧層之後的光譜，在紫外線部分的光譜已經被臭氧所吸收，這部分的光譜是否已經流失了？透過衛星的高空偵測，可以解決此一疑問。而這些大氣資料是過去全球所沒有的，如此一來我們的科學研究將擠入科學資訊輸出國之列，提昇國家的科學研究形象。 　　有關「太陽風」形成機制的爭論已經超過40年了。地球的大氣溫度隨著離地表的距離越遠溫度就越低，不過發生在太陽表面的現象則並非如此。太陽表面溫度早在40年前就被證實大約是6000度，但是發生在其表面的「日冕」現象則會產生三百萬度以上的高溫，並且噴出速度高達每秒400公里的氣體，形成太陽風。對此一現象，科學界始終無法提出有效的理論說明。 　　1995年由美國航空暨太空總署（NASA）和歐洲太空總署（ESA）共同合作發射的「太陽暨日圈觀測衛星」（SOHO，Solar and Heliospheric Observatory），傳回太陽表面的極紫外線（EIT）光譜圖，同時顯示出氧離子（O+5）、鎂離子（Mg+9）等離子的光譜。從光譜的的寬度可以反推離子的熱運動速度，也就是反應出離子的溫度；結果顯示：氫離子的溫度約為三百萬度、氧離子則是二億度左右。由於熱不會由低溫處轉移到高溫處，因此太陽表層的熱不會直接轉移到日冕之上。那為何日冕會有如此的高溫？ 　　面對這些現象，去年我和吳伯翰博士在天文物理期刊（Astrophysical Journal）上提出一個「快震波（fast-shock wave）」加熱理論來說明。由太陽內部發散出來的磁力線和太陽表面的磁力線會不斷發生「磁場重聯」的現象，磁力線重聯是提供日冕能量的主要機制，可以有效的把磁場的能量轉化為動能，我們可以利用橡皮筋來說明磁場重聯的能量轉換。突然把被拉長的橡皮筋放鬆時，它會很快收縮回復原狀而產生「彈力」，這個彈力可以把東西彈出去，也就是提供粒子加速，把板筋的位能轉為物質的動能。 　　因為太陽內部接近表面處的離子對流運動會產生磁場，同時因為離子對流運動使得磁力線被彎曲拉長。兩條相鄰而反向的磁力線彼此靠近，當磁力線互相交錯時，磁力線在太陽表面發生磁力線重聯。磁力線在重聯之後會迅速縮短，此時就會將形成日冕的氣體離子加速，向太陽表面之外射出去並產生快震波，這些快震波會使得日冕的離子獲得巨大的動能而增加溫度，我們把出的理論可以完美的解釋氫離子溫度約300而氧離子則有2億度。 　　由這兩個例子，我們可以看到太空領域包羅萬象，隨時都可能有必威体育精装版現象觀測到，即便是過已經被證實的現象也都可能因為新的證據而產生新的解釋方式。這也是太空