|
ＦＡＱ解答 |
問：哈佛望遠鏡，幾年後將失去控制？
| 答：天有不測風雲，衛星有旦夕禍福，如果不出事，哈佛望遠鏡有太陽能源板，它也許可以長命百歲。否則，也許明天就出事，壽終正寢了！由過去出事的記錄看來，有時是人為的疏失，有時是天然的災害。不過一般說來，就算沒有什麼大的意外，由於地面控制站偶爾還得修正一下衛星的姿態（方位）以及運行的方向，這些都需要用到液態燃料。有一天，液態燃料用完了，如果無法派太空梭上去添加燃料的話，這時人造衛星就像是脫韁野馬一般，難以控制，等於失去了這顆衛星一樣！ |
問：人造衛星為何可以在太空飛行而不掉落？
| 以下是“太空計畫室”網頁中，“衛星常識”版面內的解答，也是國科會專案計畫，“太空探索”網頁中，“ＦＡＱ”版面內的解答。 |
| 答：依物理原理，當物體作圓周運動時即會產生一離心力，此離心力的大小與轉速平方成正比。因此速度越大則離心力越強，當離心力與地心引力平衡時物體即可環繞地球不停的運轉，所以人造衛星的飛行速度必需大到能平衡地心引力的地步，才可不停飛行而不掉落。 |
| 以下是本太空教室網頁，中華衛星專題中，“衛星釋疑”一欄中的解答。 |
| 答：人造衛星如果繞著地球做圓周運動，它就具有一個“向心加速度”。此“向心加速度”的大小，與衛星運行的速度大小平方成正比，與衛星到地心的距離成反比。而“向心加速度”乘以衛星的質量，就是衛星所受到的向心力。地球對衛星的地心引力，就是用來拉著衛星，使它繞著地球轉的向心力。 要了解人造衛星如何繞著地球轉，請想像從高樓頂上，水平丟一個球。球速越快，球就飛得越遠。當球速度大到能使球的軌道，與地球球面一樣的彎曲時，球就會一直向前飛，繞過整個地球，轉回原處，也就是，球會繞著地球轉！由於地球的地心引力與距離地心的距離平方成反比，也就是高度越高，地心引力越弱，因此衛星飛得越高，繞著地球運轉所需飛行速度就越小。蘋果因為水平速度為零，所以受到地心引力作用後，就直直落下砸到我們的頭上。而水平速度夠大的人造衛星，則一路從軌道的一端，掉到軌道的另一端，再掉回來。所以衛星掉落的距離可比蘋果還遠呢！只因為地球是“圓的”，所以只要衛星不減速，衛星就不會掉到“地面上”來！再舉最後一例，如果地球不自轉，那麼通過地心挖一個隧道，一個直直落下的衛星與一個繞著地球轉的衛星，會在同一時間掉到軌道的另一端，然後再掉回原處！你相信嗎？ |
| 以下是“太空計畫室”網頁中，“衛星常識”版面內的解答。 |
| 答：人造衛星壽命的主要決定因素在於其攜帶的燃料。衛星的燃料用完後會因軌道上極稀薄的氣體粒子的影響而減速，並墜入大氣中燒毀或墜落地表。也有衛星的設計是用殘存燃料將衛星推入極高的軌道（太空墓場）中。 |
| 以下是本太空教室網頁，中華衛星專題中，“衛星釋疑”一欄中進一步的解答。 |
| 答：人造衛星的壽命主要取決於所攜帶燃料的多寡。中華衛星一號任務壽命為兩年，設計壽命為四年。發射後，中華衛星一號將靠地球的重力所提供的向心力，繞著地球運轉。但因中華衛星一號所飛的高度並不算太高，當地大氣對衛星的摩擦力，將使中華衛星一號逐漸減速。這時科學家就要藉著中華衛星一號上，所攜帶的燃料，隨時為中華衛星一號加油打氣，以便維持在正確的軌道上運轉。只是燃料總有用完的時候，這時我們也只能眼睜睜地看著中華衛星一號，墜入地球大氣，摩擦燃燒而化為灰燼。（這恐怕只能怪目前太空中，還沒有設立加油站吧！）所以大部分的人造衛星並不是它殺而是壽終正寢。不過太空中意外無窮多，比方說，衛星的太陽能源板，可能被流星雨打壞！又有些時候，那些飛得比較高的人造衛星，例如：同步衛星，它們所在的高度，大氣比較稀薄，所以大氣摩擦力比較小，因此本來它們的壽命比較長。但是在地球磁暴（磁場風暴）發生時（也就是當燦爛極光發生時），在這個高度的地球磁場，會發生劇烈的變化。由於這些衛星本來是靠著地球磁場來分辦方位，當地球磁暴發生時，這些衛星就很容易的迷失了方向，太陽能源板也就很可能對錯了方向，不再充電！等到磁暴過去了，地面控制站再來拯救它可能已經來不及了。就算運氣好，備用電源沒用完，還能接受地面控制站的指令，利用所攜帶的燃料來矯正姿態與軌道，但因為衛星攜帶的燃料有限，又沒有太空加油站，連著遇上幾個磁暴，這顆衛星大概也就面臨無米之炊，再也無法回正姿勢，服務人類了。由於當地大氣稀薄，這些衛星不會馬上掉入大氣，只是靠著地心引力所提供的向心力，不斷地繞著地球運轉，於是地球附近的太空環境中，就又增加了一塊“太空垃圾”。信不信由你，截至目前為止，咱們頭頂上的太空垃圾，可比活著的人造衛星還要多呢！這也就是太空計畫室的衛星常識中本題的解答：“……也有衛星的設計是用殘存燃料將衛星推入極高的軌道（太空墓場）中。 ”中所謂的“太空墓場”，不過各位難道不覺得“太空垃圾場”這名詞，可能更貼切些！你說呢？ |
| 答：海水與地殼受到月亮（主要）以及太陽（次要）潮汐力的影響，海水會與地殼摩擦，地殼岩層之間彼此也摩擦，地殼也可能與內部岩漿摩擦，日復一日，不斷的消耗能量，也藉著改變地球質量的分布，不斷的改變地球的轉動慣量，進一步消耗地球的自轉角動量。於是，地球將越轉越慢。事實上，受到潮汐力的影響，靠近太陽的內行星，它們的一年（公轉一週的時間）與一天（自轉一週的時間）的比值都相當接近１。（金星為2.5，水星約為２）。同理，月亮也是受到地球潮汐力的影響，公轉一週的時間等於自轉一週的時間，因此月亮總是以同一面對著地球。科學家相信，月亮在太陽系剛形成時，公轉與自轉之間的關係不應該是如此的。 |
| 答：地球公轉是沿著橢圓軌道運行，所以半徑一直在改變。只是這個橢圓軌道的離心率，非常接近１，因此相當接近一個圓。所以與其說是公轉半徑，不如說是，地球與太陽之間的平均距離，也就是所謂的１ＡＵ，一個天文單位。１ＡＵ的長度，任何一本天文書上都會記載。但最容易記得方法是，１ＡＵ約等於八秒光程，也就是光在８秒鐘所走的距離。自個兒算算看吧。 |
| 答：行星如果不公轉，就會撞向太陽。所以這題的命題有問題。此外，重力拋擺受到行星公轉的影響並不大。 |
| 答：地球的公轉對繞地球轉的人造衛星的影響通常只有一點點。但是對是像ＳＯＨＯ人造衛星那樣不繞著地球轉的衛星，地球的公轉影響就大了。 |
| 答：只要有錢，有足夠的燃料，沒有什麼辦不到的！ |
| 答：方法無窮多種，就看要如何省燃料省錢了！ |
| 答：每一顆ＧＰＳ衛星的訊號，可以告訴你，你是落在距離該衛星多遠的球面上。兩顆衛星，就是兩個球面，於是交集就是一個圓。如果你確定是位在海平面上，則這個圓只會與海平面（球面）交於兩點。大多數的情況，這兩點相距很遠，所以選一個合理的點的位置就可以了。 如果你的位置不是位在海平面上，就必須有第三顆ＧＰＳ衛星，這三顆衛星所提供的三個球面相交的點，也只有兩點。只是一個靠近地面，一個遠在太空，所以三顆ＧＰＳ衛星就可以定出靠近地面那接收點所在的經度，緯度，以及高度。 至於電離層與大氣層的折射效應，會使上述所說的訊號球面略微變形。可是我們還是可以利用，不同頻率的訊號相位差或接收時間差距，加以校正。所以，ＧＰＳ接收機定位系統的價錢差距蠻大的。此外，這三顆衛星仰角越高，穿過大氣層的厚度越少，故所需校正越少，定位也越準。 |
| 答：電漿是一種部份游離或完全游離的高溫氣體，宇宙中的物質百分之九十九以上是由電漿所組成的。我們地球上的固態、液態、氣態物質，只是那可憐的百分之一罷了，所以別做井底之蛙！ 你知道嗎：所有進行核融合反應的恆星（stars），其組成都是電漿。因為核融合必須在很高的溫度下才能進行反應。因此地球上想研發「控制核融合反應」的科學家都是電漿物理學家。他們偶爾也會把太空當成他們的實驗室，客串當一個太空物理學家。 你知道嗎：日常生活中可以「看」到的電漿包括火（你總不至於把火給歸類為固態、液態、或氣態吧）、閃電光束中的游離氣體、霓虹燈內的發光氣體與日光燈內的發光氣體……等等。一般說來，高溫或低密度的氣體，比較可能由氣態升格為電漿態。進一步的說明，可參閱《太空教室》中《學習資料庫》中的介紹。 |
問：太陽風暴為何對人造衛星造成如此嚴重的影響？
| 答：因為人造衛星的「定位」（定方向）方式是學鴿子，利用地球磁場來定方向，可是在同步衛星（以及飛得更高些的衛星）所在的區域在地球發生磁暴與副暴時，磁場方向改變很多，這就是好像有一個頑童把十字路口的路標改變方向，於是路過路口的車子都走錯了方向，即使後來頑童再把路標轉回來，地面控制站也找不回來飛去的衛星了。而太陽風中的電磁場擾動（太陽磁暴），以及太陽風的風速變化，都是造成地球磁暴的主因。 |
| 答：因為我們要飛飛機、預測天氣變化，所以人類要研究空氣動力學。同理，因為我們要放人造衛星（比方說：利用衛星傳送電視節目！！）所以我們必須瞭解人造衛星所在的電漿與電磁場環境，否則，像在1996年，一個太陽磁暴打向地球，引發了地球磁暴，AT&T公司就丟掉了一個上億美元的同步衛星。除了錢的問題，還有能源問題，人類想用幾乎是「取之不盡、用之不竭」的海水中的氫（H）來做控制核融合反應，提供沒有污染的乾淨能源。但是人類對許多「電漿物理」問題搞不清楚，所以一直沒成功，而太空就是一個天然的「電漿實驗室」所以許多研究核融合的科學家也研究太空電漿物理。 |
| 答：中華衛星的控制站有兩個，一個在中大，一個在成大航太所的歸仁實驗場，因為希望兩個控制追蹤站一南一北越遠越好，而目前國內相關的太空與航太科技的研究單位有三，一個在中大，一個在成大，一個在新竹科學園區的太空計畫室，所以大概因此把控制站設在這三個中最南最北的兩處吧！當然另一方面，當時恰好中大正在興建科四館，所以就順便租了半層給太空計畫室了。不過聽說，目前中華衛星一號還有兩個海外的控制追蹤站，一個在印度，一個在非洲南方的摩理西斯。 |
| 答：那是物理系倪簡白教授在用「Lidar」(Light Radar光雷達的縮寫-也就是把綠色的雷射光當成雷達波)來觀測高空電離層中的化學成分與某些正離子成分的密度分佈與溫度分佈。 |
| 答：衛星照相比較像現在的數位相機，收到的是數位化的訊號。只要衛星上的接收器設計上可以接收紫外線，就可以單獨接收紫外線（如大尺度極光照片，以及SOHO衛星對太陽的觀測），至於紅外線的觀測也是如此，甚至可做微波觀測（微波波長比紅外線波長還長），總之我們可以由人造衛星上看到（拍攝到）「晚上」的衛星雲圖，也可以看到伊拉克在沙漠中所挖的地道與軍火運送情形。 |
| 答：可以的，只是通常固定波段的望遠鏡比較便宜，可調波段的望遠鏡比較貴（貴很多），這些都是材料與設計上的問題。 |
| 答：是的，所以叫做「日震學」，與「地震學」原理相似。 |
| 答：這得看各位後生小子的功力與程度如何了！所謂「事在人為」，懂嗎？你們都肩負重任！ |
| 答：據說目前仍掛零。 |
| 答：我相信有！但是可能到我臨死也看不到證據！ |