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月球造成全球電離層巨大起伏 中央大學太空科學團隊重要發現

發布日期: 2023-01-07    文/太空科學與科技研究中心
中央大學太空科學團隊發現月球造成全球電離層巨大起伏。照片左起:張起維教授、劉正彥教授、吳宗祐博士和林其彥博士。林彥岑攝
中央大學太空科學團隊發現月球造成全球電離層巨大起伏。照片左起:張起維教授、劉正彥教授、吳宗祐博士和林其彥博士。林彥岑攝

中央大學太空科學與科技研究中心劉正彥教授、吳宗祐博士、林其彥博士及張起維教授近日於頂尖期刊《科學報導》(Scientific Reports)發表了「從太空看月潮引力引發高層大氣中之三維電漿結構和電漿環流變化」論文。他們充份應用福爾摩沙衛星三號和七號15年來的掩星觀測資料,首次解析全球電離層三維結構之月潮引力效應,為全球首創。

數千年來,人們發現海水面會漲潮與退潮,這種自然現象稱作「潮汐」,由月球引力造成,中央大學劉正彥教授團隊進一步發現,地球上的電離層高度也會漲潮與退潮。他們利用福衛三號與七號掩星觀測資料,剖析電離層立體結構,發現月球引力可以在全球電離層引起3到5公里的高度變化,且電離層潮汐的幅度甚至千倍於海水的漲退潮。不同於海水受限於海陸分佈,導致各地漲退潮的特徵有異,電離層高度觀測到的潮汐,較符合原始理論,更接近於純粹的月球引力效應。

劉正彥教授表示,福衛三號與七號為台美雙邊國際合作計畫,任務目標為建立一高可靠度任務型氣象衛星系統。藉由接收全球衛星導航系統(GNSS)訊號,可以得到大氣層壓力、溫度、溼度以及電離層電子濃度之垂直分佈,觀測範圍遍及全球,歸功於如此綿密的觀測資料,他們才成功窺探全球三維電離層潮汐現象。

負責資料處理的共同作者中央大學吳宗祐博士,利用了從2006到2020年長達15年、將近570多萬筆福衛三號與七號掩星資料,抱持著堅持不懈的精神,成功地解析位於200至700公里高空的電離層電子濃度之月相效應。他感謝太空系張起維教授與林其彥博士給予許多專業建議,最終得以證明月球引力對於電離層高度與結構的重要性。

劉正彥教授在電離層有許多創新性研究,包括地震電離層前兆、海嘯預警和太空天氣等,成果相當豐碩。他的學生吳宗祐青出於藍,2020年也曾在頂尖期刊Geophysical Research Letter (GRL) 發表論文,提出月球引力影響電離層動力機制的證據,2021年進一步在《科學報導》(Scientific Reports)發表論文,將電離層的平流層驟暖(Sudden Stratospheric Warming, SSW)與月球引力效應獨立量化,並在2022年底於《科學報導》(Scientific Reports)共同發表這篇突破性論文。

中央大學劉正彥教授團隊利用福衛三號與七號掩星觀測資料,發現月球引力可以在全球電離層引起3到5公里的高度變化,且電離層潮汐的幅度甚至千倍於海水的漲退潮。林彥岑攝
中央大學劉正彥教授團隊利用福衛三號與七號掩星觀測資料,發現月球引力可以在全球電離層引起3到5公里的高度變化,且電離層潮汐的幅度甚至千倍於海水的漲退潮。林彥岑攝

中央大學科學團隊發表的電離層月球引力效應。圖左為福爾摩沙衛星三號與七號資料,圖右為電離層高度受月球引力影響之變化。照片劉正彥教授提供
中央大學科學團隊發表的電離層月球引力效應。圖左為福爾摩沙衛星三號與七號資料,圖右為電離層高度受月球引力影響之變化。照片劉正彥教授提供
 
更新日期: 2023-07-13 文章分類: 學術新聞 瀏覽人次: 4081