為何這次 Falcon 9 發射升空，會產生像 UFO 的特殊形狀？

2018/01/11 |

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作者 /成大地球科學系林建宏教授、沈明學、陳柏成

美國時間2017年12月22日傍晚五點（台灣時間12月23日上午十點），SpaceX 於加州范登堡空軍基地發射獵鷹火箭（Falcon 9）執行第四次銥衛星（Iridium Communications Inc.）任務時，在加州上空產生絢麗的水母型波包，引起了不少的騷動！

很多初次見到的人被嚇壞了，以為是外星人來訪，短時間內就有至少130通電話打到911報警；許多人甚至將拍攝到的影片傳到社群媒體（Facebook, Twitter, IG），引起熱烈的討論。SpaceX 的創辦人Elon Musk也注意到了，並他在Twitter回覆說：「如果大家喜歡今晚的發射，那麼一定會喜歡一月份即將到來的重型獵鷹（Falcon heavy）發射。」

If you liked tonight’s launch, you will really like Falcon Heavy next month: 3 rocket cores & 3X thrust. 2 cores return to base doing synchronized aerobatics. 3rd lands on droneship.

— Elon Musk (@elonmusk) 2017年12月23日

大家對於獵鷹火箭應該不陌生，像是今年8月臺灣首枚自主衛星——福衛五號便是藉由該火箭送上太空。但有趣的是，范登堡基地迄今已發射將近2000次火箭，特別是 SpaceX 在此包括福衛五號任務已發射接近20次任務，為何唯獨此次引起如此大的騷動？

洛杉磯市區看到火箭發射產生的絢麗火箭波（取自 LA Times 與 Danny United Twitter）。

其中夜間發射是一大關鍵，而這必須在日落後的1~2小時內！火箭燃料燃燒噴出後會殘留水氣，遇到高空大氣溫度陡降，便會凝結成冰晶；由於地表日落不久，高空中仍有些許太陽光經過冰晶反射，可以產生各種不同光芒的折射，讓地面上的人們看到光亮的火箭波。隨著火箭高度升高，周遭大氣密度降低，凝結尾逐漸擴張。

緊接著在到達70～80公里高度後，第一節火箭脫離準備返回，第二節火箭點火繼續向上，此時火箭的燃燒尾氣擴散後，形成有如子彈頭形狀的超音速尾氣爆震波。同時由於SpaceX 讓脫離的第一節火箭點火進行姿態控制返回地球，其中第一節火箭點火也產生小型的音爆震波，形成大型的尾氣爆震波中，包含小型點火爆震波的特殊景觀。

第一節火箭脫離回返、第二節火箭點火，圖中可見火箭尾氣噴出的大型爆震波（左邊亮點開始的整個大波包），以及第一節火箭點火控制姿態返回地球也產生小型點火爆震波於中央小點（擷取自 Physics-Astronomy.com）。

這時回過頭來看較低高度的凝結尾（contrail），會發現其很神奇的呈現扭曲的蛇形，理由在於大氣風切（Wind shear）所產生。順帶一提的是，一般科學家觀測高層大氣風場的方法之一便是發射火箭，再經由火箭釋出的可發光氣體，觀測其被風場拖曳所造成的變形，進而了解高層大氣風場的風向與速度。

火箭在較低高度產生如飛機凝結尾拖曳，到達較大高度後則開始擴張、並產生火箭引擎釋放的超音速尾氣爆震波（取自 Danny Sullivan Twitter）。

2013 年8月4日清晨日本沖繩上空發射H2B火箭產生的凝結尾受大氣風切影響產生蛇形拖曳，擷取自fuuchiba@Youtube。

此次事件因為引起了廣泛討論，有網友找出1937年加拿大溫哥華市政廳上空拍到的「UFO 」照片，恰巧產生的現象與此次事件一樣，顯見這可能是當時發射火箭造成。但神奇的是，人類第一次發射人造衛星是 20年後的1957 年，1937 年德國科學家才剛開始發展出 V2 火箭，因此北美並沒有這樣的火箭可以產生如此波動，所以是外星人在地球上空發射火箭？還是流星、彗星飛進地球？就有待進一步探討了！