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太空單程票多少錢?衛星如何與地面熱線?關於福衛七號的幾個問與答

Suzuki
・2019/06/24 ・1804字 ・閱讀時間約 3 分鐘

6 月 25 日六顆福爾摩沙衛星七號將搭乘 SpaceX 獵鷹重型火箭,前往太空接替老兵福衛三號,成為「太空中精準溫度計2.0」。關於福衛七號與台灣的其他衛星,你是不是還有一些疑問呢?

關於福衛七號的太空單程票

福七的太空出差行,要搭哪一台火箭?太空單程票多少錢?

福七將搭乘 SpaceX 獵鷹重型火箭(Falcon Heavy)升空,獵鷹重型火箭的起飛推力相當於 18 架波音 747 飛機,能夠有效負載 63.8 公噸到 2000 公里以下近地軌道(LEO)。

獵鷹重型火箭。圖/flicker

根據 SpaceX 官網指出,2018 年獵鷹重型火箭發射到 35,786 公里左右地球同步軌道(8.0 mT GEO),大約需要 9000 萬美金(約 28 億台幣)。不過福七是台美合作計畫,是由美國負責送上太空,且同部火箭上還有其他 18 顆衛星、任務軌道也比較低,因此詳細費用不大確定。

福七座位如何安排?跟哪些乘客一起安排升空呢?

太空中心方振洲博士表示,六顆福七將與 18 顆衛星一齊飛向太空。獵鷹重型火箭的衛星座艙有四層彈射機構,福七六顆衛星中有兩顆坐在第二層、四顆坐在第三層,美國空軍研究實驗室 DSX 任務衛星體積最大獨佔第一層,其餘較小型的任務衛星 GPIM 、Oculus-ASR 、OTB、NPSAT-1、Prox 1 雙星計畫(會彈出小的光帆 B衛星)及 11 顆小型立方衛星(10cm x 10cm x 10cm)則在最接近底部的第四層。

想知道它們的來頭請見:《與福衛七號共乘火箭的衛星同伴們

搭多久才到呢?下火箭要做什麼事情?過海關嗎?

太空中心預估火箭發射後 91 分鐘,福衛七號跟火箭脫離。福七操作指揮官蕭文宗表示,為了避免衛星撞在一起,火箭會依序將每顆衛星從不同位置、施以不同力量拋出來,衛星就會從火箭「翻滾」出來。

衛星到太空第一件事,就是開機並穩定它的轉動量,醒神會展開太陽能板鎖定太陽位置,並切換到安全模態,確保自己的電量足夠、儀器溫度正常,大約飛行 6 個小時經過台灣地面站,接收操控人員的指令。

福衛七號上空還不夠,要就定位才行

操控中心要怎麼跟衛星熱線呢?

福七升空後每顆每天預計會經過台灣 6 次,但每次衛星操控中心與它們的通話時間僅有 6-12 分鐘。福七很像過著軍旅生活,僅能在固定時間接電話。

為了能有效連線、傳遞資料,衛星操控中心有兩件重要的任務,一是預測衛星的飛行軌道;二是編寫衛星動作的指令集。

蕭文宗表示,地球非均勻的重力場,衛星在軌道上會飄移,所以操控人員必須事先做衛星的軌道預測,得知衛星通過地面站的時間,事先將地面天線轉到衛星從水平面出現的方位角,等待衛星出現,並跟著衛星移動,確保收到最強的訊號。

衛星大多數是聽令行事,因此操控人員會事先編寫一連串的指令集,如:要求衛星在特定時間打開發射機、傳遞資料等,而當衛星發生設備故障時,地面人員也會傳解決方式給它。

福七多久才能部署完成星系呢?

剛開始六顆衛星會在同個軌道上,但這樣會讓福七的觀測範圍縮小,因此福七要從 720 公里軌道調降,第一顆衛星會先下降到 550 公里的任務軌道高度,受地球橢圓重力場影響下,位在 720 公里衛星運行速度較快,會與 550 公里軌道面產生速度差,每天兩個軌道會產生 0.55 度的偏移,可利用這個偏移所拉開的角度來將六顆衛星從同個軌道面散開。

福七部署完成樣貌。圖/太空中心提供

太空中心表示,六顆衛星分別分開 60、120、180、240、300 度預計要 15 個月,再加上前四週在衛星在健檢,推估要 19 個月才能完成衛星的星系部署。

關於福衛三號和其他

福三和福七為何要六顆,但福二和五都只有一顆呢?

福二與福五是光學遙測衛星,主要是拍攝地表影像,但由於遙測衛星價格昂貴,加上取像時間的即時性要求不高,一顆衛星即能達成任務需求。相較之下,氣象預報要求即時資料,所以福三與福七作為氣象觀測衛星,以六顆作為衛星星系的部署較合適。

福三退休後,會去哪裡呢?

福三僅剩下一兩顆還能回應操控中心的操作訊號,退休後的福三將跟福一、福二衛星一樣繼續在太空遨遊,然後逐步下降至大氣層。方振洲表示,這些衛星都會在 25 年的太空垃圾定義時間內會自動燒毀在大氣層裡,而根據 STK 的軌道專家模擬,福三若在今年 4 月除役,推估會在 2025 年 6 月跟大家說再見。

福三預計會在2025年壽終正寢(圖片提供:太空中心)。

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Suzuki
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超純社會組學生,對未知的一切感到好奇,意外掉入科技與科學領域,希望在猛點頭汲取知識的同時,也能將箇中妙趣分享給大家。

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地震規模越大,晃得越厲害?

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2021/09/16 ・3706字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文由 交通部氣象局 委託,泛科學企劃執行。

某天,阿雲跟阿寶分享了一個通訊軟體上看到的資訊:

阿雲:「欸,你知道最近有個傳言說,花蓮有 7.7 級地震,如果發生的話台北會有 5.0 級的震度耶!」

阿寶:「蛤?那個傳言也太怪了吧,應該是把規模和震度搞混了!」

震度:量度地表搖晃的單位

確實常常有人把地震的規模跟震度搞混,實際上,因為規模指的是地震釋放的能量大小,所以當一個地震發生時,它的規模值已經決定了,只是會因為測量或計算的方式不同,會有些許的數字差異,而一般規模計算會到小數點後第一位,故常會有小數點在裡面。然而震度指的意思是地表搖晃的程度,度量表示方式通常都是以「分級」為主,比如國外常見、分了 12 級震度的麥卡利震度階,就是用 12 種不同分級來描述,而中央氣象局目前所使用的震度則共分十級,原先是從 0 級到 7 級,而自 2020 年起,在 5 級與 6 級又增了強、弱之分,也就是震度由小而大為 0-1-2-3-4-5弱-5強-6弱-6強-7 等分級,所以在表示上我們以整數 + 級或是強、弱等寫法,就可以區分規模和震度,不被混淆了!

而為什麼專家常需要強調震度和規模不一樣?那是因為震度的大小,是受到許多因素的影響。地震發生後,造成地表搖晃的主要原因是「地震波」傳來了大量能量,規模越大的地震,代表的就是地震釋放的能量越大,就像是你把擴音的音量不斷提高時,會有更大的聲音傳出一般。所以當其他的因素固定時,確實會因為規模越大、震度越大。

可是,地震波的能量在傳播過程中也會慢慢衰減,就像在演唱會的搖滾區時,在擴音器旁往往感覺聲音震耳欲聾,但隔了二、三十公尺之外,音量就會變得比較適中,但到了會場外,又會變得不是那麼清楚一樣。所以無論是地震的震源太深、或是震央離我們太遙遠,地震波的能量都會隨著距離衰減,一般來說震度都會變得比較小。

「所以,只要把那個謠言的台北規模 5.0 改為震度 5 弱,說法就比較合理了嗎?」阿雲說。

「可是,影響震度的因素還有很多,像是我們腳下的岩石性質,也是影響震度的重要因素。」阿寶說。

場址效應:像布丁一樣的軟弱岩層放大震波

原本我們都會覺得,如果地震釋放能量的方式就像是聲音或是爆炸一般,照理說等震度圖(地表的震度大小分布圖)上會呈現同心圓分布,但因為地質條件的差異,分布上會稍微不規則一些,只能大致看出震度會隨著離震央越遠而越小。地震學上有一個專有名詞叫做「埸址效應」,指的就是因為某些特殊的地質條件下,反而讓距離震央較遠的地方但震度被放大的地質條件。其中最常見的就是「軟弱岩層」和「盆地」兩種條件,而且這兩種還常常伴隨在一起出現,像是 1985 年的墨西哥城大地震,便是一個著名的例子。

影片:「場址效應」是什麼? 布丁演給你看

墨西哥城在人們開始在這邊發展之前,是個湖泊,湖泊中常有鬆軟的沉積物,而當湖泊乾掉之後,便成了易於居住與發展的盆地。雖然 1985 年發生的地震規模達 8.0,但震央距離墨西哥城中心有 400 公里,照理說這樣的距離足以讓地震波大幅衰減,而地震波傳到盆地外圍時,造成的加速度(PGA)大約只有 35gal,在臺灣大約是 4 級的震度,然而在盆地內的測站,卻觀測到 170gal 的 PGA 值,加速度放大了將近五倍,換算成震度,也可能多了一至二級的程度,也造成了相當程度的災情。盆地裡的沉積物,就像是裝在容器裡的布丁一樣,受到搖晃時,會有更加「Q 彈」的晃動!

1985 年墨西哥城大地震的等震度圖。圖/wikipedia

因此,在臺灣,雖然臺北都會區並沒有比其他區有更多更活躍的斷層,但地震風險仍不容小覷,因為臺北也正是一個過去曾為湖泊的盆地都市,仍有一定程度的地震風險,也需要小心來自稍遠的地震,除了建築需要有更強靭的抗震能力,強震警報能提供數秒至數十秒的預警,也多少讓人們能即時避災。

斷層的方向與震源破裂的瞬間,也決定了等震度圖的模樣

阿雲似懂非懂的接著問:「可是啊,為什麼有的時候大地震的等震度圖長得很奇怪,而且有些時候震度最大的地方都離震央好遠呢!也太巧合了吧?」

「這並不是巧合,因為震央下方的震源,指的其實是地震發生的起始點,並不是地震能量釋放最大的地方啊!」阿寶繼續解釋著。

「蛤!為什麼啊?」阿雲抓抓頭,一邊思考著。

地震是因為地下岩層破裂產生斷層滑動而造成的,雖然不是每個地震都會造成地表破裂,但目前科學家大多認為,地震的破裂只是藏在地底下,沒有延伸到地表而已,而且從地震的震度,也可以看出地底下斷層滑移的特性。

斷層在滑動時,主要的滑動和地震波傳出的地方,會集中在斷層面上某些特定的「地栓」(Asperity)之上,這些地栓又被認為「錯動集中區」,而通常透過傳統的地震定位求出來的震源,其實只是這些地栓中,最早開始錯動的地方。但實際上,整個斷層錯動最大的地方,往往都不會在那一開始錯動的地方,就像是我們跑步時,跑得最快的瞬間,不會發生在起跑的瞬間,而是在起跑後一小段的過程中,而錯動量最大的區域,才會是能量釋放最大的地方。而或許是小地震的地栓範圍小,震央幾乎就在最大滑移區的附近,因此也看不太出來,通常規模越大,震源的破裂行為會隨著時間傳遞,此效應才會越明顯。

震源與震央位置示意圖。圖/中央氣象局

那麼斷層上的地栓位置能否確認?這仍是科學上的難題,但近年來科學進展已經能讓我們透過地震波逆推斷層上的錯動集中區,至少可以透過地震波逆推斷層破裂滑移的型式,得以用來比對斷層破裂方向對震度分布的影響。以 2016 年臺南—美濃地震為例,最大錯動量的地區並不在震央所在的美濃附近,而是稍微偏西北方的臺南地區,也就是因為從地震資料逆推後,發現斷層在破裂時是向西北方向破裂。而更近一點的 2018 年花蓮地震,錯動量大、災害多的地方,也是與斷層破裂方向一致的西南方。

一張含有 地圖 的圖片  自動產生的描述
2016 年臺南美濃地震的等震度圖。圖/中央氣象局

透過更多的分析,現在也逐漸發現破裂方向性對於大地震震度分布的影響確實是重要議題。而雖然我們無法在地震發生之前就預知地栓的位置,但仍可從各種觀測資料作為基礎,針對目前已知的活動斷層進行模擬,就能做出「地震情境模擬」,並且由模擬結果找出可能有高危害度的地區,就能考慮對這些地區早先一步加強耐震或防災的準備工作。

多知道一點風險和危害度,多一份準備以減低災害

但是,直到目前為止,我們仍無法確知斷層何時會錯動、錯動是大是小。科學能給我們的解答,只能先評估出斷層未來的活動性中,哪個稍微大一些(機會小的不代表不會發生),或者像是斷層帶附近、特殊地質特性的場址附近,或許更要小心被意外「放大」的震度。而更重要的是,當地震來臨前,先確保自己的住家、公司或任何你所在的地方是安全還是危險,在室內要小心高處掉落物、在路上要小心掉落的招牌花盆壁磚、在鐵路捷運上要注意緊急煞車對你產生的慣性效應…多一些及早思考與演練,目的就是為了防範不知何時突然出現的大地震,在不恐慌的情況下保持適當警戒,會是對你我都很重要的防震守則!

【參考文獻】

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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