侖琴X射線衛星ROSAT即將重返地球

2011/10/20 |

太空天文

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由於地球大氣會吸收來自太空的X射線，因此在地面無法研究X射線天體，必須將X射線望遠鏡放在地球上空的軌道上才能避開地球大氣的影響。侖琴X射線衛星（ ROentgen SATellite，Röntgen X-ray observatory，ROSAT）於1990年6月1日發射升空，是當時最大的X射線巡天太空望遠鏡，也是第一架拍攝X射線影像的太空望遠鏡，讓天文學家經由確定X射線源的精確位置與結構，得以研究高能宇宙。

ROSAT是德國、美國和英國合作的計畫，由德國航空中心（German Aerospace Center，DLR）主導，後由德國太空控制中心（German Space Operations Center，GSOC）接手操控。它原本設定的任務時間約18個月，其中前6個月進行全天巡天觀測，列出一份X射線源星表；之後1年再針對星表中的X射線天體進行詳細觀測。後來衛星任務時間不斷展延，直到1998年主恆星追蹤器失效，使得高解析相機（HRI）直接指向太陽而受損，無法修復與再繼續觀測，因此在1999年2月12日才完全結束任務。在這8年多的任務期間，它總共偵測到80,000個X射線源，而衛星上的另一架廣角相機則在極紫外波段偵測到約6000個極紫外輻射源。

在任務期間，ROSAT的軌道高度為585km×565km；退役之後，受到大氣拖曳的阻力影響，使衛星高度逐漸下降。2011年6月，軌道高度已降至離地表僅約327公里。由於目前ROSAT上已無任何推進系統，因此無法控制它的重返大氣（re-entry）過程。不過可以確定的是，一旦ROSAT的軌道高度低於150公里，則它在地球軌道上的時間不會超過一天；一旦軌道高度達到120公里～110公里之間，則存活時間不會超過1圈軌道；軌道高度到80公里左右時，基本上衛星已經處於自由落體狀態，且大氣加熱是最強的時候，故約在此高度開始焚燬、墜落。預測地球上某處的某個人受到此衛星重返大氣傷害的機率為1/2000。

通常在衛星墜毀前1天，預測的墜毀時間點還會有約±5小時的誤差；到墜毀前2小時，預測的墜毀時間也仍有±1次軌道的誤差，相當難以掌握，不過至少已經可以排除絕大部分不會受到影響的區域範圍。

目前科學家預估：原本總質量達2.4噸的ROSAT進入地球大氣時，速度將達每小時28,000公里；在如此高速衝刺狀況下，衛星將逐漸碎裂，一部份碎片在大氣中焚燬，預估最後會有總質量約1.7噸的30個碎片抵達地球表面，佔了ROSAT原質量的70%左右，比一般衛星重返大氣僅約有20~40%殘餘會抵達地面的比例高了許多。其中原因在於：ROSAT最大的碎片很可能是材質極端抗熱而不易焚燬的望遠鏡鏡片，鏡片是由4組拋物面-雙曲面的鏡片組成所謂的I型Wolter望遠鏡（Wolter Type-I Telescope），焦長2.4米，每組鏡片長度約50公分，最大的鏡片直徑約84公分，全部的鏡片由16組支柱支撐，光是這些望遠鏡鏡片本身的總質量就逼近1.7噸。

如同美國的UARS衛星一樣，受到太陽活動影響，目前還無法確定ROSAT重返大氣的精確時間和地點。目前預測比較可能的重返時間是在2011年10月21-24日期間，最可能的時間點落在臺北時間2011年10月23日14:40±30小時，可能的位置落在西伯利亞至俄霍次克海附近，衛星碎片應會沿軌道方向散佈約80公里長。不過，由於衛星軌道傾角約53度，所以在南北緯53度間，下圖藍色與黃色軌跡的位置，都有可能遇見ROSAT重返大氣事件。基本上，預測可能墜落的時間點內，軌跡並未經過臺灣上空，對臺灣地區影響不大。

圖片說明：
黃色記號：預測ROSAT重返大氣的位置。
橘線：預測地面觀測者可見ROSAT重返大氣的範圍。
藍線：預測重返大氣不確定時間之前的衛星軌跡（每5分鐘標示一個記號）
黃線：預測重返大氣不確定時間之後的衛星軌跡（每5分鐘標示一個記號）
白線：預測重返大氣時間點的晝夜分界線（白色記號為太陽直射位置）

目前這顆衛星的亮度相當於1等星，因此或許無法見到ROSAT重返大氣的壯觀景象，但仍可掌握衛星飛越所在地上空的機會進行觀測，可能飛越臺灣上空的預測資料，可參考Heaven Above網站，其中最有可能進行觀測的是2011年10月23日傍晚17:58前後，不過前提是這顆衛星尚未墜毀的話，臺灣地區才有機會見到。