日本時間12月20日晚上七點鐘,日本九州南方鹿兒島縣發出一道強烈的閃光,來自於一個名為「內之浦」的小漁港,伴隨著橘紅色的火焰直衝雲霄,火箭發出的巨大聲響和音浪,震撼方圓三公里左右的區域。升空的火箭名為「Epsilon-2」,承載一個由台灣和日本共同研發的科學衛星。台灣從2013年開始參與研發工作,經過三年的時光,終於在這一天順利發射升空,無論從哪個角度看,火箭的發射和衛星的研發,都是個值得紀念的故事。

鹿兒島縣也被稱為「薩摩」,在日本近代史上出過許多大人物,例如明治三傑的西鄉隆盛,還有帶領日本海軍打贏日俄對馬海戰、有「日本軍神」之稱的東鄉平八郎。今天,鹿兒島縣對日本更是重要,是日本太空科技的重鎮,日本境內兩個主要的火箭發射中心,「內之浦宇宙空間觀測所」和「種子島宇宙中心」通通位於鹿兒島縣內。這是由於火箭發射場的緯度愈低,火箭的載運能力愈大。考量地理位置和火箭零組件的運送方便,位於九州南端的鹿兒島縣,自然就成為最佳選擇。

發射火箭自然不能選在人口稠密的地方,萬一過程發生意外,造成傷亡總是遺憾。從鹿兒島機場到內之浦宇宙空間觀測所,大約需要將近兩個小時的車程。雖然路程有點距離,所幸路上景致相當宜人,遠遠還可以看見著名的活火山櫻島火山,沿路山海景色交疊,十足是日本的田園風光。

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很可惜,我們這一次的目的不是來旅行,而是來見證台日合作的衛星發射。這一個衛星原名是「地球磁層能量與輻射探索計畫」(Exploration of energization and Radiation in Geospace),簡稱「ERG衛星」。主要的科學目標是研究地球輻射帶與太陽風的交互作用。為了紀念發現地球輻射帶的太空科學家,輻射帶也稱作「范艾倫輻射帶」,范艾倫輻射帶的成因是因為地球的磁場束縛住來自太陽的粒子,這些粒子被禁錮在輻射帶中,偶爾隨著與地球磁力進入大氣層,成為極光。范艾倫輻射帶把來自太陽風的粒子束縛住,一方面可以保護地球大氣層。另一方面范艾倫輻射帶把粒子加速到光速,對太空中的衛星會造成極大的影響,當哈伯太空望遠鏡經過南太平洋異常區的時候,就需要停止運作,以免高速粒子損壞精密的電子元件。

(圖片來源:維基百科)
(圖片來源:維基百科)

換句話說,我們對輻射帶的活動愈了解,也就越能掌握「太空天氣」。只可惜,為什麼范艾倫輻射帶能夠把來自太陽的粒子加速?目前還是科學界的大謎團,而ERG衛星就是為了要研究這個科學問題。ERG衛星主要由日本JAXA主導,參與的單位超過30個,總計畫金額高達60億元新台幣,以台灣各研究單位的預算來說,要獨立負擔這樣的金額其實是相當困難的事,而國際合作就成為一個可行的選項。ERG衛星上一共設計有八個科學儀器,中研院天文所與成功大學太空所共同組成的研究團隊,經過三年的研發,獨立製作了一套「低能量電子分析儀」簡稱「LEP-e」。這套儀器的設計、研發和後續資料格式的制定,都是由台灣的團隊一手包辦。而台灣的科學家不只可以使用LEP-e的資料,也可以自由使用其他科學儀器所收集到的資料,比起獨立主導一個科學衛星,透過國際合作才是應用資源的最好方式。

等待組裝的衛星本體(左)和ERG衛星全貌(右)。(圖片來源:JAXA/ISAS)
等待組裝的衛星本體(左)和ERG衛星全貌(右)。(圖片來源:JAXA/ISAS)

 

值得一提的是,科學衛星上面,通常每一套儀器都會製作兩組,一組稱為「飛行體」是真的要飛上天執行任務的模組,另一組稱為「工程體」,主要作為地面模擬,萬一上天的飛行體有問題,專家就可以在地面上裡用工程體進行模擬,找出問題。這一次的合作計畫中,工程體和飛行體都由台灣團隊獨立研發,完成後送往JAXA通過整合測試,與衛星本體一起送往內之浦宇宙中心做最後的組裝,準備發射。

由台灣團隊研發的LEP-e工程體(左)以及剖面圖(右)。
由台灣團隊研發的LEP-e工程體(左)以及剖面圖(右)。