最小、多功、高解析度的「太空魔方」

「太空魔方」體型10立方公分，重量約4公斤，是世界最小的多功能電離層探測儀。「太空魔方」也是國際間首創多合一功能的電漿量測儀器，可量測離子密度、離子速度、離子溫度、電子溫度等。中央大學太空科學中心副教授趙吉光表示，輕巧、多元的設計，可大幅減輕酬載的重量及耗能，對於太空元件來說極為重要；愈小愈有安裝在衛星的可能，以先進電離層探測儀為例，除了福衛五號，還有機會安裝在更小型的立方衛星上。

「太空魔方」另一重要特性是極高的取樣率，所謂取樣率，即每秒鐘可進行多少次偵測。「太空魔方」的探測頭採用「電鑄純金篩網」，具有高透明度、最佳等電位面結構的特性，用來篩選所需偵測之正離子。實驗證明此設計大幅降低電極污染效應，量測結果誤差較小，取樣率極高。美國的DMSP衛星每秒24次、歐洲的DEMETER衛星每秒160次；我們1999年發射的福衛一號為每秒1,024次，已是當時取樣率最高；如今福衛五號上的「太空魔方」最高取樣率高達每秒8,192次，更是遙遙領先現有相關儀器。

「電漿不規則體」是電離層電漿密度分布不均勻的結構，大小尺度從幾千公里到幾十公分都有。當「太空魔方」隨著衛星在空中高速飛行時，針對電離層的解析度可從公尺邁向公分級，量測到更細微的結構，這樣的高解析度將為「電漿不規則體」研究帶來突破性成果。

改善衛星通訊 監測地震前兆

電離層（Ionosphere）為地球大氣的一部分，隨著太陽輻射、太陽黑子活動週期的不同，電離層的高度範圍從距地表高約五十公里，可延伸至數百或上千公里不等。趙吉光表示，電離層的電漿極易受到自然界的作用而產生各項大小尺度的變化。特別是在赤道地區，如台灣地區，由於 Rayleigh-Taylor 不穩定之作用下，在傍晚時會產生「電漿密度不規則體」（Plasma Density Irregularities）。以至於在某些特定頻段上的太空通訊會受到干擾，或導致訊號脫鎖。在磁暴下，電離層會產生大規模的遷移運動，電漿密度會驟增或驟減，如此會影響通訊的頻寬與訊號傳遞的距離。

近年，研究人員亦發現地震前當地附近的電離層會出現規則的週期變化與電子溫度異常現象，因而衍生出「電離層地震前兆」研究。國研院太空中心首席科學家、中央大學太空科學研究所劉正彥教授發現，在大地震發生前，震央附近上空的電離層電子濃度會發生明顯變化；2002年福衛一號偵測到電離層離子濃度異常減少，正是3月31日宜蘭外海發生規模6.8地震的前1到5天。透過「太空魔方」，將可完整量測電離層的電漿參數，對探討這些問題的研究提供有效觀測證據。

福爾摩沙衛星五號（福衛五號）預計在2017年在美國加州范登堡空軍基地發射升空，而「太空魔方」將隨著福衛五號一起出任務。

資料來源：國家實驗研究院

整理撰文：潘佳修