暑假出遊塞在車陣、颱風放假無聊在家,親子可以聊什麼解悶?

暑假出遊,車陣中跟孩子聊聊什麼是GPS衛星;颱風放假在家,邊看氣象邊認識氣象衛星,知道嗎?這些衛星都是台灣自己發射到太空中的哦!

如果你家的小孩對太空很有興趣,那你絕對不能錯過下面六個有趣問題,收藏起來,隨時都可以對孩子展現爸爸媽媽的宇宙知識。

 

問題一:人造衛星會不會相撞?

答:就像汽車有車道,飛機有航道一樣,人造衛星在太空中並不會亂飛,而是有各自不同的軌道。人造衛星會按照不同功能,選擇不同類型的軌道,例如遙測衛星多為太陽同步軌道,而通訊衛星多使用地球同步軌道。

 

問題二:台灣也有發射自己的衛星嗎?

答:自從人類有能力發射人造衛星後,開始有大量的人造衛星發射到太空,目前美蘇兩國的衛星數目已累積了上千顆,其他國家也陸續跟進,像英國、加拿大也在1962年發射了自己的人造衛星,法國、德國至今也有數十顆衛星發射到太空。日本和中國這兩個亞洲國家雖是後起之秀,但衛星數目已經超過一百顆。

台灣呢?臺灣的太空發展計畫大約在1988年,相較各國顯得比較晚,但是當臺灣的經濟起飛、人民知識水準提高後,政府開始鼓勵發展太空計畫,希望擁有自己的衛星,同時也藉此帶動國內產業升級。目前台灣總共發射的衛星,已經從福衛一號排到福衛七號了喔!

 

問題三:太空中有這麼多人造衛星,對我們的生活有什麼影響嗎?

答:事實上,現在的人造衛星愈來愈厲害,讓人們可以享受更加便利的生活。例如,以功能來分類,通訊衛星能幫助越洋電視轉播、電話和網路通訊;導航衛星則藉由衛星訊號協助汽車或飛機定位而不會迷失方向;軍事衛星有良好的解析能力,可以監視地面的軍事活動;遙測衛星可以拍攝地表影像,了解各種生態資源;科學實驗衛星則可進行各種科學實驗或觀測;氣象衛星用來觀察大範圍雲系,蒐集相關氣象資料,讓氣象預報更準確。

 

問題四:台灣的人造衛星會做什麼呢?

答:

福爾摩沙衛星一號-1999年1月27日於美國的佛羅里達州卡納維爾角升空,這是一顆距離地表600公里的低軌道衛星,其中有五項衛星本體元件和一項通訊實驗酬載元件是在臺灣製造。電離層特性研究可了解臺灣周圍上空的電離層結構,提供影響無線電通訊的重要資訊。海洋水色研究提供海洋相關領域的實驗資料,作為環境偵測、漁業、工商業和學術界實用及理論研究的根據。此外,在通訊實驗方面,進行臺灣地區Ka頻段低速率、高速率及雨衰減通訊實驗,增強臺灣的通訊系統能力。

福爾摩沙衛星二號-是太空中心規劃,第一顆臺灣自主擁有的遙測衛星。它上頭搭載的高解析度照相儀,讓福衛二號在白天拍攝的地表資料,可應用在國土規劃、資源探勘、環境保護、防災救災等方面,並作為判斷和後續行動的參考依據。

福爾摩沙衛星三號-2006年發射,能進一步監測太空天氣,未來甚至可能可以用來預測地震的發生!特別的是,福衛三號是由六顆微衛星組成的「星系」,每顆微衛星重約62公斤,扁圓柱型的衛星體直徑有103公分,展開兩片圓形太陽能板時就像一隻可愛的小蜜蜂。

這六顆微衛星體型雖小功能卻很大。它們是世界第一套能透過全球定位系統(GPS)衛星的掩星現象,觀測地球大氣的溫度、氣壓、含水量和電離層電漿濃度的氣象衛星。

氣象衛星可以不受任何地面環境的限制,無論在沙漠、海洋、極區上空都能夠蒐集到天氣資訊。自從美國發射了多顆氣象衛星,並且在1965年用450幅衛星影像拼接出第一張全球氣象雲圖之後,氣象衛星就成為觀測颱風、颶風和沙塵暴,甚至太陽風暴等太空天氣狀態的重要工具。

目前中央氣象局發布的衛星雲圖主要來自日本氣象衛星向日葵八號(Himawari-8)的資料。向日葵八號能接收紅外線、近紅外線與紅綠藍三波段,它能拍攝彩色影像,與黑白影像不同的是能更精細顯示顏色與海面及地面的狀況,更新頻率也從每30分鐘提升至10分鐘,還可針對特定目標每2.5分鐘觀測一次,大幅提昇氣象預報的精準度。因此對於分析颱風強度、速度與降雨量和火山爆發時追蹤火山灰擴散狀況,都非常有幫助。

每一顆人造衛星在設計時都有一定的使用年限,當衛星屆齡,各部元件老化後,勢必會影響任務的執行,為了接續原來的工作,人們就會考慮發射新的接替衛星。以福衛三號來說,有部分衛星因為電池問題已失去作用,觀測資料已從每天的2500點降低為1000點;而發射已經11年的福衛二號,更是大大超出了原來的五年使用年限,因此有了福衛五號和福衛七號新的衛星計畫。

福衛五號是臺灣第一次自己研發與製造的光學遙測衛星,它解析度是黑白2公尺及彩色4公尺,其中彩色影像解析度比福衛二號更高一倍,可以進行全球取像的任務。

福衛七號是臺灣和美國的跨國合作計畫,由12顆衛星組成衛星星系,執行掩星氣象衛星任務。福衛七號每天可提供涵蓋陸地與海面8000點以上的剖面掩星觀測資料。這些掩星觀測資料計算出的大
氣壓力、溫度和溼度,以及電離層的電子濃度等參數,能幫助提高全球和區域氣象預報的準確度,並可監測電離層太空天氣的變化。

福衛七號的掩星觀測不會受到觀測地點的限制,可以彌補蒐集不易的海面上資料,因此對於了解颱風形成的海面上環境提供很大的幫助,進而降低颱風路徑預報的誤差,是緊急災害防護的重要參考數據之一。

 

問題五:人造衛星很耗電嗎?在外太空要如何充電呢?

答:衛星運作所需要的電力其實並不大,以福爾摩沙衛星一號來衛星運作所需要的電力其實並不大,以福爾摩沙衛星一號來說,它的平均耗電功率只有240瓦,差不多就是一部桌上型電腦的電量,並不會消耗太多功率。

 

問題六:為什麼現在人開車開到那裡地圖就可以顯示到那裡呢?

因為有全球衛星定位系統(Global Positioning System,簡稱GPS),應該是最為人們所熟知的人造衛星系統,它的導航技術早已運用在我們的日常生活中,不單是車輛,飛機、船舶甚至登山探險,只要有一個GPS接收器,就能免費接收衛星的訊號,隨時隨地幫助我們知道自己的所在位置。

導航系統為什麼可以標示車子的位置?讓駕駛不必查閱地圖,就能依照它的指示,順利到達目的地。為什麼導航系統可以隨時標示出車輛的位置?

其實原理並不複雜。導航系統是一種計算距離的工具,它可以接收GPS衛星的無線電波,分別計算出車子和三顆以上衛星的距離,再運用這些數據,精確顯示車輛的位置。

1 導航系統會計算無線電波從衛星到汽車的時間,再乘以光速,就是衛星到車子的距離。

2 以衛星為圓心,衛星和車輛距離為半徑畫出一個球面。這三顆衛星構成的球面在地表上的交點就是車輛的位置。

3 再依據從第四顆衛星接收的資料,校正計時誤差後就能精確定位。

4 導航系統比對定位點和儲存在系統裡的電子地圖,在螢幕上顯示出地圖和車輛的位置。

衛星上都有精準的原子鐘,但導航系統的時間並不準確,所以還需要一顆衛星幫助校正。

 

更多有趣的太空和衛星小故事,不要錯過最有「台灣味」的太空科普書:衛星的故事

 

台灣自1991年投入太空計畫,邁入25周年之際,國研院太空中心與小天下團隊合作,發行第一本結合太空科技發展史與台灣太空計畫的科普書「我愛讀衛星的故事—福爾摩沙的繁星」,希望讓孩子從小接觸太空科學,成為下一代優秀的太空人才。

 

太空中心主任張桂祥表示,坊間看到的太空科普書,多是翻譯、或以國外為例,此書結合台灣自己的成就,是最有「台灣味」的科普書。他說,太空議題是很多科技推動的泉源,希望藉此書啟發孩子的科技視野、對太空探索的想像力及好奇心。

 

 

主圖來源:NASA Ames/JPL-Caltech/T.Pyle

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