概述
GOES 系列衛星是屬於美國海洋暨大氣總署 ( NOAA ) 運營的一系列地球同步衛星，主要用於提供西半球的氣象資料與太空天氣的觀測。在任何時刻，必然同時有兩顆 GOES 衛星，一東一西的觀測著美國上空的天氣狀態變化。除了地球的天氣變化之外，GOES 也同時負責監控太空天氣與太陽觀測。
GOES-R 系列衛星的想像圖。圖片來源：NASA
自 1975 年第一顆 GOES 衛星發射至今，已經有 17 顆 GOES 系列衛星發射並進入軌道，這 17 顆衛星可以被分為 4 個世代，其中第一顆第四代的 GOES 衛星 ── GOES-R 於 2016 年 11 月發射升空，並在 2017 年 12 月正式服役。升空後的 GOES 系列衛星將會把代號從英文字母換成數字，比如 GOES-R 會更名為 GOES-16。
第四代的 GOES 衛星能夠提供上一代衛星四倍的解析度、三倍多的觀測波段以及五倍的更新速度 ( 30 秒一次 )。大量更好的觀測資料將更精進天氣預報的準確率。
重要儀器
第四代 GOES 衛星的幾個重要的儀器如下：
GOES-R 系列衛星的重要儀器裝備位置。圖片來源：NOAA
1. 先進基線成像儀 ( ABI )：
可以利用 16 個不同波段進行拍照的大型相機，包括可見光、近紅外與遠紅外頻道，不一樣的波段拍攝到的照片，可以讓得知大氣與地面不同物質的分布。例如：紅外光可以觀測臭氧 ( 9.6 µm )、二氧化碳 ( 13.3 µm )、水氣 ( 6.2 µm ) 等等，近紅外光則可以觀測冰雪 ( 1.61 µm )、捲雲 ( 1.37 µm ) 等等。我們常見的各種衛星雲圖正是由這項儀器所拍攝。ABI 的影像解析度可達 500 公尺，以同步氣象衛星而言，這是相當驚人的解析度。除了衛星雲圖之外，ABI 也可用於森林大火、沙塵暴等其他自然現象的追蹤。
實際在廠房內拍攝的 ABI，圖片上方的黑色圓柱狀物體就是 ABI 的主鏡筒，可見其口徑之大。圖片來源：NOAA
ABI 於 2018 年 1 月初拍攝的 Geocolor 影像，可以看到美國東部上空的溫帶氣旋。圖片來源：NOAA
2. 閃電偵測器 ( GLM )：
GLM 將利用近紅外線波段相機即時觀測雲內閃電 ( in-cloud lighting ) 與對地閃電 ( cloud-to-ground lighting ) 的數量、頻率、分布、放電範圍等資訊。一般而言，閃電頻發的區域通常都是大氣中強烈的對流區，因此對於閃電的觀測，可以讓我們更加了解並預測龍捲風、大型風暴等劇烈天氣。
廠房中的 GLM。
GLM 所拍攝的影像，圖片中亮黃色的部分就是閃電的發生處。圖片來源：NOAA
3. 極端紫外線與 X 光感測器 ( EXIS )：
EXIS 主要由兩項感測器所組成，分別是「極端紫外線感測器 ( EUVS )」和「X 光感測器 ( XRS )」，主要用於觀測太陽的變化，如太陽閃焰等現象。閃焰的監測對於太空天氣的監測相當重要，不僅是因為閃焰本身放出的高能電磁波將會影像地球電離層而干擾通訊，常常在閃焰後伴隨發生的日冕物質拋射 ( CME ) 更可能造成地球磁場的重要改變，產生磁爆等現象。
EXIS。圖片來源：NOAA
4. 磁力計 ( MAG )：
用於探測太空中磁場的改變，可用於磁爆的記錄和預警。為了避免衛星本身的電子零件等因素的影像，磁力計一般都會盡可能地遠離載具本體，無論是在地球上的磁力探測直升機、反潛機或是太空中的衛星皆是如此。
在地面上展開的 MAG。圖片來源：NOAA
5. 太空環境機組 ( SEISS )：
用於探測太空中質子、電子和離子的密度與速度，是太空天氣的重要觀測資料。這些資料讓我們能夠評估衛星與太空人在太空中受到的輻射劑量。
SEISS 的機組。圖片來源：NOAA
SEISS 所獲得不同能量的質子與電子強度資料。圖片來源：NOAA
6. 太陽紫外線相機 ( SUVI )：
SUVI 是一具小型的紫外線望遠鏡，用於拍攝不同波段的太陽照片，監測太陽的活動，如太陽閃焰、日冕物質拋射等事件，這些劇烈的太陽活動可能會破壞地球上的通訊與電力系統，因此需要隨時監控太陽，才能有效的預防這些事件造成嚴重的破壞。
SUVI 所拍攝的太陽影像。圖片來源：NOAA
GOES-R 衛星如何到達軌道
GOES-R 系列衛星均使用 Atlas V 541 火箭，從位於北緯 28.5° 的卡納維爾角發射進入軌道。
點火後，Atlas V 的 RD-180 火箭引擎以及四根固態火箭助推器將會推動整支火箭起飛，朝預定的目標軌道不斷加速。
起飛後 1:50，四根固態火箭助推器燃燒完畢，依序脫離。
起飛後 4:30，第一節火箭燃燒完畢脫離。同時第二節火箭點火。
接下來，第二節火箭將會進行一次相當長的加速，將衛星送入地球同步轉移軌道 ( GTO )，並在遠地點再次短暫加速，降低橢圓軌道的離心率。當最後一次推進結束，衛星將從火箭分離，並且部署太陽能板。
往後一個星期中，衛星將利用其搭載的推進器分次修正軌道，使衛星最後進入高約 36000 公里，傾角 0° 的地球靜止軌道中。然後一步步展開它的科學儀器，經過多個月的校正之後正式投入觀測任務。
Atlas V 541 火箭發射 GOES-S 衛星。
GOES-R 發射與部署過程影片。
第四代 GOES 系列衛星現況
按照目前的規劃，第四代 GOES 衛星將建造四顆，其中第一顆 GOES-16 ( 也就是 GOES-R，到達軌道後改稱為 GOES-16 ) 以經於 2016 年 11 月 19 日發射升空；第二顆 GOES-17 也在 2018 年 3 月 1 日發射。剩餘的兩顆 GOES-T 和 GOES-U 目前正在建造中，分別預計在 2020 年與 2024 年發射。
未來二十年內，新銳的第四代 GOES 衛星將繼續在同步軌道守望西半球大氣、地表與太空的任何一點風吹草動，它提供的大量資料，不僅將使氣象預報更加精進，也將讓我們更了解我們所居住的這顆行星。
延伸閱讀
GOES-R 官方網站：https://www.goes-r.gov/
英文維基百科 GOES：https://en.wikipedia.org/wiki/Geostationary_Operational_Environmental_Satellite
英文維基百科 GOES-16：https://en.wikipedia.org/wiki/GOES-16#See_also
英文維基百科 GOES-17：https://en.wikipedia.org/wiki/GOES-17
堅實可靠的頂梁柱 擎天神五號火箭 ( Atlas V )：http://hchsastronomy.blogspot.tw/2017/08/blog-post_20.html
GOES 系列衛星是屬於美國海洋暨大氣總署 ( NOAA ) 運營的一系列地球同步衛星，主要用於提供西半球的氣象資料與太空天氣的觀測。在任何時刻，必然同時有兩顆 GOES 衛星，一東一西的觀測著美國上空的天氣狀態變化。除了地球的天氣變化之外，GOES 也同時負責監控太空天氣與太陽觀測。
自 1975 年第一顆 GOES 衛星發射至今，已經有 17 顆 GOES 系列衛星發射並進入軌道，這 17 顆衛星可以被分為 4 個世代，其中第一顆第四代的 GOES 衛星 ── GOES-R 於 2016 年 11 月發射升空，並在 2017 年 12 月正式服役。升空後的 GOES 系列衛星將會把代號從英文字母換成數字，比如 GOES-R 會更名為 GOES-16。
第四代的 GOES 衛星能夠提供上一代衛星四倍的解析度、三倍多的觀測波段以及五倍的更新速度 ( 30 秒一次 )。大量更好的觀測資料將更精進天氣預報的準確率。
重要儀器
第四代 GOES 衛星的幾個重要的儀器如下：
1. 先進基線成像儀 ( ABI )：
可以利用 16 個不同波段進行拍照的大型相機，包括可見光、近紅外與遠紅外頻道，不一樣的波段拍攝到的照片，可以讓得知大氣與地面不同物質的分布。例如：紅外光可以觀測臭氧 ( 9.6 µm )、二氧化碳 ( 13.3 µm )、水氣 ( 6.2 µm ) 等等，近紅外光則可以觀測冰雪 ( 1.61 µm )、捲雲 ( 1.37 µm ) 等等。我們常見的各種衛星雲圖正是由這項儀器所拍攝。ABI 的影像解析度可達 500 公尺，以同步氣象衛星而言，這是相當驚人的解析度。除了衛星雲圖之外，ABI 也可用於森林大火、沙塵暴等其他自然現象的追蹤。
2. 閃電偵測器 ( GLM )：
GLM 將利用近紅外線波段相機即時觀測雲內閃電 ( in-cloud lighting ) 與對地閃電 ( cloud-to-ground lighting ) 的數量、頻率、分布、放電範圍等資訊。一般而言，閃電頻發的區域通常都是大氣中強烈的對流區，因此對於閃電的觀測，可以讓我們更加了解並預測龍捲風、大型風暴等劇烈天氣。
3. 極端紫外線與 X 光感測器 ( EXIS )：
EXIS 主要由兩項感測器所組成，分別是「極端紫外線感測器 ( EUVS )」和「X 光感測器 ( XRS )」，主要用於觀測太陽的變化，如太陽閃焰等現象。閃焰的監測對於太空天氣的監測相當重要，不僅是因為閃焰本身放出的高能電磁波將會影像地球電離層而干擾通訊，常常在閃焰後伴隨發生的日冕物質拋射 ( CME ) 更可能造成地球磁場的重要改變，產生磁爆等現象。
4. 磁力計 ( MAG )：
用於探測太空中磁場的改變，可用於磁爆的記錄和預警。為了避免衛星本身的電子零件等因素的影像，磁力計一般都會盡可能地遠離載具本體，無論是在地球上的磁力探測直升機、反潛機或是太空中的衛星皆是如此。
5. 太空環境機組 ( SEISS )：
用於探測太空中質子、電子和離子的密度與速度，是太空天氣的重要觀測資料。這些資料讓我們能夠評估衛星與太空人在太空中受到的輻射劑量。
6. 太陽紫外線相機 ( SUVI )：
SUVI 是一具小型的紫外線望遠鏡，用於拍攝不同波段的太陽照片，監測太陽的活動，如太陽閃焰、日冕物質拋射等事件，這些劇烈的太陽活動可能會破壞地球上的通訊與電力系統，因此需要隨時監控太陽，才能有效的預防這些事件造成嚴重的破壞。
GOES-R 衛星如何到達軌道
GOES-R 系列衛星均使用 Atlas V 541 火箭，從位於北緯 28.5° 的卡納維爾角發射進入軌道。
點火後，Atlas V 的 RD-180 火箭引擎以及四根固態火箭助推器將會推動整支火箭起飛，朝預定的目標軌道不斷加速。
起飛後 1:50，四根固態火箭助推器燃燒完畢，依序脫離。
起飛後 4:30，第一節火箭燃燒完畢脫離。同時第二節火箭點火。
接下來，第二節火箭將會進行一次相當長的加速，將衛星送入地球同步轉移軌道 ( GTO )，並在遠地點再次短暫加速，降低橢圓軌道的離心率。當最後一次推進結束，衛星將從火箭分離，並且部署太陽能板。
往後一個星期中，衛星將利用其搭載的推進器分次修正軌道，使衛星最後進入高約 36000 公里，傾角 0° 的地球靜止軌道中。然後一步步展開它的科學儀器，經過多個月的校正之後正式投入觀測任務。
第四代 GOES 系列衛星現況
按照目前的規劃，第四代 GOES 衛星將建造四顆，其中第一顆 GOES-16 ( 也就是 GOES-R，到達軌道後改稱為 GOES-16 ) 以經於 2016 年 11 月 19 日發射升空；第二顆 GOES-17 也在 2018 年 3 月 1 日發射。剩餘的兩顆 GOES-T 和 GOES-U 目前正在建造中，分別預計在 2020 年與 2024 年發射。
未來二十年內，新銳的第四代 GOES 衛星將繼續在同步軌道守望西半球大氣、地表與太空的任何一點風吹草動，它提供的大量資料，不僅將使氣象預報更加精進，也將讓我們更了解我們所居住的這顆行星。
延伸閱讀
GOES-R 官方網站：https://www.goes-r.gov/
英文維基百科 GOES：https://en.wikipedia.org/wiki/Geostationary_Operational_Environmental_Satellite
英文維基百科 GOES-16：https://en.wikipedia.org/wiki/GOES-16#See_also
英文維基百科 GOES-17：https://en.wikipedia.org/wiki/GOES-17
堅實可靠的頂梁柱 擎天神五號火箭 ( Atlas V )：http://hchsastronomy.blogspot.tw/2017/08/blog-post_20.html
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