林彥興
出題篇
過去一個禮拜，我們介紹了太陽帆這個重要的太空推進概念，以及計劃一窺系外行星的太陽重力透鏡，所以延續這個主題，這次的小擂台就來考考大家對太陽帆的認識吧！
這次的簡易題，想讓大家親自用簡單的加減乘除算算看，太陽帆的推力到底是來自「陽光」還是「太陽風」呢？過程中會使用到的「太陽常數 Solar Constant」，在大氣與海洋領域也相當重要喔！
而進階題就比較有挑戰性了。如果給你一艘太陽帆，它在地球軌道上的加速度是一微米/秒平方，那從地球軌道出發，該採用什麼樣的路徑才能讓太陽帆以最快的速度衝出太陽系呢？按照這樣的軌道，太陽帆在一百年後的速度大約會是多快呢？
寫下你的想法和大家一起討論吧！
解答篇（上）
上禮拜，我們鼓勵大家親自試算太陽帆的推力到底是來自太陽風的風壓，還是陽光的光壓。在下方的圖文中，我們發現僅用國中數學的簡單計算，我們就可以親手驗證，太陽帆的主要推力是來自光壓，而不是太陽風。
在搜尋資料的過程中，我們還可以發現太陽風的風速、密度變化的範圍其實相當的大。平時的太陽風風速大概是 200 ~ 800 km/s，密度大約每立方公分數顆質子，而且從太陽不同緯度吹出來的太陽風速度和密度都不盡相同。而當太陽有劇烈活動，比如「日冕物質拋射 CME」發生的時候，太陽風風速還可以上升到超過 2000 km/s 的等級。雖然即使是 CME 發生時，太陽風的風壓給太陽帆的推進力仍比不上光壓，但是強烈的太陽風對地球磁場卻有很大的影響。它會壓縮地球的磁層並產生磁爆，影響電力系統與通訊等等～
解答篇（中）
這週，讓我們來解答進階題。
想要讓太陽帆怎麼飛才會最快，有兩個不可錯過的重要概念：
1. 太陽帆到底是怎麼獲得推力的？
2. 軌道力學中，最好的飛法往往不是跟重力對拚。
以這兩個概念為基礎，科學家 / 工程師發現，能讓太陽帆加速到最快的方法，就是讓它先往太陽飛，飛到非常靠近太陽處，再利用那裡強大的光壓，一鼓作氣加速後衝出太陽系。飛得離太陽越近，能達到的極速就越高。
比如之前提到的「太陽重力透鏡 SGL」計畫，就打算將太陽帆飛到距離太陽約 0.1 天文單位處，展開加速，並以每年超過 25 天文單位的高速衝出太陽系，才有機會在一般人的有生之年抵達太陽重力透鏡的焦點。要知道，目前向外太陽系飛行的速度紀錄保持者新視野號的極速約只有每年 3.5 天文單位，花了 9 年才抵達冥王星。如果使用 SGL 的太陽帆，冥王星這種等級的目標兩年左右就能到達。當然，目前的太陽帆科技還沒有達到 SGL 的等級，但並不是遙不可及。以太陽帆探索外太陽系天體的潛力可見一斑。
解答篇（下）
兌現承諾的時候到了！
為了讓大家更直觀的看到太陽帆可以怎麼飛，小編寫了一個簡易的程式來模擬太陽帆的飛行軌跡（影片左側），中心的黃點是太陽，四個圓圈則大致代表著水星、金星、地球與火星的軌道；虛線則代表太陽帆在不進行加速時的預測軌道。影片右半邊的兩張圖，則是太陽帆的運動速度，以及它的力學能。
在這個模擬中，我們首先將太陽帆以火箭發射，進入近日點約十倍太陽半徑的橢圓形軌道上。然後當太陽帆接近近日點，再將太陽帆張開，加速衝出太陽系。可以看到，在這樣的設定下，太陽帆的速度可以輕易的達到每年約 15 天文單位，比人類歷史上所有探測器都快四倍以上。而右下方的「Specific total energy」則大致對應高中物理中學過的力學能，可以看到在太陽帆展開之前，因為只受重力的作用，太陽帆的力學能是守恆且小於零的。而展開加速之後，太陽帆的力學能快速增加並且變成大於零，表示太陽帆已經獲得足夠的動能，可以逃離太陽的重力束縛。
關於具體是怎麼決定太陽帆的指向等參數，大家有興趣可以到這裡找到比較詳細的說明。如果發現小編有寫錯的地方請不吝告訴我們喔！
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