【時事】羅曼太空望遠鏡發射升空

林彥興


終於讓小編等到這一天啦!

台灣時間週日 19:25,NASA 的羅曼太空望遠鏡(Roman)即將在卡納維爾角由獵鷹重型火箭發射升空,前往日地第二拉格朗日點,展開它巡視宇宙與系外行星的旅程。

Roman 全名「南希.葛莉絲.羅曼太空望遠鏡 Nancy Grace Roman Space Telescope」,其名來自有「哈伯之母」之稱的美國天文學家。

羅曼是一個擁有跟哈伯太空望遠鏡一樣大的鏡面(2.4 公尺),視野卻大上一百倍的新一代旗艦級太空望遠鏡。其廣大的視野,讓它能在保持相同解析度和靈敏度的同時,以哈伯望塵莫及的速度進行「巡天」── 也就是不針對特定目標,而是均勻地觀測大片天空。這些觀測資料將大大造福宇宙學家與星系天文學家,幫助他們了解暗物質、暗能量的性質,以及星系演化的複雜物理機制。

但除了宇宙學和星系天文學之外,羅曼也將是一個卓越的系外行星獵手。其搭載的先進日冕儀,可以遮擋來自恆星的光線,以「直接影像法 Direct Imaging」觀測系外行星;另一方面,它也將頻繁的監測銀河中心方向大量恆星的亮度,以「重力微透鏡法 Microlensing」尋找系外行星的存在。兩者結合,天文學家估計羅曼將發現上千顆新的系外行星。

而且,在預算超支與進度延期被視為常態的太空領域之中,羅曼是極少數不僅沒有超支,甚至還提前八個月完成的大型太空計劃。

週日晚上,就讓我們一同見證天文物理的新篇章吧!





發射後

Falcon Heavy rising into the Sun

昨天早上,小編很幸運地有機會前往甘迺迪太空中心(KSC),親自觀看獵鷹重型火箭將羅曼太空望遠鏡發射前往日地第二拉格朗日點。

由於發射時間正值日出之後不久,且觀禮台位於發射場西方,因此發射當下太陽與發射台的位置相當接近(就在圖中畫面的左上方),即使有薄雲阻擋,陽光仍然十分猛烈,使得火箭看起來就像升入了一片白熾的天空中。


重力轉彎

在升空之後莫約 20 秒左右,獵鷹重型開始轉向進行重力轉彎(gravity turn),使我們能夠逐步看清火箭正面的樣子。第一節的三根助推器分別是 B1072, B1104 與 B1105,其中前者已經是第三次使用,因此表面明顯比較黑。後兩者則是首次飛行。

此時我們還可以注意到,第一節三個助推器所產生的尾焰似乎有長有短。這不是錯覺。獵鷹重型在發射時會刻意進行所謂的芯節節流,刻意降低中央芯節的推力以降低推進劑的消耗速率。這將使兩側的助推器先於芯節燒完,而後雙雙脫離進行返場回收。而芯節則會再多推進一分多鐘的時間,才會與第二節分離並最終墜入海中。


凝結尾

再續前篇。隨著獵鷹重型持續向上攀升,突然之間,火箭後方開始出現了亮白的雲氣。但這個過程並沒有持續太久,幾秒鐘之後,火箭的後方又再度恢復一片潔淨。這是怎麼一回事呢?

答案是,因為獵鷹重型使用的推進劑組合是煤油與液態氧,燃燒後產生的主要產物就是二氧化碳和水。這些水,在合適的大氣條件下,就會像飛機產生凝結尾一樣凝結成白色的火箭軌跡。由於幾乎所有現役主流運載火箭的推進劑都含有氫和氧,因此這個現象普遍出現在各種液態火箭的發射過程中。至於固態火箭背後的濃煙,那又是另一個不同的機制了。

此外,如果仔細看,我們還可以發現因為這團雲氣擋住了低仰角的陽光,因此它的背後出現了一條長長的影子。這與霞光的原理基本相同。


助推器分離

發射後約 2:30,隨著兩旁的側向助推器的推進劑即將見底,它們會關閉引擎,並在幾秒鐘後與核心脫離。如果這是傳統的火箭,那這兩隻助推器就會直接的墜向大海。

但身為獵鷹重型的助推器,他們的人生(?)可還沒結束。在與芯級脫離之後,它們會調轉箭頭,而後再度點燃引擎,進行「回推點火 Boost Back Burn」,將一路上累積的水平速度抵銷,以飛回陸地上的降落場著陸。而在這個過程中,三支火箭的尾焰往往會互相衝撞,交織出混亂而美麗的圖像。

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