NASA大氣波實驗（AWE）圓滿完成任務，揭示地球天氣如何影響太空環境

5月21日，地面控制人員關閉了NASA的AWE（Atmospheric Waves Experiment，大氣波實驗）儀器，為這項任務的資料蒐集階段畫下成功的句點，任務時長超越了原定的兩年計畫。

追蹤大氣重力波的太空實驗

AWE自2023年11月安裝於國際太空站外部以來，專門研究「大氣重力波」——這是一種大氣中的巨型漣漪，由強風流經高山或龍捲風、雷暴、颶風等劇烈天氣事件所引發。AWE透過觀測地球大氣中被稱為「氣輝」（airglow）的彩色光帶來偵測這些波動。該實驗由NASA太陽物理學部門資助，旨在研究大氣重力波如何向上傳播至太空，並影響可能干擾衛星、導航與通訊訊號的太空天氣。

NASA太陽物理學部門主任Joe Westlake表示：「AWE任務證明了我們的大氣層不是一道天花板，而是天空中一片活生生、會呼吸的海洋。我們首次能夠看到，美國中西部的一場雷暴、佛羅里達上空的颶風，或安地斯山脈上的一陣強風，如何像海浪拍打海岸一樣，將看不見的漣漪——大氣重力波——送向太空邊緣。」

30個月蒐集超過8,000萬張影像

在AWE於太空站駐留的30個月期間，該儀器每秒拍攝四張紅外線影像，累計超過8,000萬張夜間影像（氣輝僅在夜間可見）。AWE觀測到多起極端天氣事件所產生的大氣重力波，包括2024年5月席捲美國中部的龍捲風群，以及2024年9月侵襲佛羅里達灣岸的颶風Helene。

AWE首席研究員、猶他州立大學的Ludger Scherliess表示：「我們觀測到與重大地表事件相關的大氣波特徵，清楚展示了強烈天氣系統如何在高層大氣中產生可量測的反應。」

不同風暴產生不同波動模式

這些觀測揭示了不同類型風暴所產生的大氣重力波存在差異。例如，AWE在2024年5月26日觀測到德州北部雷暴產生的大氣重力波較小且更不規則，從南到北呈現明顯的不對稱性，與同月稍早該地區其他風暴產生的波動有所不同。

2024年5月3日，AWE還捕捉到美墨邊境附近一場龍捲風所引發的同心圓大氣重力波，波動以近乎完美的圓形擴散至德州和墨西哥上空——這種清晰度的觀測在AWE任務之前極為罕見。

對衛星通訊與導航的重要意義

理解大氣重力波引發的高層大氣電漿密度變化至關重要，因為這些變化會干擾衛星與地面之間、以及衛星與衛星之間的無線電訊號傳輸，降低導航、定時和通訊系統的精確度與可靠性。

近期的一項研究顯示，AWE的量測數據揭示了對高層大氣影響最大的重力波，其水平波長介於30至300公里之間——這正是AWE專門設計用來量測的範圍。

交棒給新一代實驗儀器

隨著資料蒐集階段完成，AWE儀器已關機，為即將接替其位置的另一項科學實驗騰出空間。名為CLARREO Pathfinder的新儀器將量測地球和月球反射的太陽光，精確度比現有感測器高出5至10倍。儀器的更替是太空站作為軌道實驗室的關鍵任務特色之一。

未來數日內，太空站上的機械手臂Canadarm2將拆除AWE儀器，隨後AWE將被裝入SpaceX Dragon貨運太空船的一部分，在重返大氣層時燃燒殆盡。不過，AWE的所有觀測資料最終都將對公眾和科學界開放，供持續的研究與發現使用。

Scherliess表示：「AWE的資料將持續對專業研究人員和公民科學家公開。」

部分資料已經上線，包括猶他州立大學網站上的互動式視覺化工具，使用者可以在地球儀或地圖上瀏覽AWE的觀測資料，並從不同角度旋轉檢視大氣重力波。

AWE於2023年11月9日發射，由NASA位於馬里蘭州格林貝爾特的戈達德太空飛行中心探索者計畫辦公室管理。猶他州立大學太空動力學實驗室負責建造AWE儀器並提供任務操控中心。

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