日食引發超音速音爆「艏震波」中大劉正彥教授團隊首次發現

中央大學太空所劉正彥教授團隊發現前所未見的超音速音爆「艏震波」(圖中的藍點)，如同船隻在前進時，船頭會頂起浪花並於其兩側引起整齊之弓型波浪。(中央大學提供)

2017年8月21日約當地時間上午9時30分，日全食之超音速月影於美國奧勒岡州(加州)引發之電離層音爆艏震波。(劉正彥提供)

2017年8月21日飛越美洲之日全食，除獲全球最多NASA網友147萬人按贊之外，中央大學太空所劉正彥教授團隊也把握此千載難逢的機會，發現日全食之超音速月影，在離地表300公里的太空電離層中引起音爆，形成前所未見的音爆「艏震波」，爲全世界第一次發現。這項卓越成果刊載在最新一期國際期刊《地球物理研究通訊》(Geophysical Research Letters)。

早在2009年7月22日發生在東亞的日全食，劉正彥團隊就很幸運地在大氣層中首次看見月影引發重力波之「艏震波」，他形容這是「狹縫中的觀測」，因當時行經日本與臺灣的區域較，小地面GPS接收機較少，較不易大規模和長期詳細觀測，但突破性之成果依然受到全球很大的關注，除刊載在《地球物理研究通訊》期刊之外，還吸引Discovery等八家媒體與雜誌報導。

此回發生在美西時間2017年8月21日上午9時30分之日全食，超音速月影始於美國奧勒岡州向東行經整美國引發，並直接在北美電離層中產生音爆艏震波。因月影和電離層全電子含量中之艏震波完全沒有時間延遲，證實此一結果確實爲首次發現之音爆證據。

劉正彥說，所謂的「艏震波」，故名思義，就是船隻在前進時，船頭會頂起浪花並於其兩側引起整齊之弓（或V）型波浪。早在1970年代，科學家就大膽預測日食月影會產生「艏震波」，但苦無實證，當時科學家還用日冕儀配合各種地磁計，氣壓計，雷達等觀測，都無法看到。沒想到在等了四、五十年之後，終於在2009年初次看到「艏震波」此一科學家夢寐以求的自然科學現象，而2017年更發現超音速音爆「艏震波」，令人非常興奮！

劉正彥教授團隊利用美國2200個全球導航衛星系統(GNSS)地面接收機記錄，建構由兩萬餘個全電子含量所組成之高時空解析度影像，觀察到2017年日食對太空中電離層之影響。發現日食之月影，猶如一艘超音速戰艦，以每秒1100-700公尺的速度，疾駛於美國大陸之太空之中，在電離層中引起音爆，形成類似V型的大波紋向兩邊劃開，畫面相當壯觀可貴。

劉正彥打趣地說，以往人們說「見影開槍」，指的是虛幻不實，捕風捉影，但在日食月影在大空中所造成的影響，完全「系金ㄟ」。因月的影子冷卻，使得空氣密度加大，並形成了大氣柱，就像一條竹杆子用力（或一艘快艇）劃過湖水，使湖面產生V型大波紋。劉正彥說，這就是科學的迷人之處，自然界之真理不僅完全相通且不容違背。

劉正彥指出，2017年的日食音爆艏震波，因爲所產生的電離層電子密度擾動較小，不致於對民生通訊，定位，導航產生太大的影響。但對日食月影的現象和變化，還是相當有趣的科學議題，至於對地球大氣層和太空環境可能產生多少的擾亂，仍值得持續研究與關注。