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2024-06-13 | 中央社

第三個眼睛、仰望星空~太空科學家李羅權院士獲邀中國醫藥大學發表「我的學思歷程-極光奇觀」專題演講

極光(Aurora)像似天上的油畫;這些高空短暫的閃焰現象,如此壯觀、這麼漂亮,令人驚喜;我們怎麼現在才發現呢,這有點像生物學家宣布我們發現人類還有一個新的人體部位……洛杉磯時報Los Angeles Times(June 25,2003)

地球上的極光,是來自磁層和太陽風的帶電高能粒子被地磁場導引帶進地球大氣層,並與高層大氣(熱層)中的原子碰撞造成的發光現象。

國際知名地球科學家李羅權院士,於5月14日下午獲邀到中國醫藥大學水湳校區卓越大樓B2國際會議廳發表「我的學思歷程—極光奇觀」演講分享精彩的學術成就,由林昭庚講座教授主持,李院士神情愉快的說,就在兩、三天前,天空出現太陽的磁暴閃陷,大概20年來最大的磁暴,聽說加州也有極光、新疆也看到極光,很多地方看到極光。在阿拉斯加或加拿大北部、瑞典、挪威冰島,大概冬天都會可以看到極光,南極那邊是南極的冬天也可以看到極光。

「鄉下的星星特別亮;」彰化田尾鄉出身的李羅權院士回憶,小時候住在鄉下,晚上燈光不多,沒有什麼燈光,在院子一坐,仰望星空,就可以看到天空銀河系星星,很多很亮;事實上,很容易看到北斗七星還有北極星,它的水平線仰角就跟當地的緯度一樣,在台灣就是25度,你就可以看到北極星,所以覺得非常親切。

那時候,我爸爸沒有手錶,不知道從哪裡學來的,他看北斗七星的角度,就曉得現在晚上是幾點,因為北極星不怎麼動嘛,那地球會24小時轉一圈,事實上星星是不動,可是你從地球看,星星會轉、會動。這即是所謂的「斗轉星移」。

我們晚上要去稻田澆水,要怎麼看幾點,就是看北斗七星在哪個角度,就曉得看幾點;「這也是影響我長大以後,從事太空天文物理研究的動機和興趣;」李羅權院士說。

1965年讀台大物理系,當時的課外活動就參加美術社,在大學二年級有一個學期,我大概花一半的時間在研究美術方面的知識,還去畫水彩畫、畫石膏像、戶外寫生等等,涉獵廣泛造詣很深的李羅權院士興致勃勃的說,我現在是臺北愛樂管弦樂團的團長,所以我對音樂也很有興趣。

1957年太空時代的來臨,當時的蘇聯發射第一顆人造衛星叫Sputnik 1,這個衛星1957年10月8號發射,不僅是第一顆衛星,在1961年蘇聯還送了第一位太空人,這位太空人叫Yuri Gagarin(加加林),他繞行地球1個小時48分,繞了地球2圈。

那時候的太空競賽,蘇聯領先於美國,美國急起直追,甘迺迪總統在1963年推動「阿波羅登月計畫」,1969年阿姆斯壯登陸月球講說:「我踏到月球上,這是我的一小步,卻是人類的一大步。」大家都還記得的。那時候我在陸軍官校服役當教官,為此,我就對於太空、衛星特別有興趣,也影響我選讀太空物理。

有一次,我到聖彼德堡去參觀太空博物館,導覽員問我說要不要進去太空艙坐看看,我說我塊頭太大了,不好進去就作罷了。

1970年當完兵前往加州理工學院讀物理系,發現好幾位物理界的大師,很多人拿諾貝爾獎。Carl Anderson教授發現正子(positron),第一個發現反物質,而拿到諾貝爾獎。另一個很出名的費曼教授Richard Feymann,和三位物理學家共同提出量子電動力學理論,拿了諾貝爾獎,我修了不少他的課,然後是索恩教授Kip Thorne觀測到引力波,拿到2017 Nobel Prize。還有一個也不得了,Edward Stone是航行家計畫科學家Voyager Project Scientist,航行家衛星是1977年發射上去,到今年數據仍然不斷被接收,它已經持續運作44年,很不簡單,不過它到今年好像宣佈就停止傳送數據了。

1970-1975期間研究black hole的史蒂芬•霍金教授Stephen Hawking,暑假期間常來加州理工物理系訪問,他寫了很多書,有一本通俗的暢銷書叫《時間簡史》。有人問他說你怎麼沒有拿到諾貝爾獎,他說因為他預測的東西還沒有人量到,所以不可能拿到諾貝爾獎。

「我們看星星不是很穩定,有時候星星一眨一眨,那中子星發射的射電波也會一眨一眨,從它的一眨一眨,我們可以量出他閃爍的強度。」李羅權院士在加州理工學院時提出「銀河系湍流頻譜」理論,這個理論到現在已經48年了,所有一些觀測資料,地面的無線電波望遠鏡,還有Voyager one跟two量到的,這兩顆衛星已經出了太陽系到銀河系裡面,衛星在銀河系空間現場去量的湍流頻譜理論數據,都支持我們的理論。

李羅權院士從1975-1995在美國的Goddard Space Flight Center-NASA戈達德太空飛行中心,然後到Maryland馬里蘭大學,再到Alaska阿拉斯加大學,一共待了20年;這期間提出「地球千米波輻射理論」,很強的輻射理論。然後是「多重X線磁場重聯理論」,還有「日珥形成理論」,每一個都非常重要。

李羅權院士進一步說明「地球千米波輻射理論」(The Astrophysical Journal, 230: 621-626, 1979),在離地球表面約一萬公里高的無線電波波長是一公里(千米),強度很強。1979年和吳京生教授提出電子迴旋輻射理論,可以產生強烈的無線電波。可以解釋地球的千米波輻射,以及木星10米波輻射,也可以解釋太陽部份無線電電波的產生。現在很多人在找太陽系外的行星,但是假如行星沒有磁場的話,宇宙線會打到行星表面,那人類或動物就不容易活下去,假如有這個無線電波的話,代表它有磁場,因為無線電波的頻率就是電子在磁場裡面的迴旋頻率,所以我們量到電波並知道它的頻率,頻率就可以算出地球表面或行星表面的磁場有多大,假如夠大的磁場,有生物存在的機率就大,尤其是有智慧的生物,看看會不會跟我們通訊。

2006年4月,中華民國國家太空中心NSPO與美國大氣科學研究大學聯盟UCAR啟動國際合作計畫「福爾摩沙衛星三號FORMOSAT-3/COSMIC Program」,FORMOSAT-3/COSMIC系統是一個由6顆LEO(低軌)微型衛星組成的星座,佈署到不同的軌道內,每顆衛星攜帶3個科學酬載:1.全球定位系統接收器(GPS occultation receiver)、2.小型電離層光度計(Tiny Ionosphere Photometer,TIP)、3.三頻段信標儀(Tri-Band Beacon,TBB)。它會接收GPS的資料,這個GPS的光線穿過地球大氣層,就可以推算大氣的密度、壓力、溫度、水蒸氣、折射率、電離層電子密度和閃爍的全球觀測,用於天氣和空間天氣研究以及氣候監測。這個資料用來做天氣預報就非常重要,因為地球上的天氣預報都是從地面上放氣球去測量,每天大約只有900個探空氣球的大氣資料,之後由FORMOSA-7/COSMIC-2接棒福衛三號,我們的衛星每天可以提供4000個分佈全球的垂直大氣資料。現在有92個國家,超過8000個政府單位或個人使用我們的衛星資料,這是我們的太空研究對全世界的貢獻。

福爾摩沙二號衛星可以觀察到玉山上高空短暫發光現象,而且有顏色,像似飛舞的紅色精靈。我們的成功大學團隊首次發現巨大噴流及其發出的ELF電磁波,巨大噴流出現在地表以上15公里高到90公里高之間,地面上也量到隨它噴上去產生的電磁波,我們就發表到國際期刊《Nature》,Los Angeles Times(June 25,2003)報導說「這些東西是如此壯觀,如此令人驚喜,我們怎麼現在才發現呢。這有點像生物學家宣布我們發現人類還有一個新的人體部位」,就是說人類除了兩個眼睛之外還有第三個眼睛。

今年4月,李羅權院士與澳門科技大學徐曉軍教授團隊又有新發現,火星有一些區域性的磁場,火星以前是有水,有很多水,但是因為水汽蒸發到大氣層、電離層,然後透過各種拋射事件跑掉,這項「火星電離層物質拋射」研究發表在2024年4月的《自然•天文學Nature Astronomy》國際期刊。

太空科學Space Science,狹義的說就是研究「日地的關係」,像說太陽的活動怎麼樣影響地球,產生極光,通訊被打斷等等這種現象;廣義的話,是說「利用人造衛星做的科學研究」,包括哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)、X-ray,Gamma-ray、太陽風研究、磁層研究、大氣研究、海洋研究、地球研究。

投入太空科學研究,成果卓越輝煌的李羅權院士先後提出;「銀河系湍流頻譜理論」、「地球極光千米波輻射理論」、「多重X線磁場重聯理論」、「日珥形成機制」、「日冕加熱理論」、全球首次觀測到「巨大噴流」、「建立世界級的台灣科學衛星體系」、「地震前兆:地球岩石圈、大氣層與電離層的耦合理論」等八項拔尖傲人的成就,他有感而發的說「做科學只有第一」,你應該要做新的,還沒有人發現或者沒有人解決的問題。

太空科學家李羅權院士畢生追尋茫茫宇宙、蒼蒼天地,如今感到孤單寂寞;他援引唐朝詩人陳子昂《登幽州台歌》云:「前不見古人,後不見來者。念天地之悠悠,獨愴然而涕下。」

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李羅權(Lou-Chuang Lee),臺灣地球科學家,專長太空物理及地球物理學。

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