日食引发超音速音爆「艏震波」中大刘正彦教授团队首次发现

中央大学太空所刘正彦教授团队发现前所未见的超音速音爆「艏震波」(图中的蓝点)，如同船只在前进时，船头会顶起浪花并于其两侧引起整齐之弓型波浪。(中央大学提供)

2017年8月21日约当地时间上午9时30分，日全食之超音速月影于美国奥勒冈州(加州)引发之电离层音爆艏震波。(刘正彦提供)

2017年8月21日飞越美洲之日全食，除获全球最多NASA网友147万人按赞之外，中央大学太空所刘正彦教授团队也把握此千载难逢的机会，发现日全食之超音速月影，在离地表300公里的太空电离层中引起音爆，形成前所未见的音爆「艏震波」，为全世界第一次发现。这项卓越成果刊载在最新一期国际期刊《地球物理研究通讯》(Geophysical Research Letters)。

早在2009年7月22日发生在东亚的日全食，刘正彦团队就很幸运地在大气层中首次看见月影引发重力波之「艏震波」，他形容这是「狭缝中的观测」，因当时行经日本与台湾的区域较，小地面GPS接收机较少，较不易大规模和长期详细观测，但突破性之成果依然受到全球很大的关注，除刊载在《地球物理研究通讯》期刊之外，还吸引Discovery等八家媒体与杂志报导。

此回发生在美西时间2017年8月21日上午9时30分之日全食，超音速月影始于美国奥勒冈州向东行经整美国引发，并直接在北美电离层中产生音爆艏震波。因月影和电离层全电子含量中之艏震波完全没有时间延迟，证实此一结果确实为首次发现之音爆证据。

刘正彦说，所谓的「艏震波」，故名思义，就是船只在前进时，船头会顶起浪花并于其两侧引起整齐之弓（或V）型波浪。早在1970年代，科学家就大胆预测日食月影会产生「艏震波」，但苦无实证，当时科学家还用日冕仪配合各种地磁计，气压计，雷达等观测，都无法看到。没想到在等了四、五十年之后，终于在2009年初次看到「艏震波」此一科学家梦寐以求的自然科学现象，而2017年更发现超音速音爆「艏震波」，令人非常兴奋！

刘正彦教授团队利用美国2200个全球导航卫星系统(GNSS)地面接收机记录，建构由两万余个全电子含量所组成之高时空解析度影像，观察到2017年日食对太空中电离层之影响。发现日食之月影，犹如一艘超音速战舰，以每秒1100-700公尺的速度，疾驶于美国大陆之太空之中，在电离层中引起音爆，形成类似V型的大波纹向两边划开，画面相当壮观可贵。

刘正彦打趣地说，以往人们说「见影开枪」，指的是虚幻不实，捕风捉影，但在日食月影在大空中所造成的影响，完全「系金ㄟ」。因月的影子冷却，使得空气密度加大，并形成了大气柱，就像一条竹杆子用力（或一艘快艇）划过湖水，使湖面产生V型大波纹。刘正彦说，这就是科学的迷人之处，自然界之真理不仅完全相通且不容违背。

刘正彦指出，2017年的日食音爆艏震波，因为所产生的电离层电子密度扰动较小，不致于对民生通讯，定位，导航产生太大的影响。但对日食月影的现象和变化，还是相当有趣的科学议题，至于对地球大气层和太空环境可能产生多少的扰乱，仍值得持续研究与关注。