暮光現象

生活科學趣談

在認識這個螺旋狀飛行的物體之前,咱們先來看一則影片(下則影片雖無縮圖但仍可觀看)。這是擎天神5號運載火箭(Atlas V)升空後在夜空中所形成的暮光現象,影片16秒處甚至可以看見其突破音障時所產生衝擊波的波紋(註:衝擊波在通過雲層時因絕熱壓縮膨脹效應而產生)

暮光現象(Twilight phenomenon)是太陽低於地平線時,陽光被地球上層大氣中的物質所反射而形成,比如下列這張 Minotaur 1號運載火箭升空後的照片

靠近下方地平線處的凝結尾顏色偏紅,這一區的暮光稱為 Civil twilight(民間暮光),定義為與太陽的夾角落在6 °以內的區域,在這一區的暮光色調偏紅與夕陽偏紅的機制相同

6 °~12 °之間的區域稱為 Nautical twilight(航海暮光),下列這張杜拜帆船飯店上空的夜光雲就位於這個區域內,其形成的機制可參考先前這篇《夜光雲

至於Minotaur 1號運載火箭於升空後所形成的凝結尾出現扭曲現象,這是高空風切所造成,因為其升空運行的路線一定是圓滑曲線

回來看第一則影片中的螺旋狀飛行物,由於運載火箭升空後會逐漸增加傾斜角度,直到它到達繞行地球的橢圓軌道,然後以約每秒8公里的速率繞地公轉。升空後所進行的程序轉彎是透過改變發動機推力的方向,也就是擺動發動機的噴管方位使其推力方向產生偏斜,利用此推力的橫向分力來產生旋轉的力矩,進而調整其飛行姿態;或者是調整不同發動機之間的燃料供應速率

因此,螺旋狀飛行很有可能就是發動機噴管擺動的角度錯誤或是其中某一個發動機出現故障所導致,亦即這是一個「在高空中失控的火箭」

至於這篇文章開頭的精選圖片則是從飛機上所拍攝的遠程彈道飛彈升空畫面→「Pilot sees eerie ‘white balloons’ as missile is launched on the horizon