NASA雨燕衛星捕捉逾2000次伽瑪射線暴，如今即將墜回地球

美國國家航空暨太空總署（NASA）的Neil Gehrels雨燕（Swift）天文台，這座花了二十年分秒必爭、捕捉宇宙最猛烈爆炸的太空望遠鏡，已經停止科學觀測。它現在飛得太低，稀薄的高層大氣產生強大阻力，讓望遠鏡無法穩定鎖定目標；而一艘被派去把它推高的機器人太空船，始終沒能抓住它。幾週之內，雨燕就會墜入大氣層燒毀。

雨燕原本按兩年的主要任務期設計，實際卻運作了十倍以上的時間，捕捉到數千次伽瑪射線暴。伽瑪射線暴是大質量恆星塌縮或死亡恆星相撞時釋放的短暫輻射閃光。雨燕謝幕後，天文學家將失去唯一一座既能發現這類閃光、又能在大約一分鐘內轉向觀測的望遠鏡。

「雨燕為國家帶來驚人而持久的投資報酬，它按兩年的主要任務設計，卻持續產出成果超過10倍的時間。」NASA總部天文物理部門主任Shawn Domagal-Goldman表示。根據NASA統計，以雨燕資料為基礎的成果包括2000多次伽瑪射線暴、1400多顆超新星、被黑洞撕裂的恆星、彗星、小行星，以及約7000篇已發表的論文。

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軌道上的望遠鏡為何會墜落

每顆低地球軌道衛星都會擦過大氣最外層的稀薄氣體。雨燕沒有引擎可以抵銷阻力，再加上一段太陽活動劇烈的時期，讓問題雪上加霜：活躍的太陽會加熱並撐大高層大氣，使衛星在同一高度碰上更多空氣。

雨燕當初被送上約600公里高的軌道，如今已降到275公里以下，遠低於國際太空站約400公里的飛行高度。NASA表示，在這個高度阻力太強，望遠鏡無法穩定凝視目標。NASA先前把任何救援行動的「不歸點」訂在約300公里。

這艘太空船重約1450公斤。太空追蹤公司LeoLabs向CNN表示：「由於雨燕太空船體積較大，部分硬體有可能在重返大氣層後殘存，但碎片對任何人造成重大財產損失或人身傷害的機率非常小。」該公司補充，大部分殘存碎片會落入海洋或無人居住的陸地。

功敗垂成的救援

NASA確實試過拯救它。NASA支付3000萬美元給總部位於亞利桑那州旗桿市的Katalyst Space，委託打造一艘名為LINK的機器人太空船，與雨燕會合，用機械手臂抓住它，再把它往原本的高度推回去。雨燕從來不是為此設計的：它沒有讓服務太空船抓握的把手或固定裝置。若能成功，這將是商業機器人首次捕獲一顆並非為在軌維修而打造的無人政府衛星。

Katalyst花不到一年就造好LINK，並以一枚從噴射機上投放的Pegasus XL火箭發射。飛行約一週後，一次電源開關故障波及它的一具反作用輪，也就是太空船用來調整指向的旋轉飛輪。接著，一個失去回應的推力器閥門讓LINK陷入自旋，隨後又發生第二次開關故障。三具反作用輪中有兩具失靈，為了止住自旋而耗費推進劑之後，剩下的已不足以安全完成捕獲。

NASA與Katalyst喊停了救援。LINK仍飛到距離雨燕12至15公里的範圍內並拍下照片，之後自己也在大氣層中燒毀。「我們真的、真的非常接近了。」Katalyst的Kieran Wilson在美國國家學院（National Academies）的一個天文委員會上表示。NASA署長Jared Isaacman如此形容：「這不是我們努力追求的結果，但它不會改變這項任務值得一試的理由。」

在地面上，負責操作雨燕的賓州州立大學（Penn State）團隊設法爭取時間。控制人員把科學目標換成能讓太空船維持最佳流線姿態的天區位置，為此連續數月放棄指向性的科學觀測。Penn State的任務主任John Nousek將這項工作形容為「開創新方法，盡量減少太空船承受的阻力」。救援規模縮減後，雨燕以三台儀器中的兩台重新投入工作，直到阻力終結了它的觀測。

雨燕如何改寫宇宙爆炸研究

伽瑪射線暴的持續時間從不到一秒到數分鐘不等，在雨燕之前，它們往往在大型望遠鏡找到之前就已消逝。「雨燕被設計為一顆專門研究伽瑪射線暴的衛星，這些爆發來去匆匆，沒有人能用大型望遠鏡瞄準它們以了解更多。」NASA戈達德太空飛行中心（Goddard Space Flight Center）的任務首席研究員S. Bradley Cenko說。廣視野伽瑪射線偵測器一發現爆發，雨燕就把位置傳送給地面天文台，並迅速轉動X射線望遠鏡與紫外光／光學望遠鏡，捕捉逐漸黯淡的餘暉。「雨燕完成這個過程，通常需要大約一分鐘。」Cenko說。

這樣的速度解開了一個懸宕多年的謎題。短伽瑪射線暴在兩秒內達到峰值，過去從未被定位到足以看見餘暉的精確度。雨燕捕捉到一次只持續百分之三秒的爆發，僅偵測到11個X射線光子，這項結果支持了短暴源自中子星碰撞的看法。中子星是恆星爆炸後留下的殘骸，大小相當於一座城市。

雨燕也成為一座通用的緊急望遠鏡。天文學家可申請緊急觀測，地面會在幾分鐘內下達指令，每天的觀測排程最多可安排75個不同目標。它與NASA的費米（Fermi）望遠鏡一起發現了GRB 221009A，這是有紀錄以來能量最高的伽瑪射線暴，距離約24億光年，暱稱BOAT，取自「有史以來最亮」（brightest of all time）的英文縮寫。

雨燕留下的資料庫包括紫外光／光學望遠鏡拍攝的150多萬張影像，資料總量約12 TB，NASA形容這相當於約600部高畫質電影，而且全部公開。

落幕之後仍懸而未決的事

重返大氣層的確切日期與地點仍無從得知。NASA只說預計在未來幾週內，時間點取決於太陽活動，因為太陽活動會改變高層大氣的密度。前文那個令人安心的風險估計，出自一家追蹤公司，而非NASA公布的評估。

更大的懸念是：誰來接替雨燕的角色。NASA尚未指定繼任者。Domagal-Goldman表示，NASA正在「探索運用並強化NASA現有太空望遠鏡陣容的能力，從快速入軌的商業能力，到高效率、創新的新任務」。其他太空船已在搜尋宇宙閃光，包括中法合作的SVOM與中國主導的愛因斯坦探針（Einstein Probe），費米也仍在監看伽瑪射線天空。這樣的組合能在多大程度上取代一座能發現爆發、並在大約一分鐘內研究其餘暉的望遠鏡，天文學家只有在實際運作中才會知道。

在衛星在軌服務方面，Katalyst表示，LINK證明一家小公司能在不到一年內打造並發射機器人服務太空船，推力器與機械手臂都能正常運作。但它始終沒能證明最困難的部分：抓住一艘從來不是為了被抓而設計的太空船。

雨燕落幕常見問題

NASA雨燕望遠鏡什麼時候墜落地球？

NASA預計雨燕將在未來幾週內重返大氣層。它的最後一次科學觀測是在2026年10月20日。

雨燕望遠鏡墜落的碎片危險嗎？

這艘重約1450公斤的太空船大部分應會燒毀。追蹤公司LeoLabs表示，部分硬體可能殘存，但對任何人造成重大損害或傷害的機率非常小，殘存碎片最可能落入海洋或無人居住的陸地。

NASA為什麼救不了雨燕望遠鏡？

雨燕沒有能自行抬升軌道的引擎。依據與NASA簽訂的3000萬美元合約，Katalyst Space打造了一艘名為LINK的機器人太空船，原本要抓住雨燕並將它推升，但反作用輪故障與自旋在它嘗試捕獲之前就耗盡了推進劑。

什麼是伽瑪射線暴？

伽瑪射線暴是高能輻射的短暫閃光，也是已知威力最強的爆炸類型。長暴源自大質量恆星的塌縮，而持續不到兩秒的短暴則與中子星碰撞有關。

大事記與下一步

雨燕於2004年11月20日發射，NASA在2018年以首任首席研究員Neil Gehrels之名為它重新命名，Neil Gehrels已於2017年辭世。它的里程碑短暴GRB 050509B出現在2005年5月；BOAT則在2022年10月9日登場。

NASA於2025年9月25日與Katalyst簽約，LINK於2026年7月3日從馬紹爾群島的瓜加林環礁（Kwajalein）升空，捕獲行動於8月19日取消。LINK在9月下旬重返大氣層，雨燕則在10月20日完成最後一次觀測。

接下來就是墜落本身，預計在幾週內發生。雨燕的資料庫將持續對研究人員開放，Domagal-Goldman說，這些資料「將在未來數十年持續推動新發現」。

標籤: 天文學, nasa, 伽瑪射線暴, Katalyst Space, Neil Gehrels, Swift Observatory

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