衛星化身太空指南針 獨特定位絕技 如何找出你身在何處？｜升A學堂

你有沒有想過，單單是今天早上起牀後的幾個小時，你已經接觸過衛星多少次？查看天氣、開啟地圖導航、以外賣程式訂餐……衛星，比我們想像的還要貼近我們的生活。讓我們一起認識兩類常見的衛星，看看它們如何悄悄改變了我們每一天。

太空指南針︰導航衛星

你上一次迷路是甚麼時候？也許你已記憶模糊，因為手機地圖早就讓「迷路」這件事變得遙遠。但你有沒有想過，Google Maps究竟如何知道你現在身處哪裏？

秘密在於「導航衛星」，或用更正式名稱：「全球導航衛星系統」（GNSS）。通常廣為人知的是美國的「全球定位系統」（GPS），但其實現時全球有四大系統，其中之一便是中國的「北斗衛星導航系統」（BDS），由中國自主建設，亞太地區覆蓋極佳且具備獨特短報文通訊功能等，通常現在的手機會同時接收多個系統的信號，以提高準確度。

「三邊測量」原理

那麼，衛星如何知道你在哪裏？靠的是一個叫「三邊測量」的原理。每顆導航衛星都會廣播信號，把「發射時間」和「目前的太空座標」包進信號裏發射出去。你的手機接收到信號後，計算出接收時間及發射時間的時間差，便能推算出它與哪顆衛星的距離。

知道與一顆衛星的距離，只能確定你在某個巨大球面上的某處。知道與第二顆衛星的距離，兩個球面相交，範圍縮小至一個圓環。再加上第三顆衛星，圓環收窄至兩個點。而第四顆衛星的作用，除了確認唯一位置，還有一個關鍵任務，校正你手機時鐘的微小誤差。第四顆衛星提供了額外的方程式，讓手機能自行修正時鐘誤差，確保定位準確。

中國的「北斗衛星導航系統」還有一項其他系統沒有的功能，便是短訊通訊功能。即使在沒有電話信號的偏遠地區，用戶仍然可以通過北斗衛星雙向發送短訊求救。所以，倘若香港郊野行山者迷失方向時，但手機沒有電話信號，正可借此功能呼叫救援。

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太空攝影師︰對地觀測衛星

你有沒有試過在Google Maps放大衛星圖，直至看清楚自己學校的天台、操場，甚至停泊的校車？那些圖像，正是由距離地面約500至800公里的「對地觀測衛星」所拍攝——比氣象衛星的35800公里近得多，因此解析度高出許多。

「對地觀測衛星」的用途遍及各個範疇。中國的「高分七號」專為地形測繪而設計，為國家測量與城市規劃提供基礎數據；農業部門利用衛星圖像監測農作物的健康狀況；環保人員監察海洋污染的擴散；災害管理部門在颱風或洪水後，快速評估受災範圍，協調救援。這些任務都依賴衛星能持續、客觀並大範圍地觀測地球。部分衛星更會加裝「合成孔徑雷達」（SAR），發射微波穿透雲層、接收回波，在颱風過後雲霧密布的災區，救援人員能借此即時掌握受淹範圍。

香港在對地觀測領域亦有重要貢獻。2026年2月，由香港中文大學主導研發、創新科技署資助的「港中大一號」衛星升空，成為首顆由香港特區政府資助、本地大學直接主導設計的對地觀測衛星，更搭載人工智能系統，能在軌道上即時分析圖像，服務大灣區的環境監測及城市規劃。

衛星，就在你身邊

衛星，是太空科技中最貼近我們日常生活的一環。它不止是宇航員的工具，也是我們每天都在使用，卻幾乎從不察覺的基礎設施。

下次你打開Google Maps放大衛星圖、查看颱風路徑，或以手機導航尋路，不妨往窗外望一望——那些看不見的信號與影像，正從數百至數萬公里外的太空，悄悄傳送到你手心。

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小思考，大智慧

1. 文章提到，導航衛星需要至少4顆衛星才可準確定位，而第四顆衛星有一個特別的作用。那個作用是甚麼？
2. 對地觀測衛星可搭載光學感應器，亦可搭載「合成孔徑雷達」。光學感應器有一個先天限制，合成孔徑雷達卻能克服它。光學感應器的限制是甚麼？試用文章的例子，說明搭載合成孔徑雷達的對地觀測衛星在甚麼情況下，比搭載光學感應器的衛星更有用。

參考答案

1. 第四顆衛星的特別作用是校正手機時鐘的誤差。時鐘若差了1微秒，計算出的距離誤差會使定位嚴重失準。加入第4顆衛星後，手機在計算位置的同時，能夠建立額外的方程式，自動修正時鐘誤差，確保定位準確至3至5米以內。
2. 光學衛星的先天限制是無法穿透雲層，且在夜間無法使用。合成孔徑雷達的衛星能自行發射微波，微波波長遠比可見光長，能直接穿過雲層中的水粒子，夜間同樣有效。颱風剛剛過後往往仍被厚厚雲層覆蓋，光學衛星無法看清地面，此時合成孔徑雷達的衛星便能即時提供受淹範圍的圖像，讓救援人員掌握實況，這正是合成孔徑雷達的衛星比光學衛星更有用的典型場景。

本欄逢周一刊登，由教育評議會邀請資深中小學老師、校長及大學講師撰稿，旨在為學生提供多元化的STEAM學習材料，引發學生探求知識的興趣，將學習融入生活，培養學生的世界觀、敏銳的觸覺、積極學習的態度。

文：香港道教聯合會圓玄學院第三中學STEAM統籌主任陳恩鴻