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黑子去哪兒了?

臺北天文館_96
・2016/07/02 ・1085字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 515 ・六年級

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太陽目前正處於第 24 活動周期中,這個周期的極大期落在 2014-2015 年,現在正處於黑子數量逐漸減少的下降階段。根據以往歷史記錄,每個太陽活動周期中,下降階段所耗的時間通常比上升階段久且緩;然而,太陽黑子數居然就從 6 月 3 日後開始降為 0,整個日面沒有任何黑子的蹤跡,如下圖美國航太總署(NASA)太陽動力觀測衛星( Solar Dynamics Observatory,SDO)6 月 4 日拍攝的太陽影像,持續到 6 月 5 日仍不見有黑子出現。

20160604_blanksun_strip

這意味著什麼?太陽活動周期像來回擺動的單擺,黑子數量有多有少,由少至多再回復少的狀態,一個周期平均約為11年。如今的無黑子狀態是趨向低黑子數的象徵,白話點說就是:太陽活動正進入極小期!

20160509_solar-cycle-sunspot-number

不過,這幾日的無黑子狀態還只是暫時的,在可見太陽表面以下之處還是存在許多磁節點,這些磁節點很快會會浮出太陽表面而形成新的黑子。現在的太陽活動周期並未結束,但會很快地衰退。太陽物理學家估計:黑子數抵達谷底的真正極小期很可能會落在 2019~2020 年;而從現在到極小期之間的這段時間,將三不五時地出現無黑子狀態。起初,無黑子狀態只會持續幾天,之後變成持續數週,再然後可能會好幾個月都見不到半顆黑子。

不過,不要以為太空天氣也會就此趨於寧靜。太陽極小期會帶來許多有趣的變化。例如:太陽發射出的極紫外輻射量會減少,地球高層大氣因而會降溫並潰縮。這種狀況有利於太空垃圾聚集在地球周圍。此外,太陽圈(heliosphere,太陽系勢力範圍)也會縮減,使得地球能更接近星際空間,如此一來,銀河宇宙線(galactic cosmic ray,來自銀河系本身的高能粒子)能更容易穿透至太陽系內側。事實上,地球已經處在宇宙線潮(cosmic ray surge)之中了,如下圖,以探空氣球測得的中緯度平流層的宇宙線強度比一年前增加了 12% 左右。

20160215_cosmicrays

所以,準備對黑子說再見,然後,再對來自深太空的輻射說嗨吧!

(後續更新)

6 月 24 日的太陽,再度面臨無黑子狀態!

從 6 月 24 日至 7 月 2 日,太陽已經超過一周沒有黑子出現了。上一次這麼久沒見到黑子,是在 2010 年 12 月,當時太陽活動處在從極小期谷底剛要逐漸攀升的前夕。而這次這麼多天沒有黑子,顯然也是極小期即將來臨的訊號。


根據 Spaceweather.com 網站的統計,自2009年迄今(2016 年 07 月 03 日)各年無黑子日數分別如下:

2016 年: 13 天 (7%) –6/4~7、6/24~7/3
2015 年: 0 天 (0%)

2014 年: 1 天 (<1%)
2013 年: 0 天 (0%)
2012 年: 0 天 (0%)
2011 年: 2 天 (<1%)
2010 年: 51 天 (14%)
2009 年: 260 天 (71%)


資料來源:What’s up in space-VANISHING SUNSPOTS, spaceweather.com, 2016.06.05, KLC

本文轉載自網路天文館

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金魚的記憶才不只 7 秒!記憶力怎麼回事?好想要超大記憶容量
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2022/12/01 ・2720字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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本文由 美光科技 委託,泛科學企劃執行。

你是不是也有過這樣的經驗?本來想上樓到房間拿個東西,進到房間之後卻忘了上樓的原因,還完全想不起來;到超巿想著要買三四樣東西回家,最後只記得其中兩樣,結果還把重要的一樣給漏了;手機 Line 群組裡發的訊息,看過一轉身回頭做事轉眼就忘了。

發生這種情況,是不是覺得很懊惱:明明才想好要幹嘛,才不過幾秒鐘的時間就全部忘記了?吼呦!我根本是金魚腦袋嘛!記憶力到底是怎麼回事啊?要是能擁有更好的記憶力就好了!

明明才想好要幹嘛,一轉眼卻又都忘記了。 圖/GIPHY

金魚的記憶才不只 7 秒!

忘東忘西,我是金魚腦?!無辜地的金魚躺著也中槍!被網路流傳的「魚只有 7 秒記憶」的說法牽累,老是被拖下水,被貼上「記憶力不好、健忘」的標籤,金魚恐怕要大大地舉「鰭」抗議了!魚的記憶只有 7 秒嗎?

根據研究顯示,魚類的記憶可以保持一到三個月,某些洄游的魚類都還記得小時候住過的地方的氣味,甚至記憶力可以維持到好幾年,相當於他們的一輩子。

還有科學家發現斑馬魚在經過訓練之後,可以很快學會如何走迷宮,根據聲音信號尋找食物。但是當牠們壓力過大時會記不住東西,注意力分散也會降低學習效率,而且記憶力也會隨著衰老而逐漸衰退。如此看來,斑馬魚的記憶特點是不是跟人類有相似之處。

記憶力到底是怎麼回事?

為什麼魚會有記憶?為什麼人會有記憶?記憶力跟腦袋好不好、聰不聰明有關係嗎?這個就要探究記憶歷程的形成源頭了。

依照訊息處理的過程,外界的訊息經由我們的感覺受器(個體感官)接收到此訊息刺激形成神經電位後,被大腦轉譯成可以被前額葉解讀的資訊,最終會在我們的前額葉進行處理,如果前額處理後認為是有意義的內容就有可能被記住。

在問記憶好不好之前,先了解記憶形成的過程。圖/GIPHY

根據英國神經心理學家巴德利 Alan Baddeley 提出的工作記憶模式,前額葉處理資訊的能力稱為「短期工作記憶」,而處理完有意義、能被記住的內容則是「長期記憶」。

你可能會好奇「那記憶能被延長嗎」?只要透過反覆背誦、重覆操作等練習,我們就有機會將短期記憶轉化為長期記憶了。

要是能有超大記憶容量就好了!

比如當我們在接聽客戶電話時,對方報出電話號碼、交辦待辦事項,從接收訊息、形成短暫記憶到資訊篩選方便後續處理,整個大腦記憶組織海馬迴區的運作,如果用電腦儲存區來類比,「短期記憶」就像隨機存取記憶體 RAM,能有效且短暫的儲存資訊,而「長期記憶」就是硬碟等儲存裝置。

從上一段記憶的形成過程,可以得出記憶與認知、注意力有關,甚至可以透過刻意練習、習慣養成和一些利用大腦特性的記憶法來輔助學習,並強化和延長記憶力。

雖然人的記憶可以被延長、認知可以被提高,但當日常生活和工作上,需要被運算處理以及被記憶理解的事物越來越多、越來越複雜,並且需要被快速、大量地提取使用時,那就不只是記憶力的問題,而是與資訊取用速度、條理梳理、記憶容量有關了!

日常生活中需要處理的事務越來越多,那就不只是記憶力的問題,而是有關記憶力容量的問題了……。圖/GIPHY

再加上短期記憶會隨著年齡增加明顯衰減,這時我們更需要借助一些外部「儲存裝置」來幫我們記住、保存更多更複雜的資訊!

美光推出高規格新一代快閃記憶體,滿足以數據為中心的工作負載

4K 影片、高清晰品質照片、大量數據、程式代碼、工作報告……在這個數據量大爆炸的時代,誰能解決消費者最大的儲存困擾,並滿足最快的資料存取速度,就能佔有這塊前景看好的市場!

全球第四大半導體公司—美光科技又領先群雄一步!除了推出 232 層 3D NAND 外,業界先進的 1α DRAM 製程節點可是正港 MIT,在台灣一條龍進行研發、製造、封裝。日前更宣布推出業界最先進的 1β DRAM,並預計明年於台灣量產喔! 

美光不久前宣布量產具備業界多層數、高儲存密度、高性能且小尺寸的 232 層 3D NAND Flash,能提供從終端使用者到雲端間大部分數據密集型應用最佳支援。 

美光技術與產品執行副總裁 Scott DeBoer 表示,美光 232 層 3D NAND Flash 快閃記憶體為儲存裝置創新的分水嶺,涵蓋諸多層面創新,像是使用最新六平面技術,讓高達 232 層的 3D NAND 就像立體停車場,能多層垂直堆疊記憶體顆粒,解決 2D NAND 快閃記憶體帶來的限制;如同一個收納達人,能在最小的空間裡,收納最多的東西。

藉由提高密度,縮小封裝尺寸,美光 232 層 3D NAND 只要 1.1 x 1.3 的大小,就能把資料盡收其中。此外,美光 232 層 NAND 存取速度達業界最快的 2.4GB/s,搭配每個平面數條獨立字元線,好比六層樓高的高速公路又擁有多條獨立運行的車道,能緩解雍塞,減少讀寫壽命間的衝突,提高系統服務品質。

結語

等真正能在大腦植入像伊隆‧馬斯克提出的「Neuralink」腦機介面晶片,讓大腦與虛擬世界溝通,屆時世界對資訊讀取、儲存方式可能又會有所不同了。

但在這之前,我們可以更靈活地的運用現有的電腦設備,搭配高密度、高性能、小尺寸的美光 232 層 NAND 來協助、應付日常生活上多功需求和高效能作業。

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參考資料

  1. https://pansci.asia/archives/101764
  2. 短期記憶與機制
  3. 感覺記憶、短期記憶、長期記憶  
  4. 注意力不集中?「利他能」真能提神變聰明嗎?

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太陽第 25 週期是強或弱?NOAA、NASA 和 NCAR 持不同看法!
臺北天文館_96
・2021/06/07 ・2221字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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在 2020 年底,美國 NOAA 和 NASA 的科學家宣布太陽活動極小期於 2019 年的 12 月結束,目前太陽活動穩定增長且中緯度出現磁極方向相反的黑子,代表第 25 太陽週期的到來。目前對驅動太陽活動的磁場於太陽內部的移動方式,乃至於磁極反轉的機制皆尚未完全了解,使得在建立太陽週期模型和預測太陽活動 上有許多挑戰。因此對第 25 週期太陽活動的強弱,看法也不相同。

太陽黑子週期

科學家把 1755 年訂為太陽活動的第 1 週期,並持續紀錄太陽黑子數目來分析太陽活動的變化。太陽活動如閃焰和日冕物質拋射等,會將能量和物質拋向太空。太陽活動造就了美麗的極光,卻也可能造成衛星軌道降低及儀器損害、電波通訊和電力傳輸的中斷。使得提供未來太空天氣粗略概況的太陽週期預報,顯得格外重要。

太陽黑子是磁場較強的區域,因磁場使內部能量不易傳播,溫度較低看起來較暗。太陽黑子數量和太陽活動相關(皆有約 11 年的週期),大多數閃焰和日冕物質拋射皆來自黑子群。太陽和地球一樣具有磁場,南北磁極約 11 年交換一次,新生黑子的磁場方向也隨著改變。於太陽活動極大期時,黑子數量較多且太陽的磁極開始改變,之後太陽活動下降,直到極小期到來,此時黑子數量較少且彼此間距離較遠,甚至有時完全沒有黑子。

NOAA NASA 的預測

NASA 和 NOAA 每十年都會聚集一群科學家,他們會考慮不同模型, 對下個太陽週期的起始、黑子最多數量和太陽活動極大期的時間進行預測。模型通常採用和太陽活動相關的指標,如會受太陽影響的地球磁場或太陽磁極的磁場等。

科學家發現,在極小值時期,太陽磁極的磁場強度與下個週期太陽活動的強弱有關。假如極小值時期的磁極磁場較弱,接下來太陽週期亦較弱,此理論成功預測第 24 週的太陽活動。在過去的幾個週期中,太陽磁極的磁場逐漸減弱,同時最大的黑子數量也跟著下降。

第 24 太陽黑子週期極大期 (左,2014 年 4 月) 與極小期 (右,2019 年 12 月) 的極紫外線太陽影像。圖/NASA/SDO

由於第 24 週期的磁極磁場強度和之前差不多,推測第 25 週期的太陽活動將類似第 24 週期。將在 2025 年 7 月達到最大黑子相對數 115 ,這將是測試此模型的好機會。科學家也預期第 25 週期的太陽活動,將不會如前 4 個週期般持續下降。目前無證據顯示太陽活動有趨向於蒙德極小期( 1645 ~ 1715 年間僅觀測到 50 顆左右的黑子)的跡象。

NOAA 和 NASA 預測第 25 週期的太陽活動將如同第 24 週期,並預計在 2025 年達到太陽活動極大值,估計黑子相對數為 115 。圖上的縱座標顯示太陽黑子數量,而橫座標則是時間。圖/NOAA

NCAR 的預測

美國國家大氣研究中心(NCAR)的科學家持相反意見,預測第 25 個太陽週期將是從 1975 年開始紀錄以來的太陽活動較強的週期之一,太陽極大期時的黑子相對數約在 210 ~ 260 之間。如果預測得到證實,將支持團隊的理論模型,即環繞太陽的磁場帶有 22 年週期,具有不同磁場方向的磁場帶的交互作用,產生 11 年的太陽黑子週期。

科學家發現日冕亮點,即太陽大氣在極紫外光的短暫閃爍,會由高緯度移動到赤道,並在中緯度時和黑子出現吻合。推測亮點標誌著磁場帶的傳播,當南北半球具有相反磁極的磁場帶在赤道相遇時,它們會互相湮滅造成「終結」事件, 結束上個太陽週期並開始下個週期。當南北半球的磁場帶(具相反磁場)往赤道移動時,新的磁場帶將在高緯度出現,這將造成下周期太陽磁場的反轉。

有時磁場帶在中緯度移動變慢,會延長磁場帶交互作用的時間,這將使當前的週期變長並減少下週期的黑子數量。由於需要足夠多不平衡的磁場以形成黑子,交互作用時間短有利黑子生成。回顧長達 270 年的觀測紀錄, 科學家進一步發現終結事件間的時間間隔,會影響太陽週期的強弱,間隔越長下個太陽週期就越弱,反之亦然。例如太陽的第 4 週期的終結事件間隔長達 15 年,使得第 5 週期非常弱,這也是道爾頓極小期的開始。同樣第 23 個太陽週期終結事件間隔 13 年,因此第 24 週期較短也較弱。藉此研究人員認為第 25 週期將是有紀錄以來較強的週期。

上圖:最近第 23 和第 24 週期的太陽黑子數目隨時間的變化(縱軸為黑子數目,橫軸為時間),圖上顯示了黑子的總數 (黑色) 以及北半球 (紅色) 和南半球 (藍色) 的貢獻。虛線表示終止事件發生的時間,隨後太陽活動迅速增加。
下圖:過去 22 年磁場帶的活動隨緯度 (縱軸) 和時間 (橫軸) 演變的概念圖。可見到虛線為終止事件,兩終止事件的時間間隔,提供下個週期太陽活動極大值黑子數量的預測。
圖/McIntosh et al. (2020)

劇烈的太陽活動將會損害衛星連帶影響通訊傳播和 GPS 服務, 而其對地球磁場的影響可能使電力傳播和無線電通訊中斷,過多的輻射也將對太空人有害。因此了解太陽活動很重要,預測太陽週期將可幫助我們掌握和評估其潛在影響。

參考資料

  1. What Will Solar Cycle 25 Look Like?
  2. Solar Cycle 25 Is Here. NASA, NOAA Scientists Explain What That Means
  3. New sunspot cycle could be among strongest on record
  4. Overlapping Magnetic Activity Cycles and the Sunspot Number: Forecasting Sunspot Cycle 25 Amplitude

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又是暖化又是冰期?科學家你搞得我好亂啊!
阿樹_96
・2015/07/23 ・2640字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 551 ・八年級

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最近一則新聞提到「科學家警告:太陽15年後『休眠』 地球進入小冰河期!」是不是也就代表著,我們該擔心的是地球變冷,而不是全球暖化?

當然…不是這樣的,要是科學家真的有這麼說,不用鄉民,其他科學家會先把他拖出來鞭,這只是科學現象的理解與科學用語詮釋的問題。接下來我們先從新聞文章與科學研究了解此議題。

首先是多數人會看到的新聞版本:

001
截圖自ETtoday

好,這是一篇再摘錄過的報導,因為看文章的尾巴就知道文章的結論是蠻薄弱的(所謂「跟蒙德極小期相同的效應」也是語焉不詳的一句話),而下方所謂的「原文」也非研究人員或單位發布的新聞稿,而是摘自大多媒體最喜歡翻譯外電之一的「每日郵報」

這種「轉手再轉手」 新聞消息,往往就像我們玩喝水傳話一般,誤差是會隨之放大,就算是具科學背景的人士乍看這篇報導,也很難揣測原意是什麼,而實際上的研究成果應為下面這則英國皇家學會的稿件:

002
資料來源:The Royal Astronomical Society

科學家到底怎麼說

某位對岸的網友李汀先生在新浪網的投稿中,也提到了這個研究與每日郵報報導中的落差,不過在此我們從一些太陽活動的背景先談起:

  1. 太陽的「活動」是有周期性的,而所謂的活動包括了產生太陽風日冕太陽黑子等現象,簡單來說就是太陽會定時的向外突然放出高能的粒子、宇宙射線這些東西,平均來說周期是11年左右(如下圖紅線的太陽黑子個數年變化、橘線的太陽黑子個數日變化),但並不是那麼剛好的11年,有時會多1年、有時會少個1年。

003
近400年來的太陽黑子數目統計

  1. 造成太陽運動周期變化的主要原因是磁場變化,這樣講或許有點抽象,就像是對流的概念,裡面的東西向外湧出,而外面的東西又跑到內部,而像黑子就是一些不均勻的活動…再講就太深了,先就此打住!
  1. 接著回到這個研究,過去科學家已經知道了磁場、對流的影響。而今天科學家Valentina Zharkova這項研究的出發點,就在於他們認為造成太陽運動會有變動的一大主因可能就是太陽內部流體的對流可以「分成兩層」,所以他們便以此為前提來建立模型模擬,並對比到真實的觀測紀錄。
  1. 要理解Zharkova的模型,我們可以想像把「兩層」的對流想像成兩個11年上下的穩定波動,有各自的週期,但它們會有疊加、相消的作用。當兩層的波動疊加時,活動就特別大,當相消時,就會特別小,而Zharkova研究團隊的模型與真實的觀測資料對比,有高達97%的準確率。
  1. 以此前提我們似乎就可以拿來預測一下未來的活動…結果不得了!原來2030年太陽的活動將會減少為現在的60%,至於上次降那麼多是什麼時候呢?就是所謂的「蒙德極小期」(上圖的Maunder Minimum的區間,約在西元1645~1715年間),而那段時間也正好是「小冰期」的時間點附近(一般指的小冰期是西元1550年至1770年間,也有人認為那是明朝衰亡清朝興起的原因之一)。

23與24太陽週期活動的太陽黑子
23與24太陽週期活動的太陽黑子,圖片來自NOAA

科學家對於科學上用詞總是講求精準,誇大對科學家來說是個忌諱,綜合上面五點來看,只有第5點才勉強和地球將要變冷有一點點的擦邊球,但實際上科學家有以此「警告」人們嗎?沒有…為什麼不這麼說?因為那不是科學家有把握的事!即使太陽活動減少至現在的60%,我們還是不知道會降溫多少…甚至連會不會降溫都不知道呢!

所以現在到底是在暖化還是冰期要來?

實際上影響氣候的因子非常多,而且還非常難驗證。舉個例子來說,塞爾維亞科學家米蘭科維奇在本世紀初就提出米蘭科維奇循環,指出地球的氣候模式受到地球離心率轉軸傾角和軌道的進動的影響,但實際上我們現在知道的理論則是到1976年才確立的(見文獻[1])。除此之外,像太陽黑子、板塊運動、火山活動皆會對氣候有不同尺度的影響。你說要斬釘截鐵的說:未來幾年天氣將會怎麼樣怎麼樣的,我相信那一定不是研究大氣或古今氣候的學者會做的事,頂多說會「我們要注意朝向XXXX發展」之類的說法。

再來,從時間尺度來談,蒙德極小期和冰期的相關性還有待討論,而這個太陽活動研究所提出的精準模型預測也還是需要科學家再論證…畢竟蒙德極小期持續了數十年之久,和11年的規律尺度還是有些落差,而在過去的紀錄中,即使能看見「溫度」和「太陽黑子」的相關性,我們也可以發現差距甚至不到1度(見下圖)。像IPCC的主流科學家也認為太陽的活動影響可能不若其它的因素顯著(包括暖化也是),而一般也認為太陽活動對氣候的影響甚小(見[2])。

所以總體來說,IPCC的主流科學家們認為暖化是一件事,而科學家Valentina Zharkova做的研究是另一件事,這兩件事也可能同時發生,而以目前的證據與研究來說,暖化的效應和尺度似乎大一點,但真實的情況是…我們目前拿的出來的科學證據說不定還不夠用,所以現在把這些研究拿來說些駭人聽聞的事,似乎都言之過早。

那氣候變遷怎麼辦?人類要怎麼因應?至少我們人類別讓自己的影響太過頭(臭氧破洞就是個例子),起碼眼下節能減碳的目標(至少別燒那麼兇),也還算是條穩健的路。至於那些枝微末節或是高深莫測的學問,我們還是努力相信科學家幫我們找答案吧!對了,別忘了看這類的科學研究還是要保持著「科學精神」,避免斷章取義、以偏蓋全哦!

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Comparison of sunspot numbers, Central England Temperatures and a basket of Northern hemisphere Temperature reconstructions compiled by IPCC ByMichaelLockwood

參考文獻

延伸閱讀

阿樹_96
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地球科學的科普專門家,白天在需要低調的單位上班,地球人如果有需要科普時時會跑到《震識:那些你想知道的震事》擔任副總編輯撰寫地震科普與故事,並同時在《地球故事書》、《泛科學》、《國語日報》等專欄分享地科大小事。著有親子天下出版《地震100問》。