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不只是災難掃把星,你不知道的彗星事

臺北天文館_96
・2016/10/31 ・7232字 ・閱讀時間約 15 分鐘 ・SR值 571 ・九年級

文/胡佳伶|任職於臺北市立天文科學教育館

1997年來訪的海爾波普彗星帶給大家許多驚喜。圖 / http://www.astropix.com/HTML/SHOWCASE/970401.HTM
1997 年來訪的海爾波普彗星帶給大家許多驚喜。圖 / http://www.astropix.com/HTML/SHOWCASE/970401.HTM

編按:新海誠的動畫電影《你的名字》中那顆關鍵的彗星,緊緊牽動著整部片的劇情發展。人類對於彗星的觀察與想像,很早就出現在中外古代的史書記載中,直到今天我們仍然對於這個拖著長長尾巴的星體有許多好奇。在這篇文章中,我們將從歷史、來源和結構帶你重新認識彗星。

大家常說天文愛好者有四個畢生一定得要看到的天文奇觀:日全食、流星雨、極光、大彗星,不知道您親眼目睹了幾個?

彗星的歷史

古時不論中外,彗星皆被當作不祥之物,認為它預兆著天災人禍,這從中國古代對彗星的其它稱呼:孛星、星孛、妖星、異星、蓬星、長星……便不難看出。中國對於彗星的歷史紀錄悠久而詳細,在《准南子.兵馬訓》一書中「武王伐紂……彗星出,而受成殷人以柄。」便記載著公元前十一世紀的一次彗星天象;《春秋》魯文公十四年「秋七月,有星孛入於北斗。」是有確切年代可考的最早記載,更是世界上關於哈雷彗星的最早史料(西元前 613 年);《晉書·天文志》「彗星所謂掃星,本類星,末類彗,小者數寸,長或經天。彗星本無光,傅日而為光,故夕見則東指,晨見則西指。在日南北皆隨日光而指,頓挫其芒,或長或短。」則是首次對彗星的性質、型態和彗尾的成因有了比較詳細且正確的描述。

古人對於彗星之戒慎,更可以從長沙馬王堆三號所出土的西漢古墓帛書看出,內有 29 幅各種彗星形態,記錄了古代所觀測到各種不同形狀的彗核與彗尾。

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馬王堆帛書中的彗星臨摹圖。圖 / http://www.phys.ncku.edu.tw/~astrolab/e_book/special_topics/essays/comets/images/ma_wang_dway.jpg
馬王堆帛書中的彗星臨摹圖。圖 / 成功大學物理學系

西方對彗星本質的解釋,始於亞里斯多德的 宇宙論,他認為彗星是種大氣現象。1543 年哥白尼(Nicolas Copernicus)出版《天體運行論》提出日心說,卻也未對彗星提出新見解。直到 16 世紀末期,麥可.麥斯特林(Michael Maestlin)及第谷.布拉罕觀測 1577 年出現的大彗星時,才首次注意到彗星在天空移動的角速度要比月亮還要慢上許多,證明彗星距離比月球還來得遠,也就是說彗星並非屬於亞里斯多德主張的地球領域,而是在以太構成的天域之中。

西方歷史中,彗星與災難的連結也不遑多讓。 著名的貝葉掛毯記載著西元 1066 年,英格蘭國王哈勒德二世被告知哈雷彗星的出現,預兆黑斯廷斯戰役諾曼征服英格蘭。即使到了現代,彗星仍常被部份媒體或宗教渲染成災難和世界末日的徵兆, 1998 年海爾波普彗星接近地球,天文迷雀躍歡騰之際,卻有美國加州天堂之門教派 39 名教徒集體自殺。但其實每年前來拜訪地球的彗星有數十顆之多,只要對這太陽系天體稍有了解,應該會覺得能遇到大彗星造訪這樣難得的天象, 並非災難,而是件幸運的盛事!

出現在貝葉掛毯上的哈雷彗星。圖 / By Myrabella, Public Domain, wikimedia commons.
出現在貝葉掛毯上的哈雷彗星。圖 / By Myrabella, Public Domain, wikimedia commons.

說文解字

彗星之名,其來有自,不論中西皆然。「彗」的本意就是帚,在《說文》中便記載著:「彗,埽竹也。」在甲骨文中,字01是象形字,象徵掃帚之形。在篆文中,字02為會意字,上方的字03是指細枝茂盛的草,下方的字04則是手持的意思,其造字的本意是用一種細枝茂盛的乾草紮成的掃帚,這也就是為什麼彗星俗稱為「掃把星」或「掃帚星」了!

西方語言中的「彗星」一詞(如英語:comet;法語:comète;德語:Komet), 源自拉丁文的 cometes,這是拉丁化的希臘文 κομήτης(komētēs),意為「長髮」,而κόμη(komē)這個字的本意就是頭髮的意思。希臘哲學家亞里斯多德是第一位使用κόμη/κομήτης 這個字,來形容他看見的「長頭髮的星星」。彗星的天文學符號Image 3,也清楚地描繪了它的外觀,由小圓盤象徵彗核,和三個突起的短線段象徵彗尾。

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彗星的來源與分類

彗星是太陽系形成之初所遺留下來的小天體。約 46 億年前,一團巨大的分子雲因重力坍縮,中央溫度升高達數百萬度,點燃核融合反應形成原恆星,周圍雲氣因自轉在赤道方向形成環星盤。環星盤中距太陽越近溫度越高,熔點較高的物質逐漸聚集形成了類地行星。距太陽越遠溫度越低,氣體的逃脫速度較慢,外圍行星核心周圍包覆了熔點較低的物質,核心重力吸附原始雲氣中最豐富的氫和氦,形成外圍巨大的類木行星。環星盤最外圍溫度已低至水的熔點以下,物質密度相當低,不足以形成行星,這些剩餘的岩石、冰塊組成的太陽系小天體,形成環帶狀分布,稱為古柏帶(Kuiper Belt)。在太陽系形成早期,環星盤中眾多小天體,可能因受到大行星的重力彈射,被拋向太陽系外圍,形成球狀分布的歐特雲(Oort Cloud)。

歐特雲的概念是 1950 年由荷蘭天文學家 Jan Oort 所提出,可能有 1000 億到 2 兆個冰體組成的彗星核,以球殼狀分布在距離太陽 5,000 至 100,000 天文單位處。有時當巨大的分子雲或恆星經過太陽系附近, 或是與銀河盤面的潮汐作用,會使歐特雲外圍天 體受到擾動進入太陽系內部,形成所謂的長週期彗星。這些彗星有著極為狹長的橢圓軌道,要好幾千年到好幾億年才能繞行太陽一圈,且軌道面非常凌亂,平均散落在各個方向,這一類的彗星軌道也可能是雙曲線或是拋物線,終其一生只造訪內太陽系一次。2004 年發現的「賽德娜」(Sedna), 週期長達 10,500 年,軌道非常橢圓,近日點和遠日點分別是 76 和 1,000 天文單位,極有可能是來自於歐特雲內側的天體。

週期短於 200 年的短週期彗星,軌道傾角幾乎都集中在黃道面 30 度內,它們來自於約 30-55 天文單位處,海王星外圍呈環狀分布的古柏帶,因受重力擾動進入內太陽系,預測有數十萬個大於 100 公里的冰質天體及上兆個小彗核散布此處。

古柏帶與歐特雲的相對關係(想像圖)。圖 / http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/03/Kuiper_oort.jpg
古柏帶與歐特雲的相對關係(想像圖)。圖 /By NASA, Public Domain, wikimedia commons.

大部分的彗星都以安全的距離通過太陽附近,像是哈雷彗星與太陽的最近距離就有 8 千 9 百萬公里,但有些彗星的近日點非常接近太陽,可能近至只有數千公里,這類的彗星被稱為「掠日彗星」(sungrazing comet)。在太陽強大的潮汐力影響下,小彗星可能蒸發殆盡,大彗星也難逃粉身碎骨的命運。軌道類似的掠日彗星,可能源自於一顆大彗星母體。德國天文學家克魯茲首度注意到 1843 年、1880 年及 1882 年的掠日彗星共通點,指出這些彗星可能來自於 1066 年解體的一顆大彗星碎片,稱為「克魯茲族彗星」(Kreutz Sungrazers)。1965 年明亮的池谷.關彗星,和  2011 年掀起許多驚呼的 Lovejoy(C/2011 W3)彗星,也都是克魯茲族彗星成員。

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2013 年 11 月 28 日通過近日點的C/2012 S1 ISON 彗星,與太陽表面的距離僅 110 萬公里,天文學家莫不希望它能像 Lovejoy 彗星(其近日點距離據太陽表面約 14 萬公里)一樣,能順利在通過近日點後存活,成為耀眼明亮的大彗星!自 SOHO 太陽觀測衛星(Solar and Heliospheric Observatory) 升空以後,業餘天文愛好者靠著檢查 SOHO 的影像,在電腦前就能發現掠日彗星,臺灣的蔡元生先生就曾在 2004 年及 2005 年分別發現兩顆 SOHO 彗星呢!

2011年來訪的Lovejoy彗星是顆非常明亮的掠日彗星。圖 / http://www.skyandtelescope.com/observing/home/136099108.html
2011 年來訪的 Lovejoy 彗星是顆非常明亮的掠日彗星。圖 / skyandtelescope

彗星不僅保存了 46 億年前太陽系形成的早期歷史,它所攜帶的水冰和有機物極有可能為早期的地球帶來生命的起源,因此彗星的研究是行星科學中相當重要的課題。

彗星的結構

彗星的結構(經修改加上中文)。圖 / http://spot.pcc.edu/~aodman/GS%20107%20web/outerobject/comet%20and%202%20tails.jpg
彗星的結構(經修改加上中文)。圖 / spot.pcc.edu

彗星的結構主要可以分為三部分:彗核彗髮彗尾

彗核是彗星遠離太陽時,唯一存在的部分,這個小小的冰凍核心,大小從幾百公尺到幾十公里不等,目前紀錄上最大的彗核,是約四十幾公里的海爾‧波普彗星。1950 年 Whipple 提出的「髒雪球模型」(Dirty Snowball Model),認為彗核主要是由冰雪(水、一氧化碳、二氧化碳、氨、甲烷)和灰塵(矽化物、金屬)組成,此外彗核蘊藏著許多有機物,如甲醇、氰化氫、甲醛、乙醇、乙烷等,還有許多複雜分子,如長鏈狀的碳水化合物及胺基酸存在。彗核反照率非常低,約只有 0.04 左右,可以說是太陽系內最黑暗的天體,接近太陽時彗核表面溫度升高,易揮發的物質昇華噴發產生噴流,因此不易直接觀察,目前只有數艘太空船曾近距離觀察彗核。其本身的重力並不足以使之形成球狀,因此大部分都呈現和小行星一樣的不規則形。近距離觀察彗星發現,表面是岩石及塵埃所覆蓋的薄殼,大部分的冰可能都藏在彗核內部。

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太空船曾近距離觀察彗核的形狀及大小(經修改加上公制單位。圖 / http://minsex.blogspot.tw/2010/11/fab-five.html
太空船曾近距離觀察彗核的形狀及大小(經修改加上公制單位。圖 / http://minsex.blogspot.tw/2010/11/fab-five.html

當彗星接近太陽到約 5 天文單位,太陽 的熱使彗核的冰昇華為氣體,形成一團包覆在外圍的球形大氣層,稱為彗髮,彗髮會隨彗星接近太陽變得越來越大,直徑可達數十萬到數百萬公里。彗髮包含了中性分子及灰塵,彗核中的氣體母分子(CH4、 CO2、NH2、H2O)接近太陽時被釋放出 來,生命週期短暫不易觀測,這些母分子 因光解離作用產生第二代和第三代的分子 (CN、C2、C3、CH3、NH3、OH),生命週期長達數十萬到數百萬秒。圍繞在彗髮外圍,還有由氫原子雲氣所形成的龐大 包層(hydrogen envelope,halo),由於氫 原子輕、擴散速度快,其大小可達到數千萬公里,其波長為 Lyman-alpha 譜線的 1216 Å,僅太空望遠鏡的紫外波段影像可見。

太陽光的輻射壓和高速太陽風粒子, 將彗髮的物質吹向背對太陽的方向,形成 長長的彗尾,這也是彗星最迷人的部分。 彗星的彗尾有兩種,一種是塵埃尾(dust tail),一種是離子尾(ion tail),這兩種彗尾的外觀、成分和形成原因都不太一樣。

1997年海爾‧波普彗星的塵埃尾與離子尾相當明顯。圖 / http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Comet_Hale-Bopp_1995O1.jpg
1997 年海爾.波普彗星的塵埃尾與離子尾相當明顯。圖 / http://commons.wikimedia.org/wiki/File:Comet_Hale-Bopp_1995O1.jpg

黃白色的塵埃尾瀰散而彎曲。富含塵埃的彗星產生各種不同大小的塵埃,塵埃受太陽重力與太陽光壓影響,由於萬有引力正比於質量(~體積,塵埃半徑的三次方),輻射光壓正比於截面積(塵埃半徑的平方),因此越大的塵埃其向內的萬有引力大幅抵銷了向外的輻射光壓,越小的塵埃所受萬有引力較小,所以受到向外的淨力反而較大(如下圖),被推向較外圍;且根據克卜勒第三運動定律,距離太陽愈遠,塵埃運動速度也越慢,因此塵埃尾常呈扇形而瀰散,當彗星接近太陽時,扇形角度甚至 可超過 90 度。塵埃尾大致上背離太陽,但隨著彗星前進, 塵埃會被留在軌道後方,因此塵埃尾會彎向軌道前進的反方向。塵埃顆粒因反射和散射太陽光呈現黃白色,另外也受太陽光加熱發出紅外線,其長度可達 106 -107 公里。

大小不同的塵埃,受到向內的萬有引力和向外的輻射光壓的大小差別,越小的塵埃所受到向外的淨力越大(a為塵埃半徑)。敘述相反?!(我覺得沒有啊,是”向外的淨力”較大,我改了內文的文字了,這樣會比較容易理解嗎?)。圖
大小不同的塵埃,受到向內的萬有引力和向外的輻射光壓的大小差別,越小的塵埃所受到向外的淨力越大(a為塵埃半徑)。圖/《臺北星空》提供

藍色的離子尾狹長而筆直,方向則永遠背向太陽。 離子尾的成因是彗髮的中性物質經過太陽風的光解離游 離作用,形成離子態的 H2O+ 、CO+ 、N2+ 、CO2+ 、OH+ , 這些離子和電子共存呈電漿狀態,因此也被稱為電漿尾(plasma tail),長度可達 107-108 公里。離子尾在可見 光主要的發光物質是波長約 4273 Å 的 CO+ ,這也是離子尾常呈藍色的原因。離子尾指向沿太陽磁力線方向背離 太陽,與軌道方向無關。太陽的劇烈活動如日冕物質噴發,在太陽風磁場拉扯下,有時會造成離子尾的分叉、 斷裂、再生等現象。

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鹿林彗星的離子尾產生斷裂的現象(紅圈處)。圖 / http://www.fototime.com/%7B9C1CC635-B45B-4B04-811D-802DC4DDFFAD%7D/picture.JPG (Ernesto Guido、Giovanni Sostero、Paul Camilleri,http://remanzacco.blogspot.com)
鹿林彗星的離子尾產生斷裂的現象(紅圈處)。圖 / http://www.fototime.com/%7B9C1CC635-B45B-4B04-811D-802DC4DDFFAD%7D/picture.JPG
(Ernesto Guido、Giovanni Sostero、Paul Camilleri,http://remanzacco.blogspot.com)

有時彗星的塵埃尾看起來反而朝向太陽,稱為「逆尾」(anti-tail)。彗星較大且重的塵埃,比較不受太陽輻射光壓影響被推向背離太陽,反而留在軌道後方。若 地球通過彗星軌道平面附近,因地球視角產生的幾何投影效應,塵埃尾看起來便朝向太陽。有時候彗核表殼破裂,物質從縫隙向外噴發形成的噴流,恰巧在向著太陽 的那一面,也會形成真正的逆尾。歷史上曾出現明顯逆尾的彗星包括 1957 年的 Arend-Roland 彗星、2007 年的海爾波普彗星(C/1995 O1 Hale-Bopp)、2009 年的鹿林彗星 (C/2007 N3 Lulin),以及 2013 年的泛星彗星(C/2011 L4 PANSTARRS)。

逆尾的成因。圖 / http://spaceweather.com/swpod2009/27feb09/tosar4.jpg?PHPSESSID=vnd799uc8out792pvma1bh38e6
逆尾的成因。圖 /spaceweather.com 
逆尾的成因。圖
逆尾的成因。圖/《臺北星空》提供。
2009年的鹿林彗星有非常明顯的逆尾(左側),右側是背向太陽的離子尾。圖 / https://en.wikipedia.org/wiki/File:C2007N3Lulin2panel_brimacombe.jpg
2009 年的鹿林彗星有非常明顯的逆尾(左側),右側是背向太陽的離子尾。圖 / By Joseph Brimacombe, Cairns, Australia, CC BY 2.5, wikimedia commons.

彗星留在軌道上的塵埃,還會帶來另一場驚喜!當地球通過彗星軌道附近,軌道上的殘骸受地球重力影響,短時間內大量掉落地球大氣層,就會形成流星雨,若正逢母彗星回歸後幾年內,流星雨有可能特別壯觀。造成獅子座流星雨的母彗星是週期 33 年的 55P/Tempel-Tuttle, 1998 年的回歸就造成了之後數年的獅子座流星雨大爆發,相信大家對於 2001 年 ZHR 值達數千顆的獅子座流星雨都還印象深刻。

流星雨的成因與彗星有關。圖 / http://tamweb.tam.gov.tw/v3/tw/item_img/8/comet_meteor.jpg
流星雨的成因與彗星有關。圖 / 台北市立天文科學教育館

彗星的命名

彗星是極少數可以用發現者名字命名的天體(小行星的命名權雖然屬於發現者,但卻不能以發現者的名字命名),臺 灣第一顆發現且命名的彗星是在 2009 年來訪的 C/2007 N3 Lulin 鹿林彗星,由中央大學鹿林天文台所發現。天文愛好者若在夜空中發現可疑的模糊天體,必須確認並非其他的可能性(如亮星的鬼影、昏暗的星群等),並以第二台觀測儀器確認,將所見到的影像每隔 15 分鐘或半小時記錄下來,確認其是否有在背景星空中移動,另外可以使用CBAT(中央天文電報局, Central Bureau for Astronomical Telegrams)的彗星辨認程式(comet-identification program)確認觀測天區是否有任何已知的小行星或彗星,如果可能的話,請有經驗的彗星觀測者協助確認,便可以將詳細的觀測記錄通報 CBAT

在有系統性的命名規則之前,彗星的命名有幾種不同的原則。像是二十世紀前,大部分的彗星僅簡單地以出現的年份或加上月份為名,像是 「1680 年大彗星」(C/1680 V1,Kirch’s Comet)、 「1882 年 9 月大彗星」(C/1882 R1,great September comet of 1882)、和「1910 年白晝大彗星、1910 年 1 月大彗星」(daylight comet of 1910、Great January Come t of 1910)等等。而在哈雷計算出 1531、 1607、1682 年造訪的彗星其實是同一個天體,並成功預測它在 1759 年的回歸之後,這顆彗星就被命名為「哈雷彗星」(Halley),第二顆和第三顆被確認的週期彗星——恩克彗星(Encke)和比拉彗星 (Biela),也同樣是以計算出軌道的天文學家,而非當初的發現者命名。

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至二十世紀早期,以發現者名字為彗星命名已非常普遍,直至今日皆然,彗星名稱至多可以有三位獨立發現者的名字,像是海爾波普彗星(C/1995 O1 Hale-Bopp)就是以兩位獨立發現者 Alan Hale 與 Thomas Bopp 來命名,另外以著名的彗星獵人麥克諾特(Robert H. McNaught)命名的彗星就已經超過 50 顆。近年來,許多彗星是由天文計畫或大型儀器所發現,便會以之命名,像是 PanSTARRS 彗星是由泛星計畫(Panoramic Survey Telescope And Rapid Response System,Pan-STARRS)發現。

1995 年以前,除了以發現者的姓名為彗星命名之外,另外也會以發現的西元年份,加上代表當年發現順序的小寫英文字母,給予彗星暫時性名稱,像是 1969i Bennett 彗星,就是 1969 年第九顆被發現的彗星。一旦軌道確定之後,則會以通過近日點的年份和代表順序的羅馬數字給予彗星永久名稱,像是 Bennett 彗星是 1970 年第二顆通過近日點的彗星,因此它的永久命名是 1970 II。如果一 年裡被發現的彗星不只 26 顆,這時便會在英文字母後面加上阿拉伯數字繼續編號,像是在 1989 年 的彗星編號就達 1989h1 之多。

但這套命名系統存在著一些缺陷,像是歷史上 的彗星由於缺乏軌道元素而在永久命名上會有些困擾,於是 1994 年 8 月 24 日於荷蘭海牙舉行的國際天文聯合會(IAU)大會中,決議修改舊有的彗星命 名規則,並自 1995 年開始使用新的彗星命名規則。 彗星在一年中以每半個月為單位使用英文大寫字母 表示被發現的時間,略過字母 I 和 Z(詳下表):

慧15

再加上數字表示該時段內被宣布發現的順序(這和小行星的命名規則雷同)。因此像是 C/2012 S1 ISON 彗星就是在 2012 年 9 月下半月第一顆被發現的彗星。另外還會依彗星的性質在名字加上前綴標示如下:

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慧16

如果彗星被觀測到回歸,或是經由觀測通過 遠日點確定其週期性,則會在 P/ 或 D/ 前冠上一個由國際天文聯合會小行星中心(MPC)所指定的官 方序號,例如 1P/1682 Q1 為哈雷彗星、3D/1832 S1 為比拉彗星。如果彗星分裂成好幾個碎片,則在名字後面加上 -A, -B,… 來區分每個碎核。


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本文轉載自台北市立天文館期刊《臺北星空》第 61 期,2013 年秋季號,點此看線上 pdf

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圖形處理單元與人工智慧
賴昭正_96
・2024/06/24 ・6944字 ・閱讀時間約 14 分鐘

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  • 作者/賴昭正|前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

我擔心人工智慧可能會完全取代人類。如果人們能設計電腦病毒,那麼就會有人設計出能夠自我改進和複製的人工智慧。 這將是一種超越人類的新生命形式。

——史蒂芬.霍金(Stephen Hawking) 英國理論物理學家

大約在八十年前,當第一台數位計算機出現時,一些電腦科學家便一直致力於讓機器具有像人類一樣的智慧;但七十年後,還是沒有機器能夠可靠地提供人類程度的語言或影像辨識功能。誰又想到「人工智慧」(Artificial Intelligent,簡稱 AI)的能力最近十年突然起飛,在許多(所有?)領域的測試中擊敗了人類,正在改變各個領域——包括假新聞的製造與散佈——的生態。

圖形處理單元(graphic process unit,簡稱 GPU)是這場「人工智慧」革命中的最大助手。它的興起使得九年前還是個小公司的 Nvidia(英偉達)股票從每股不到 $5,上升到今天(5 月 24 日)每股超過 $1000(註一)的全世界第三大公司,其創辦人(之一)兼首席執行官、出生於台南的黃仁勳(Jenson Huang)也一躍成為全世界排名 20 內的大富豪、台灣家喻戶曉的名人!可是多少人了解圖形處理單元是什麼嗎?到底是時勢造英雄,還是英雄造時勢?

黃仁勳出席2016年台北國際電腦展
Nvidia 的崛起究竟是時勢造英雄,還是英雄造時勢?圖/wikimedia

在回答這問題之前,筆者得先聲明筆者不是學電腦的,因此在這裡所能談的只是與電腦設計細節無關的基本原理。筆者認為將原理轉成實用工具是專家的事,不是我們外行人需要了解的;但作為一位現在的知識分子或公民,了解基本原理則是必備的條件:例如了解「能量不滅定律」就可以不用仔細分析,即可判斷永動機是騙人的;又如現在可攜帶型冷氣機充斥市面上,它們不用往室外排廢熱氣,就可以提供屋內冷氣,讀者買嗎?

CPU 與 GPU

不管是大型電腦或個人電腦都需具有「中央處理單元」(central process unit,簡稱 CPU)。CPU 是電腦的「腦」,其電子電路負責處理所有軟體正確運作所需的所有任務,如算術、邏輯、控制、輸入和輸出操作等等。雖然早期的設計即可以讓一個指令同時做兩、三件不同的工作;但為了簡單化,我們在這裡所談的工作將只是執行算術和邏輯運算的工作(arithmetic and logic unit,簡稱 ALU),如將兩個數加在一起。在這一簡化的定義下,CPU 在任何一個時刻均只能執行一件工作而已。

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在個人電腦剛出現只能用於一般事物的處理時,CPU 均能非常勝任地完成任務。但電腦圖形和動畫的出現帶來了第一批運算密集型工作負載後,CPU 開始顯示心有餘而力不足:例如電玩動畫需要應用程式處理數以萬計的像素(pixel),每個像素都有自己的顏色、光強度、和運動等, 使得 CPU 根本沒辦法在短時間內完成這些工作。於是出現了主機板上之「顯示插卡」來支援補助 CPU。

1999 年,英偉達將其一「具有集成變換、照明、三角形設定/裁剪、和透過應用程式從模型產生二維或三維影像的單晶片處理器」(註二)定位為「世界上第一款 GPU」,「GPU」這一名詞於焉誕生。不像 CPU,GPU 可以在同一個時刻執行許多算術和邏輯運算的工作,快速地完成圖形和動畫的變化。

依序計算和平行計算

一部電腦 CPU 如何計算 7×5+6/3 呢?因每一時刻只能做一件事,所以其步驟為:

  • 計算 7×5;
  • 計算 6/3;
  • 將結果相加。

總共需要 3 個運算時間。但如果我們有兩個 CPU 呢?很多工作便可以同時(平行)進行:

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  • 同時計算 7×5 及 6/3;
  • 將結果相加。

只需要 2 個運算時間,比單獨的 CPU 減少了一個。這看起來好像沒節省多少時間,但如果我們有 16 對 a×b 要相加呢?單獨的 CPU 需要 31 個運算的時間(16 個 × 的運算時間及 15 個 + 的運算時間),而有 16 個小 CPU 的 GPU 則只需要 5 個運算的時間(1 個 × 的運算時間及 4 個 + 的運算時間)!

現在就讓我們來看看為什麼稱 GPU 為「圖形」處理單元。圖一左圖《我愛科學》一書擺斜了,如何將它擺正成右圖呢? 一句話:「將整個圖逆時針方向旋轉 θ 即可」。但因為左圖是由上百萬個像素點(座標 x, y)組成的,所以這句簡單的話可讓 CPU 忙得不亦樂乎了:每一點的座標都必須做如下的轉換

x’ = x cosθ + y sinθ

y’ = -x sinθ+ y cosθ

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即每一點均需要做四個 × 及兩個 + 的運算!如果每一運算需要 10-6 秒,那麼讓《我愛科學》一書做個簡單的角度旋轉,便需要 6 秒,這豈是電動玩具畫面變化所能接受的?

圖形處理的例子

人類的許多發明都是基於需要的關係,因此電腦硬件設計家便開始思考:這些點轉換都是獨立的,為什麼我們不讓它們同時進行(平行運算,parallel processing)呢?於是專門用來處理「圖形」的處理單元出現了——就是我們現在所知的 GPU。如果一個 GPU 可以同時處理 106 運算,那上圖的轉換只需 10-6 秒鐘!

GPU 的興起

GPU 可分成兩種:

  • 整合式圖形「卡」(integrated graphics)是內建於 CPU 中的 GPU,所以不是插卡,它與 CPU 共享系統記憶體,沒有單獨的記憶體組來儲存圖形/視訊,主要用於大部分的個人電腦及筆記型電腦上;早期英特爾(Intel)因為不讓插卡 GPU 侵蝕主機的地盤,在這方面的研發佔領先的地位,約佔 68% 的市場。
  • 獨立顯示卡(discrete graphics)有不與 CPU 共享的自己專用內存;由於與處理器晶片分離,它會消耗更多電量並產生大量熱量;然而,也正是因為有自己的記憶體來源和電源,它可以比整合式顯示卡提供更高的效能。

2007 年,英偉達發布了可以在獨立 GPU 上進行平行處理的軟體層後,科學家發現獨立 GPU 不但能夠快速處理圖形變化,在需要大量計算才能實現特定結果的任務上也非常有效,因此開啟了為計算密集型的實用題目編寫 GPU 程式的領域。如今獨立 GPU 的應用範圍已遠遠超出當初圖形處理,不但擴大到醫學影像和地震成像等之複雜圖像和影片編輯及視覺化,也應用於駕駛、導航、天氣預報、大資料庫分析、機器學習、人工智慧、加密貨幣挖礦、及分子動力學模擬(註三)等其它領域。獨立 GPU 已成為人工智慧生態系統中不可或缺的一部分,正在改變我們的生活方式及許多行業的遊戲規則。英特爾在這方面發展較遲,遠遠落在英偉達(80%)及超微半導體公司(Advance Micro Devices Inc.,19%,註四)之後,大約只有 1% 的市場。

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典型的CPU與GPU架構

事實上現在的中央處理單元也不再是真正的「單元」,而是如圖二可含有多個可以同時處理運算的核心(core)單元。GPU 犧牲大量快取和控制單元以獲得更多的處理核心,因此其核心功能不如 CPU 核心強大,但它們能同時高速執行大量相同的指令,在平行運算中發揮強大作用。現在電腦通常具有 2 到 64 個核心;GPU 則具有上千、甚至上萬的核心。

結論

我們一看到《我愛科學》這本書,不需要一點一點地從左上到右下慢慢掃描,即可瞬間知道它上面有書名、出版社等,也知道它擺斜了。這種「平行運作」的能力不僅限於視覺,它也延伸到其它感官和認知功能。例如筆者在清華大學授課時常犯的一個毛病是:嘴巴在講,腦筋思考已經不知往前跑了多少公里,常常為了追趕而越講越快,將不少學生拋到腦後!這不表示筆者聰明,因為研究人員發現我們的大腦具有同時處理和解釋大量感官輸入的能力。

人工智慧是一種讓電腦或機器能夠模擬人類智慧和解決問題能力的科技,因此必須如人腦一樣能同時並行地處理許多資料。學過矩陣(matrix)的讀者應該知道,如果用矩陣和向量(vector)表達,上面所談到之座標轉換將是非常簡潔的(註五)。而矩陣和向量計算正是機器學習(machine learning)演算法的基礎!也正是獨立圖形處理單元最強大的功能所在!因此我們可以了解為什麼 GPU 會成為人工智慧開發的基石:它們的架構就是充分利用並行處理,來快速執行多個操作,進行訓練電腦或機器以人腦之思考與學習的方式處理資料——稱為「深度學習」(deep learning)。

黃仁勳在 5 月 22 日的發布業績新聞上謂:「下一次工業革命已經開始了:企業界和各國正與英偉達合作,將價值數萬億美元的傳統資料中心轉變為加速運算及新型資料中心——人工智慧工廠——以生產新商品『人工智慧』。人工智慧將為每個產業帶來顯著的生產力提升,幫助企業降低成本和提高能源效率,同時擴大收入機會。」

附錄

人工智慧的實用例子:下面一段是微軟的「copilot」代書、谷歌的「translate」代譯之「one paragraph summary of GPU and AI」。讀完後,讀者是不是認為筆者該退休了?

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GPU(圖形處理單元)和 AI(人工智慧)之間的協同作用徹底改變了高效能運算領域。GPU 具有平行處理能力,特別適合人工智慧和機器學習所需的複雜資料密集運算。這導致了影像和視訊處理等領域的重大進步,使自動駕駛和臉部辨識等技術變得更加高效和可靠。NVIDIA 開發的平行運算平台 CUDA 進一步提高了 GPU 的效率,使開發人員能夠透過將人工智慧問題分解為更小的、可管理的、可同時處理的任務來解決這些問題。這不僅加快了人工智慧研究的步伐,而且使其更具成本效益,因為 GPU 可以在很短的時間內執行與多個 CPU 相同的任務。隨著人工智慧的不斷發展,GPU 的角色可能會變得更加不可或缺,推動各產業的創新和新的可能性。大腦透過神經元網路實現這一目標,這些神經元網路可以獨立但有凝聚力地工作,使我們能夠執行複雜的任務,例如駕駛、導航、觀察交通信號、聽音樂並同時規劃我們的路線。此外,研究表明,與非人類動物相比,人類大腦具有更多平行通路,這表明我們的神經處理具有更高的複雜性。這個複雜的系統證明了我們認知功能的卓越適應性和效率。我們可以一邊和朋友聊天一邊走在街上,一邊聽音樂一邊做飯,或一邊聽講座一邊做筆記。人工智慧是模擬人類腦神經網路的科技,因此必須能同時並行地來處理許多資料。研究人員發現了人腦通訊網路具有一個在獼猴或小鼠中未觀察獨特特徵:透過多個並行路徑傳輸訊息,因此具有令人難以置信的多任務處理能力。

註解

(註一)當讀者看到此篇文章時,其股票已一股換十股,現在每一股約在 $100 左右。

(註二)組裝或升級過個人電腦的讀者或許還記得「英偉達精視 256」(GeForce 256)插卡吧?

(註三)筆者於 1984 年離開清華大學到 IBM 時,就是參加了被認為全世界使用電腦時間最多的量子化學家、IBM「院士(fellow)」Enrico Clementi 的團隊:因為當時英偉達還未有可以在 GPU 上進行平行處理的軟體層,我們只能自己寫軟體將 8 台中型電腦(非 IBM 品牌!)與一大型電腦連接來做平行運算,進行分子動力學模擬等的科學研究。如果晚生 30 年或許就不會那麼辛苦了?

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(註四)補助個人電腦用的 GPU 品牌到 2000 年時只剩下兩大主導廠商:英偉達及 ATI(Array Technology Inc.)。後者是出生於香港之四位中國人於 1985 年在加拿大安大略省成立,2006 年被超微半導體公司收購,品牌於 2010 年被淘汰。超微半導體公司於 2014 年 10 月提升台南出生之蘇姿豐(Lisa Tzwu-Fang Su)博士為執行長後,股票從每股 $4 左右,上升到今天每股超過 $160,其市值已經是英特爾的兩倍,完全擺脫了在後者陰影下求生存的小眾玩家角色,正在挑戰英偉達的 GPU 市場。順便一題:超微半導體公司現任總裁(兼 AI 策略負責人)為出生於台北的彭明博(Victor Peng);與黃仁勳及蘇姿豐一樣,也是小時候就隨父母親移居到美國。

(註五)

延伸閱讀

  • 熱力學與能源利用」,《科學月刊》,1982 年 3 月號;收集於《我愛科學》(華騰文化有限公司,2017 年 12 月出版),轉載於「嘉義市政府全球資訊網」。
  • 網路安全技術與比特幣」,《科學月刊》,2020 年 11 月號;轉載於「善科教育基金會」的《科技大補帖》專欄。
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賴昭正_96
43 篇文章 ・ 56 位粉絲
成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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披著喜劇外皮的警世寓言:《千萬別抬頭》背後的科學真相
PanSci_96
・2022/01/06 ・3626字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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2021 年底在 Netflix 上架的《千萬別抬頭》(Don’t Look Up)講的是一個彗星撞地球的故事,但這並不是一部普通的科幻災難片,而是帶有黑色幽默的諷刺電影,用來嘲諷拒絕科學、對科學冷漠的社會大眾。雖然製作團隊原先是想諷刺那些否認全球暖化的言論,但在 COVID-19 疫情肆虐的現在,恰巧也能影射抵制口罩和疫苗的行為、煽動對立的政治操作,以及人們對於社交媒體的過度依賴。即使整部電影看似穿插了不少笑點,仍能從中感受到一股壓抑和無力感。

《千萬別抬頭》還請來了星光熠熠的卡司陣容,包括李奧納多.狄卡皮歐、珍妮佛.勞倫斯、喬納.希爾和凱特.布蘭琪等多位奧斯卡得主。飾演美國總統的梅莉.史翠普更表示這是她拍過最重要的電影!

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《千萬別抬頭》的演員陣容十分豪華,主演群包括李奧納多.狄卡皮歐、珍妮佛.勞倫斯等人。圖/WIKIPEDIA

製作人亞當.麥凱(Adam McKay)希望這部電影能夠如實描繪科學事實以及科學家面臨的挑戰,於是,他邀請知名天文學家艾米.邁因策爾博士(Dr. Amy Mainzer)擔任電影的科學顧問。

邁因策爾博士現為亞利桑那大學月球與行星實驗室的教授、全球頂尖的小行星探測和行星防禦專家,以及 NASA NEOWISE(Near-Earth Object Wide-field Infrared Survey Explorer)計畫的首席研究員,負責監督這項史上規模最大的小行星探測計畫。在 2020 年 3 月,計劃內的一名天文學家成功發現了一顆新的彗星,並且將它命名為 NEOWISE,就跟計畫名稱一樣。

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Photo of Dr. Amy Mainzer
邁因策爾博士。 圖/NASA

科學家眼中的災難片

本片的科學顧問邁因策爾博士與北美天文學新聞網站《今日宇宙》(Universe Today)的編輯南西.阿特金森(Nancy Atkinson)聊了《千萬別抬頭》這部片,以及電影中的科學。

邁因策爾博士醉心於彗星和小行星的研究,所以她表示,自己非常喜歡隕石浩劫這類電影題材!非常開心能看到以彗星為主題的電影,也十分慶幸能夠成為災難電影的科學顧問。

雖然目前實際上沒有任何小行星或彗星運行在可能撞擊地球的軌道上,也沒有任何一顆即將撞上地球。但本片畢竟是科幻電影,需要設定一顆真的即將撞上地球的彗星,更像是「拋磚引玉」的功能。邁因策爾博士以「科學實在論」打造故事框架,希望觀眾重視科學家的警告,不再相信虛假的謠言。

而《千萬別抬頭》之所以涵蓋這麼多科學知識,是因為製作團隊對科學深感興趣,非常重視電影中的科學。因此電影畫面中,團隊設計的彗星既要符合電影的視覺需求,又要符合科學上真實彗星的樣貌。劇情不僅描述了發現彗星的過程,包括如何識別、確定彗星軌跡,還刻畫了科學家在探索未知事物時的反應。這不只描繪了科學家的形象,也告訴觀眾科學家是什麼樣的人,還有他們是如何傳播科學知識——有時很順利,但有時真的困難重重。

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這部電影讓《今日宇宙》編輯印象最深刻的是,科學家試圖警告災難,卻沒有被當一回事。若是套用在氣候變遷和傳染病肆虐等全球議題上,這種冷漠的態度似乎有點太寫實了。

邁因策爾博士也認為,這齣電影想強調人們對於科學新聞的態度。就像《今日宇宙》編輯平時所從事的科普工作,將複雜的概念轉化為淺顯易懂的文字是很困難的,因為科學家慣用的詞語與日常生活中的用詞完全不同。

例如,「不確定性」(Uncertainty)代表測量結果是一個可能的數值範圍,而不是指我們不確定自己測量的是什麼。在不同的情境下,詞語意思也會不一樣,確實有可能造成溝通障礙——這只是其中一個例子而已。

對邁因策爾博士來說,這部電影講述的是科學家如何傳播知識,如何讓眾人瞭解這些知識,還有如何根據科學做出明智的決定。這樣的題材很有挑戰性,因為這是一部喜劇,希望觀眾可以在笑著看完的同時,能夠更加理解科學家們多麼努力想做到這些事,「可是也請容許我們偶爾做不到。」

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《千萬別抬頭》希望透過反諷與幽默,能讓更多人抬起頭、睜開眼,開始關心環境議題。圖/Pixabay

幕後花絮:真正的 NEOWISE 計畫在做什麼?

其實,現實中新發現的 NEOWISE 彗星就是電影裡那顆彗星的原型。那是一顆長週期彗星,以驚人的速度從遠方朝太陽系飛來。邁因策爾博士在 2020 年 3 月發現 NEOWISE,7 月時它就接近地球了,就真的像電影中的彗星一樣,我們來得及反應的時間非常短。 

好消息是,我們已經開始監視那些能釀成全球性災難的近地小行星。以超過 1 公里的近地小行星來說,科學家已經找到了其中 90%,而且沒有一個會對地球造成威脅。

但長週期彗星就是另一回事了。比起小行星,長週期彗星相當稀有,但這不代表它們不存在。雖然科學家持續監測,還是無法推估總數到底有多少。在邁因策爾博士看來,任何物體接近地球的機率都不是零,我們需要獲得更多知識,才能做好準備,方法就是不斷尋找彗星和小行星,並且全面性地監測、追蹤。

邁因策爾博士也花了很多時間和導演討論小行星監測系統。當科學家們發現未知的小行星或彗星時,會透過這個系統比對所有已知的星體,如果確定是未知星體,系統就會公開觀測資訊,讓其他天文學家看見。從科學家的角度來看,他們努力地傳播科學資訊,但問題在於每個人對於科學的接受程度不同,這樣的矛盾在劇情中也有不少著墨。

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電影中的科學家發現彗星只是湊巧,他本身並不是研究彗星的專家,但製片團隊仍花了不少時間呈現他們識別彗星、確定軌道,以及將結果轉告其他科學家的過程。雖然這畢竟是電影,多少美化了實際情況,但還是希望能藉此讓觀眾看見科學論證的嚴謹之處。

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NEOWISE 彗星 或音譯尼歐懷茲彗星 ,又稱為 C/2020 F3,是一顆具有接近拋物線軌道的逆行長週期彗星。圖/WIKIPEDIA

科學講述事實,但藝術掌管對事實的感受

本片中有許多大咖演員,他們才華洋溢,而且都有自信能展現出科學家感性的一面。他們都熱衷科學、關心科學在日常生活中扮演的角色,也相信如果人們根據科學做決定,就能找到更好的問題解決方法。邁因策爾博士還花了很多時間陪演員練習台詞,因為劇本裡有很多艱澀的科學術語。這麼做還有另一個好處,就是當他們沒有在聽博士講話時,博士可以表達身為科學家的感受,供他們揣摩。

邁因策爾博士一直覺得科學和藝術之間的關係很有趣。科學告訴我們事情的本質,但藝術掌管我們對這些事情的感受。這部電影呈現出科學家和大眾對於科學的看法:科學家想改變社會,以做出基於科學的決定,但也必須設法讓大眾傾聽科學的聲音——這種矛盾和拉扯,就是這部電影的核心所在。

科學家有所隱瞞?他們更想說個沒完

那些拒絕科學的大眾普遍認為 NASA 或政府隱瞞了一些事情,可是所有科學家卻都說,如果他們發現太空有危險物體,絕對會爬上屋頂告訴全世界。

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如果換成是邁因策爾博士,她也會這樣做!當科學家學到新的酷東西時,就像一班人去了一趟很棒的旅行,回家後,他可能會讓其他人感到厭煩,因為他不斷提起旅行中的所見所聞。大多數科學家不會停止談論自身所學,因為他們熱愛這些知識,也希望其他人知道這些酷東西,或許他們就會因此愛上科學!

邁因策爾博士希望觀眾看完這部電影後,能夠理解科學家也是人,而且和一般人沒什麼兩樣。「作為科學家,我們經常遇到溝通方面的挑戰,但我們正在努力,而且我們不會放棄!」

圖/twitter @dobrienloml
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Just Look Up!小行星監測系統「哨兵」全面升級
EASY天文地科小站_96
・2022/01/03 ・2549字 ・閱讀時間約 5 分鐘

  • 作者/陳子翔|師大地球科學系、EASY 天文地科團隊創辦者

看到下圖密布於太陽系的小行星軌道,你是否會對小行星撞地球這樣的災難感到擔心呢?

對地球有潛在撞擊威脅的 2200 個小行星軌道。圖/NASA/JPL-Caltech

事實上面對小行星的撞擊風險,科學家也是嚴陣以待。畢竟即便是一顆直徑只有數十公尺的小行星撞上地球,其威力也足以摧毀一座城市。更何況還有許多直徑數百公尺,甚至數公里的近地小行星(near-Earth asteroids)存在。因此,對於這些小行星的觀測、研究與監控就顯得格外重要。

揪出藏身夜空中的小行星

對近地小行星監測的第一步,就是要先找出「它們在哪裡」。如同在戰場上比起收到敵方要發動攻勢的情報,更可怕的就是連敵人是誰、敵人在哪裡都還不清楚就被暗中襲擊了。

然而棘手的是,由於直徑小,反照率低的特性,小行星的亮度往往非常低,需要仰賴觀測性能強大的天文台才有辦法看見它們。但大型天文台的觀測視野卻通常很小,難以有效率的「掃描」廣大的夜空,而且這些天文台本來就有很多天文研究工作要進行,能撥給小行星觀測的時間也相當有限。

有鑑於這些因素,專門設立搜尋近地小天體的計畫與望遠鏡,就成了更合適的選項。像是林肯近地小行星研究小組(Lincoln Near-Earth Asteroid Research, LINEAR)、卡特林那巡天系統計畫(Catalina Sky Survey, CSS)以及泛星計畫(Pan-STARRS)等。它們扮演「小行星獵人」的角色定期掃視夜空,尋找移動中的可疑光點。目前透過這些計劃發現的近地小行星已經多達數萬個。

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https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/7/7d/Neo-chart.png
每年由近地小天體搜尋計畫找到的近地小行星數量,藍色為林肯近地小行星研究小組,綠色為卡特林那巡天系統計畫,紫色為泛星計畫。圖/Wikipedia

用自動化的監測系統,找出小行星中的「危險份子」

發現這些小行星的下一步,就是由觀測資料計算出它們的軌道,並找出哪些小行星對於我們的威脅比較大。而面對數量龐大的近地小行星資料,NASA 噴射推進實驗室(Jet Propulsion Laboratory, JPL)早在 2002 年就開發出一套名為「哨兵(Sentry)」的監測系統,運用設計好的演算法,自動化的評估每個近地小行星撞擊地球的機率,並列出對地球威脅比較大的小行星名單。

以目前的速率來看,每年大約有 3000 個新的近地小行星被發現。而未來隨著更多更先進的天文台投入小行星搜尋的計畫,可以預期小行星的發現數量還會出現顯著的成長。因此就在不久前,NASA 的天文學家已發展出下一代更先進的小行星監測系統:哨兵 II(Sentry II),以因應未來更龐大的資料,同時也對已經使用了近 20 年的哨兵系進行補強。

監測系統升級上線,更完善的為地球把關

就如同各種應用程式都會進行版本更新,並在更新中修正上一個版本的缺點,這次哨兵 II 系統的升級,也從哨兵一代系統多年累積的經驗進行修正。

首先,第一代哨兵系統只有計算萬有引力對小行星軌道的影響,並沒有考量其他外力,例如來自太陽的輻射壓等等。這些力量雖然相對微小,但積少成多、聚沙成塔,長期下來也能影響小行星運行的軌道。另一方面,由於小行星本身會自轉,因此小行星的受光面和背光面會不停改變方向,如此一來熱輻射對小行星造成的力,也會隨著轉動而變化,這個效應被稱作「亞爾科夫斯基效應」(Yarkovsky Effect)。而哨兵 II 的演算法都有將這些因素納入考量,讓小行星的軌道估計算更為精準。

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亞爾科夫斯基效應的動畫。影片/NASA

再來,當小行星的非常靠近地球時,受到地球引力的影響,軌道以及速度都會大幅改變。其原理與太空探測器借助行星的引力來改變自身的軌道和加減速的「重力彈弓」效應相同。

然而太空探測器上面有很多精密的儀器提供科學家精準的定位,小行星卻只能透過地面觀測來估算出它的軌道,科學家其軌道掌握的精確度當然就比較差。而當小行星接近地球時,軌道的計算誤差就會被大幅放大。一個小行星飛掠地球時幾百公尺的誤差,到了下一次來訪時可能就成了幾千公里的差別了。而這幾千公里,就有可能是「撞上地球」和「安全通過」的差距。好消息是,由於在軌道計算上考量的因素更全面,演算法也更加精密,讓哨兵 II 即使在面對這樣的狀況,也能計算出更為精準的結果。

最後,哨兵 II 系統在計算小行星的撞擊風險時,判斷的方式也相較上一代系統更縝密。如同任何觀測與測量,小行星的軌道也會存在誤差,而哨兵 II 會從小行星軌道的誤差範圍內隨機取樣進行計算,以檢查小行星有沒有撞上地球的可能性。相比於第一代哨兵系統預先將有撞擊風險的軌道推算出來後才評估撞擊機率的做法,這樣的更新能降低漏網之魚出現的可能性。

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隨著科技不斷在更新換代,人類對小行星的認識越來越深入,但我們也仍未擺脫小行星撞擊的威脅。圖/Pixabay

持續探索可能的威脅

小行星、彗星等天體的撞擊一直以來都是很多科幻作品的題材。從科學的角度來看,太陽系中也的確存在非常多小天體,可能對地球上的生命構成威脅。雖然對於近地小天體的災害預防,當今的科學與科技還遠達不到萬無一失的程度,但過去三十年,人類對近地小行星的認識已有了顯著的進展。從搜尋小行星的各個計畫,到針對小行星的太空探測任務,以及本篇文章介紹的兩代哨兵監測系統,都帶給我們許多重要資訊,立下人類面對小行星撞擊風險時不可或缺的基石。

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延伸閱讀

參考資料

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EASY天文地科小站_96
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