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積「針」成「岩」–軟珊瑚也能造出硬岩礁

大海子
・2012/04/07 ・773字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 584 ・九年級

珊瑚礁是許多生物棲息、繁殖後代的場所,它藉著造礁珊瑚無以數計的犧牲奉獻,歷經千萬年以上點滴的累積所形成的。以往科學家認為石珊瑚就是建造珊瑚礁最大的幕後功臣,而對於有著肥厚的組織,但體內卻只含有微小骨針的軟珊瑚,則認為牠們對形成珊瑚礁的能力有限,並不值得一提。

石珊瑚是被認為是形塑珊瑚礁的主力
石珊瑚是被認為是形塑珊瑚礁的主力

由國內外科學家們通力合作發現:在南台灣恆春半島西岸,由後壁湖至貓鼻頭一帶的海岸,四處散落大小不一的骨針岩塊,最大的甚至可以超過1公噸重;如此的骨針岩生長帶乃是由海中活生生的珊瑚礁綿延不斷至隆起陸地沿岸,這種以軟珊瑚所形成的骨針岩為主的礁岩,規模之大,遠遠超出預期,同時也打破以往軟珊瑚對於珊瑚礁的形成,只有微不足道貢獻的觀念。

科學家進一步以高倍數的電子顯微鏡研究推斷:軟珊瑚具有將沈積在軟珊瑚群體基部的骨針,以膠狀物質將骨針凝聚成一堅硬的岩石,宛如石珊瑚以骨骼形成的礁石;再以X光檢視骨針岩切片發現它乃是以每年0.3~0.6公分累積的速度,像樹的年輪一般,逐年堆積,最後形成以骨針岩為主的珊瑚礁岩。

本次研究發現約有二十二種的軟珊瑚類參與建造骨針岩的過程,多屬於以外表長出酷似手指狀的突起物的指形軟珊瑚屬(Sinularia。目前全世界約一百三十幾種的軟珊瑚,紅海與沖繩島種類也有類似的功能,至於其他種類是否都參與珊瑚礁造礁過程,值得進一步的研究。

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科學家發現指形軟珊瑚利推積骨針於基部的方式亦可形成堅硬的岩礁
科學家發現指形軟珊瑚利推積骨針於基部的方式亦可形成堅硬的岩礁

論文來自於

Jeng M-S, Huang H-D, Dai C-F, Hsiao Y-C and Benayahu Y (2011). Sclerite calcification and reef-building in the fleshy octocoral genus Sinularia (Octocorallia: Alcyonacea). Coral Reefs DOI: 10.1007/s00338-011-0765-z.

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大海子
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希望以人文關懷的觀點,將海洋生物世界中的驚奇與奧妙, 透過多媒體的設計與展現,分享個人心得給社會大眾, 期望能引起更多人關心海洋的公共議題, 為保護海洋略盡一份心力。

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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

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說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

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我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

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這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

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島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

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為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

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總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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一次搞清楚造礁珊瑚與寶石珊瑚
活躍星系核_96
・2016/04/18 ・3061字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 554 ・八年級

文/戴昌鳳|台灣大學海洋研究所教授

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圖/thinkpanama @ flickr

大陸漁船在東沙大量採撈珊瑚、魚貝類和海龜的事件,再度讓珊瑚是否應禁止採捕成為關注焦點;另一方面,臺灣的珊瑚漁業也是眾人關心的議題。這兩件事看起來相似,事實上卻大不相同。前者採撈的是生長在淺海珊瑚,包括造礁珊瑚和紅扇珊瑚;後者則是生長在深海的寶石珊瑚;兩者的物種、價格、生態環境和採撈方法都大不相同。

珊瑚泛指會堆積碳酸鈣骨骼或骨針的刺細胞動物,包括水螅珊瑚、六放珊瑚和八放珊瑚等三大類,其中,水螅珊瑚的珊瑚蟲個體很小,呈細毛狀,觸手不明顯,而且種類較少;六放和八放珊瑚則是珊瑚類的大宗,牠們的珊瑚蟲和觸手都比較明顯,區別在於六放珊瑚的觸手是六的倍數,八放珊瑚則剛好八隻。在地理分布上,兩者從熱帶到寒帶、從淺海到深海都有分布,而以熱帶淺海的種類最多,最密集。當許多珊瑚的鈣質骨骼聚集和膠結在一起,形成堅固的立體結構,可以抵抗波浪,也可以讓許多生物居住或當作避難所,就成為珊瑚礁。 珊瑚礁是海洋中的綠洲,也是生機旺盛的海洋生態系,至少有數萬種生物依賴珊瑚礁生存,因此被認為是全球海洋保育的焦點。

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造礁珊瑚多分布於淺海  但深海珊瑚也會造礁

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珊瑚礁。圖/Julie Gentry@Public Domain Pictures

珊瑚礁主要分布在熱帶至亞熱帶淺海;由於造礁珊瑚體內有共生藻,需要充足的陽光來行光合作用,以支持牠們的生長和造礁,因此幾乎都生長在水深 50 公尺以淺的海域。這些造礁珊瑚以六放珊瑚為主,牠們生長快,一年可生長數公分以上;八放珊瑚雖然也是淺海珊瑚礁的主要成員,但只有少數種類具有造礁功能,包括藍珊瑚、笙珊瑚和一些指形軟珊瑚等。

深海珊瑚是指分布在水深 50 公尺以深海底的珊瑚,包含六放和八放珊瑚種類;這些珊瑚體內沒有共生藻,完全仰賴捕食浮游動物或有機顆粒維生;牠們的生長緩慢,通常一年只長 1~2 公釐,因此長期以來被認為不會造礁,無重要生態功能;但是近二十年來,許多先進國家的深海探測都發現這些深海珊瑚可形成大型礁體,構成生物多樣性豐富的深海生態系,而且是許多海洋生物和漁業資源生存繁衍的關鍵棲地。這種深海珊瑚礁在大西洋、太平洋和印度洋都有發現,由於這些生態系普遍受到拖網漁業和環境污染的衝擊,因此受到廣泛重視,目前多處已被劃設為海洋保護區。

寶石珊瑚美麗的代價

深海珊瑚中最受矚目的就是寶石珊瑚。廣義上,任何可被當作珠寶販售的珊瑚,包括黑珊瑚、竹珊瑚,都可算是寶石珊瑚;狹義上則專指八放珊瑚亞綱的紅珊瑚科(Coralliidae)成員,牠們的價值高,也是珊瑚漁業的主要目標物種。紅珊瑚科全球共有 40 餘種,牠們通常生長在水深 100~2000 公尺之間的深海,只有分布在地中海的紅珊瑚(Corallium rubrum)可在水深僅 10 公尺的淺海發現;由於較易採集,早在二千年前就有地中海漁民採集紅珊瑚,當做珠寶販售的紀錄,這就是珊瑚漁業的起源。早期地中海的紅珊瑚經由絲路傳入中國,也經由海上貿易傳入印度和日本。此時期的寶石珊瑚由於產量稀少,而且是舶來品,價格非常昂貴。珊瑚被列為佛教七寶之一,代表佛祖化身;隨著佛教盛行,珊瑚在中國、日本和西藏都被當作寶物,代表財富與身分地位的象徵。

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紅珊瑚。圖/Arturo Donate@flickr

東亞的紅珊瑚採集顯然起步較晚。日本在 1870 年代發現琉球群島海底生產寶石珊瑚,於是發展出「纏繞網」來採撈這些深海紅珊瑚。這種網具使用石塊當作重錘,用來打落珊瑚,然後利用附掛的網子把珊瑚撈上來;當珊瑚漁船到達預定漁場,就放下網具,讓它隨海流漂動而打落、纏繞和採撈附著在海底山表面的珊瑚。這種漁法雖然不像拖網具有強大的破壞力,但是對於生長在底質表面的珊瑚和其他生物來說,仍然會造成嚴重的傷害;更何況這些珊瑚的生長速率緩慢,被開採過的漁場,往往需要很長時間才可復原。也正因為如此,每個新開發的珊瑚漁場都只有短暫的榮景,當產量大幅下降,就必須尋覓開拓新漁場。

日本珊瑚漁船沿著琉球島弧往南開拓漁場,1923 年在臺灣北部彭佳嶼海域發現寶石珊瑚,引進纏繞網採撈珊瑚,也開啟了臺灣的珊瑚漁業。初期以臺灣東北部和北部的海底山為漁場,並以南方澳為主要基地;然而榮景只維持數年,產量就銳減,於是再往南尋找新漁場;1934 年在澎湖海域發現有寶石珊瑚分布,又啟動澎湖南方的珊瑚漁業。

日治時期的臺灣珊瑚漁業,幾乎都掌握在日本人手中。二次大戰後,隨著日人撤離,臺灣珊瑚漁業曾經一度沉寂,其後藉著與日本人合作才逐漸恢復榮景,並且靠著臺灣漁民的勤奮和打拼精神,於 1960 至 70 年代達到生產高峰,珊瑚藝品加工技術也更為精進,建立臺灣為「珊瑚王國」的美譽。此時臺灣珊瑚漁船的採撈海域已經往南拓展到南海的東沙島附近。但是沒多久,珊瑚生產再度面臨困境,於是積極向外尋找拓展漁場的機會。

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1980 年代,臺灣珊瑚漁船在夏威夷群島西北方的中途島和天皇海山鏈(Emperor Seamounts)發現豐富的寶石珊瑚資源,吸引大批漁船前往採撈,於是產量大增。根據聯合國世界糧農組織(FAO)的統計資料,臺灣珊瑚漁業在 1984 至 1986 年間的年產量都超過 350 公噸,產量大反而導致價格暴跌,其後隨著資源減少和美國政府的管制措施,產量在 1988 年之後就大幅滑落。其後,臺灣寶石珊瑚年產量大多低於 10 公噸,資源枯竭的警訊早已顯現。

國際上,自 2007 年起,美國和歐盟數度提議將寶石珊瑚列入華盛頓公約(CITES)二級保育物種,但是都被其他國家代表提出質疑,由於缺乏具體基礎資料而未能通過;然而,隨著國際海洋保育意識升高,資料逐漸累積,寶石珊瑚被列為保育物種應是遲早的事。原本我國漁業署也有意藉著珊瑚漁船逐漸汰舊不換新的方式,讓珊瑚漁業逐漸走入歷史。

停止開採 寶石珊瑚才有重新生長的機會

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死亡的珊瑚。圖/prilfish@flickr

但是在近年兩岸三通之後,由於寶石珊瑚深受中國大陸遊客喜愛而價格飛漲,自 2009 年以來,五年之間就飆漲約十倍。面對龐大的經濟利益和漁民請求,農委會漁業署改採開放登記及嚴審嚴管政策,於 2009 年訂定「漁船兼營珊瑚漁業管理辦法」,規定每艘漁船每年限捕 200 公斤,並限制在臺灣經濟海域內的五處漁區作業,作業時應開啟船位回報器,並填報漁撈日誌。雖然漁業署訂定的年總採撈量為六公噸,但是實際採撈量僅約三公噸;而且所採得的珊瑚中,90% 以上是「蟲枝」,也就是在海底死亡已久,被許多鑽孔生物蛀洞的分枝;其次是枯枝,即死珊瑚分枝;只有不到 2% 屬於活枝。從這些採撈記錄就可看出深海寶石珊瑚資源枯竭的慘狀,已經不是嚴格管理可以挽救,更不用談永續利用。

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挽救深海寶石珊瑚資源的唯一途徑,其實就是停止採撈,讓牠們有重新生長和復育的機會;即使如此,恐怕也需數十年或百年以上時間,資源才會有些起色。但是在產業界每年高達百億的經濟利益和上萬從業人員可能失業的壓力之下,漁政官員無人願意承擔停止寶石珊瑚採撈的風險,最終結局可能是產業和資源兩敗俱傷。當海底的寶石珊瑚資源完全枯竭,珊瑚產業又將如何延續?

寶石珊瑚產業的解決方案也許是替代商品。寶石珊瑚的成分說穿了就是碳酸鈣和角質素(或稱珊瑚素),以現代科技生產人造珊瑚,其實並非難事;事實上,現今市場上販售的寶石珊瑚多有贗品,真假已難區分;如果利用工業生產而使寶石珊瑚回歸合理價格,並使深海珊瑚生態獲得生息和復原機會,應該是最佳方案。

原刊登於作者臉書網誌,經作者授權轉載。

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia