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太陽爆發會導致日震

臺北天文館_96
・2012/04/19 ・713字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 537 ・八年級

英國倫敦大學穆勒太空科學實驗室(Mullard Space Science Laboratory,MSSL)科學家Sergei Zharkov領軍的研究團隊,分析太陽動力觀測衛星(SDO)觀測影像,首度發現日震現象(sunquake)可在太陽磁場和帶電粒子引起的爆發事件中發生。

Alexander G. Kosovichev和Zharkova等科學家們在1990年代首度發表日震觀測報告。在過去10年,科學家大量研究太陽大氣中的太陽閃焰(solar flare)爆發事件,並發現當閃焰爆發時,會伴隨發生強烈粒子束橫越太陽表面的日震現象。

Zharkov等人研究2011年2月15日的一場閃焰爆發,發現於爆發時向外拉出的磁力線兩端被觸發了日震現象,震動強度比2011年3月11日的日本大地震還強1000倍以上。這顯示爆發時突然向外擴張的磁場,很可能在日震產生機制中扮演了重要角色。閃焰爆發後,向外噴出的物質以每秒600公里的速度向外衝向太陽系各處,若是恰好對著地球而來,將引起地球磁暴,並上演一場美麗的極光秀。

Lone Wolff於1972年首度提出日震現象的預測,在太陽表面就像一圈圈向外擴散而去的圓形漣漪,就像小石頭丟進池塘水中所引起的現象。然而,日震並非是有東西丟進太陽表面而引起的,而是太陽表面以下突然的能量釋放所產生的聲波在太陽表面被彎曲並向外傳遞而引起的。

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若能瞭解這些特別事件發生始末,可以幫助科學家進一步瞭解太陽大氣中的能量和動量是如何向下傳遞到太陽表面、甚至是太陽內部的。目前太陽活動頻率與強度逐日增加,預期極大期將出現在2013年,這些科學家預期可觀測到更多類似的日震現象,期望在本太陽活動週期中,能搞清楚引發日震的物理機制。

更多相關動畫和影像,可參考http://mssl.ucl.ac.uk/~sz2/pressrelease/

資料來源:Solar Eruptions Cause Sunquakes[2012.03.30]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文與 威力暘電子 合作,泛科學企劃執行。

想像一下,當你每天啟動汽車時,啟動的不再只是一台車,而是一百台電腦同步運作。但如果這些「電腦」突然集體當機,後果會有多嚴重?方向盤可能瞬間失靈,安全氣囊無法啟動,整台車就像失控的高科技廢鐵。這樣的「系統崩潰」風險並非誇張劇情,而是真實存在於你我日常的駕駛過程中。

今天,我們將深入探討汽車電子系統「逆天改運」的科學奧秘。究竟,汽車的「大腦」—電子控制單元(ECU),是如何從單一功能,暴增至上百個獨立系統?而全球頂尖的工程師們,又為何正傾盡全力,試圖將這些複雜的系統「砍掉重練」、整合優化?

第一顆「汽車大腦」的誕生

時間回到 1980 年代,當時的汽車工程師們面臨一項重要任務:如何把汽油引擎的每一滴燃油都壓榨出最大動力?「省油即省錢」是放諸四海皆準的道理。他們發現,關鍵其實潛藏在一個微小到幾乎難以察覺的瞬間:火星塞的點火時機,也就是「點火正時」。

如果能把點火的精準度控制在「兩毫秒」以內,這大約是你眨眼時間的百分之一到千分之一!引擎效率就能提升整整一成!這不僅意味著車子開起來更順暢,還能直接省下一成的油耗。那麼,要如何跨過這道門檻?答案就是:「電腦」的加入!

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工程師們引入了「微控制器」(Microcontroller),你可以把它想像成一顆專注於特定任務的迷你電腦晶片。它能即時讀取引擎轉速、進氣壓力、油門深度、甚至異常爆震等各種感測器的訊號。透過內建的演算法,在千分之一秒、甚至微秒等級的時間內,精準計算出最佳的點火角度,並立刻執行。

從此,引擎的性能表現大躍進,油耗也更漂亮。這正是汽車電子控制單元(ECU)的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

ECU 的失控暴增與甜蜜的負荷

第一顆 ECU 的成功,在 1980 年代後期點燃了工程師們的想像:「這 ECU 這麼好用,其他地方是不是也能用?」於是,ECU 的應用範圍不再僅限於點火,燃油噴射量、怠速穩定性、變速箱換檔平順度、ABS 防鎖死煞車,甚至安全氣囊的引爆時機……各種功能都交給專屬的 ECU 負責 。

然而,問題來了:這麼多「小電腦」,它們之間該如何有效溝通?

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為了解決這個問題,1986 年,德國的博世(Bosch)公司推出了一項劃時代的發明:控制器區域網路(CAN Bus)。你可以將它想像成一條專為 ECU 打造的「神經網路」。各個 ECU 只需連接到這條共用的線路上,就能將訊息「廣播」給其他單元。

更重要的是,CAN Bus 還具備「優先通行」機制。例如,煞車指令或安全氣囊引爆訊號這類攸關人命的重要訊息,絕對能搶先通過,避免因資訊堵塞而延誤。儘管 CAN Bus 解決了 ECU 之間的溝通問題,但每顆 ECU 依然需要獨立的電源線、接地線,並連接各種感測器和致動器。結果就是,一輛汽車的電線總長度可能達到 2 到 4 公里,總重量更高達 50 到 60 公斤,等同於憑空多載了一位乘客的重量。

另一方面,大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。更別提這些密密麻麻的線束,簡直是設計師和維修技師的惡夢。要檢修這些電子故障,無疑讓人一個頭兩個大。

大量的 ECU 與錯綜複雜的線路,也讓「電子故障」開始頻繁登上汽車召回原因的榜首。/圖片來源:shutterstock

汽車電子革命:從「百腦亂舞」到集中治理

到了2010年代,汽車電子架構迎來一場大改革,「分區架構(Zonal Architecture)」搭配「中央高效能運算(HPC)」逐漸成為主流。簡單來說,這就像在車內建立「地方政府+中央政府」的管理系統。

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可以想像,整輛車被劃分為幾個大型區域,像是車頭、車尾、車身兩側與駕駛艙,就像數個「大都會」。每個區域控制單元(ZCU)就像「市政府」,負責收集該區所有的感測器訊號、初步處理與整合,並直接驅動該區的馬達、燈光等致動器。區域先自理,就不必大小事都等中央拍板。

而「中央政府」則由車用高效能運算平台(HPC)擔任,統籌負責更複雜的運算任務,例如先進駕駛輔助系統(ADAS)所需的環境感知、物體辨識,或是車載娛樂系統、導航功能,甚至是未來自動駕駛的決策,通通交由車輛正中央的這顆「超級大腦」執行。

乘著這波汽車電子架構的轉型浪潮中, 2008 年成立的台灣本土企業威力暘電子,便精準地切入了這個趨勢,致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台。他們專精於開發電子排檔、多功能方向盤等各式汽車電子控制模組。為了確保各部件之間的溝通順暢,威力暘提供的解決方案,就像是將好幾個「分區管理員」的職責,甚至一部分「超級大腦」的功能,都整合到一個更強大的硬體平台上。

這些模組不僅擁有強大的晶片運算能力,可同時支援 ADAS 與車載娛樂,還能兼容多種通訊協定,大幅簡化車內網路架構。如此一來,車廠在追求輕量化和高效率的同時,也能顧及穩定性與安全性。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

萬無一失的「汽車大腦」:威力暘的四大策略

然而,「做出來」與「做好」之間,還是有差別。要如何確保這顆集結所有功能的「汽車大腦」不出錯?具體來說,威力暘電子憑藉以下四大策略,築起其產品的可靠性與安全性:

  1. AUTOSAR : 導入開放且標準化的汽車軟體架構 AUTOSAR。分為應用層、運行環境層(RTE)和基礎軟體層(BSW)。就像在玩「樂高積木」,ECU 開發者能靈活組合模組,專注在核心功能開發,從根本上提升軟體的穩定性和可靠性。
  2. V-Model 開發流程:這是一種強調嚴謹、能在早期發現錯誤的軟體開發流程。就像打勾 V 字形般,左側從上而下逐步執行,右側則由下而上層層檢驗,確保每個階段的安全要求都確實落實。
  3. 基於模型的設計 MBD(Model-Based Design) 威力暘的工程師們會利用 MatLab®/Simulink® 等工具,把整個 ECU 要控制的系統(如煞車),用數學模型搭建起來,然後在虛擬環境中進行大量的模擬和測試。這等於在實體 ECU 誕生前,就能在「數位雙生」世界中反覆演練、預先排除設計缺陷,,並驗證安全機制是否有效。
  4. Automotive SPICE (ASPICE) : ASPICE 是國際公認的汽車軟體「品質管理系統」,它不直接評估最終 ECU 產品本身的安全性,而是深入檢視團隊在軟體開發的「整個過程」,也就是「方法論」和「管理紀律」是否夠成熟、夠系統化,並只根據數據來評估品質。

既然 ECU 掌管了整輛車的運作,其能否正常運作,自然被視為最優先項目。為此,威力暘嚴格遵循汽車業中一本堪稱「安全聖經」的國際標準:ISO 26262。這套國際標準可視為一本針對汽車電子電氣系統(特別是 ECU)的「超嚴格品管手冊」和「開發流程指南」,從概念、設計、測試到生產和報廢,都詳細規範了每個安全要求和驗證方法,唯一目標就是把任何潛在風險降到最低

有了上述這四項策略,威力暘確保其產品從設計、生產到交付都符合嚴苛的安全標準,才能通過 ISO 26262 的嚴格檢驗。

然而,ECU 的演進並未就此停下腳步。當ECU 的數量開始精簡,「大腦」變得更集中、更強大後,汽車產業又迎來了新一波革命:「軟體定義汽車」(Software-Defined Vehicle, SDV)。

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軟體定義汽車 SDV:你的愛車也能「升級」!

未來的汽車,會越來越像你手中的智慧型手機。過去,車輛功能在出廠時幾乎就「定終身」,想升級?多半只能換車。但在軟體定義汽車(SDV)時代,汽車將搖身一變成為具備強大運算能力與高速網路連線的「行動伺服器」,能夠「二次覺醒」、不斷升級。透過 OTA(Over-the-Air)技術,車廠能像推送 App 更新一樣,遠端傳送新功能、性能優化或安全修補包到你的車上。

不過,這種美好願景也將帶來全新的挑戰:資安風險。當汽車連上網路,就等於向駭客敞開潛在的攻擊入口。如果車上的 ECU 或雲端伺服器被駭,輕則個資外洩,重則車輛被遠端鎖定或惡意操控。為了打造安全的 SDV,業界必須遵循像 ISO 21434 這樣的車用資安標準。

威力暘電子運用前面提到的四大核心策略,確保自家產品能符合從 ISO 26262 到 ISO 21434 的國際認證。從品質管理、軟體開發流程,到安全認證,這些努力,讓威力暘的模組擁有最高的網路與功能安全。他們的產品不僅展現「台灣智造」的彈性與創新,也擁有與國際大廠比肩的「車規級可靠度」。憑藉這些實力,威力暘已成功打進日本 YAMAHA、Toyota,以及歐美 ZF、Autoliv 等全球一線供應鏈,更成為 DENSO 在台灣少數核准的控制模組夥伴,以商用車熱系統專案成功打入日系核心供應鏈,並自 2025 年起與 DENSO 共同展開平台化量產,驗證其流程與品質。

毫無疑問,未來車輛將有更多運作交由電腦與 AI 判斷,交由電腦判斷,比交由人類駕駛還要安全的那一天,離我們不遠了。而人類的角色,將從操作者轉為監督者,負責在故障或斷網時擔任最後的保險。透過科技讓車子更聰明、更安全,人類甘願當一個「最弱兵器」,其實也不錯!

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觀測通知:太陽表面出現大黑子群,3/17之前可見
臺北天文館_96
・2012/03/13 ・1011字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 433 ・四年級

(2012.03.09更新)

根據觀測結果,這波CME已於臺北時間3/8下午18:45衝擊地球磁場,但所引起的磁暴活動並未如預期的那麼強烈,只有溫和(mild)程度而已。不過,AR 1429的磁場仍維持相當強而複雜,未來仍須注意此群黑子的動態。

(2012.03.08原新聞)

sunspot AR 1429 by TAM.  美國大氣海洋局(NOAA)太陽表面活動區編號為AR 1429的太陽黑子群,最新觀測(2012.03.08)顯示這群黑子的面積(含半影)高達太陽半球面的百萬分之1270,相當於地球總表面積的30倍以上,而且預計它的面積還可能會繼續增加。是自2011年11月上旬的AR 1399之後面積最大的黑子群(請參見天文新知2011-11-03 觀測通知:超大黑子轉出,未來2星期需密切注意其變化)。目前預計在3/17之前均可見到這群黑子。這群黑子已經大到可以用一般業餘望遠鏡投影或攝影即可觀察,甚至在日落或日出時,陽光不刺眼的時候,用肉眼就可以瞧見。

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這群黑子目前已處在最複雜的Beta-Gamma-Delta型磁場結構,因此相當容易引起爆發。事實上,它在臺北時間3/5上午已經爆發了一個X1級閃焰,3/7上午又再爆發一個X5.4級的閃焰(點選此處觀看SDO影像),閃焰爆發後伴隨的CME活動所拋出的物質,以每秒580公里的速度向外移動,預計將在臺北時間3/8的14:25(±7小時)通過地球,另一預測認為將在3/8前後通過地球,這段期間可能引起強烈(strong)到嚴重(severe)等級的磁暴活動,呼籲衛星控制、飛航、發電、通訊等相關設施機構需密切注意,但對地球表面沒有直接的威脅。

SOHO C3日冕儀於2012/03/07 觀測到的CME

  除了已經爆發的CME之外,太陽物理學家們還預測:在未來24小時內,這群黑子附近的M級閃焰爆發機率達80%、X級閃焰爆發機率高達40%以上,高緯度可見磁暴活動的機率也高達85%以上,中緯度地區可見磁暴活動的機率也高達45%以上,換言之,要看到美麗極光的機會很高喔!

提醒各位注意:千萬不要用沒有加裝專業太陽濾鏡的望遠鏡直視太陽,否則將會引起眼睛損傷!一般太陽眼鏡不是專業太陽濾鏡,別拿來做這種太陽觀察!!!利用望遠鏡觀察,必須加裝專業太陽濾鏡裝置,或利用望遠鏡投影的方式來觀察;在傍晚或黃昏陽光不刺眼的時候,雖可以直接肉眼觀察到,但還是不建議這樣直接看,因為對眼睛安全有威脅,或是勿直視太陽過久,以免眼睛受損)。如果沒有相關設備,可在星期二到星期日的上午10-12時,下午2-4時,到天文館第二觀測室觀賞。

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觀測通知:御夫座SU與御夫座AB兩變星之協同觀測
臺北天文館_96
・2012/02/12 ・802字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 551 ・八年級

美國哈佛史密松恩天文物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics)Hans Moritz Guenther博士申請XMM-Newton X射線觀測衛星進行御夫座SU(SU Aur)和御夫座AB(AB Aur)兩變星的觀測,並尋求光學天文臺的支援,希望能在2012年2/15~2/17期間進行同步觀測。歡迎有興趣者加入。

御夫座SU是典型的金牛座T型變星(T Tauri),御夫座AB則是接近赫比格Ae星(Herbig Ae star)的變星,這兩種都是由原恆星(protostar)即將轉變成主序星(main sequence star)的主序前星階段(pre–main sequence star),其中金牛座T型變星一般是低質量恆星,赫比格Ae星則是中高質量恆星。這兩類年輕恆星因周圍吸積盤中的物質還在持續堆積而引發某些讓亮度變化改變的現象。其中御夫SU經常發生閃焰等爆發,這些爆發在X射線波段相當明亮,可能在可見光波段也可見到;但是這種主序前星的閃焰爆發事件應該和太陽這類已經成熟的恆星所發生的閃焰不同,因此才讓Guenther博士計畫仔細研究。

御夫座SU星和AB星視亮度分別為9.5等和7.0等,相當明亮。此外,AB星與SU星僅相距3角分,鄰近還有顆亮度7.6等的參考星(comparison)。因此用,以口徑約5~10公分左右的小型望遠鏡就可以同時觀測這兩顆變星與參考星。可利用AAVSO的VSP取得參考星圖(http://www.aavso.org/vsp),星名部分請用SU AUR和AB AUR輸入。以下是這兩星的座標(2000.0):
SU Aur R.A. 04 55 59.38  Dec. +30 34 01.5
AB Aur R.A. 04 55 45.84  Dec. +30 33 04.3

Guenther博士申請的XMM-Newton衛星觀測時間是國際標準時(UT)的2012年2月15日20:31:13到2月17日01:27:53之間;光學望遠鏡的觀測可在XMM-Newton開始觀測前幾小時到XMM-Newton結束觀測後幾小時,不過還是以XMM-Newton的觀測時間內為主。如果能在這幾日開始到2/24之間都有觀測資料,那就更好了。

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Guenther博士建議:盡量用CCD進行觀測,每次曝光時間維持在1分鐘以下,且CCD的時間需事先校正好。V濾鏡優先,但若使用其他濾鏡的觀測也可接受;又因為兩星比較偏紅,不建議做無濾鏡的觀測。

資料來源:AAVSO Alert Notice 452[2012.02.08]

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Zharkov等人研究2011年2月15日的一場閃焰爆發,發現於爆發時向外拉出的磁力線兩端被觸發了日震現象,震動強度比2011年3月11日的日本大地震還強1000倍以上。這顯示爆發時突然向外擴張的磁場,很可能在日震產生機制中扮演了重要角色。閃焰爆發後,向外噴出的物質以每秒600公里的速度向外衝向太陽系各處,若是恰好對著地球而來,將引起地球磁暴,並上演一場美麗的極光秀。

Lone Wolff於1972年首度提出日震現象的預測,在太陽表面就像一圈圈向外擴散而去的圓形漣漪,就像小石頭丟進池塘水中所引起的現象。然而,日震並非是有東西丟進太陽表面而引起的,而是太陽表面以下突然的能量釋放所產生的聲波在太陽表面被彎曲並向外傳遞而引起的。

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