太陽爆發會導致日震

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

（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）

　　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。

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。

　　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。

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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。

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

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。

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]

轉載自台北天文館之網路天文館網站