星團裡的星團—NGC 6604

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！

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）。

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？

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。

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。

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。

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）。

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！

天文學家利用歐南天文台（ESO）超大望遠鏡（Very Large Telescope，VLT）NACO紅外相機和SINFONI紅外光譜儀，觀察位在銀河系中心的超大質量黑洞（supermassive black hole）人馬座A*（Sgr A*），結果發現一個質量約為地球數倍大的氣體正加速朝黑洞而去。這是天文學家首度看到這類氣體雲被超大質量黑洞吞噬的瞬間。相關論文發表在2012年1月5日出版的自然（Nature）期刊。

天文學家相信我們銀河系的中心有個質量高達400萬倍太陽質量的超大質量黑洞。但因連宇宙中速度最快的光接近黑洞時，都會被黑洞吞噬，無法直擊黑洞的情形，因此必須藉助周圍其他天體來間接瞭解這個黑洞。

由德國普朗克地外物理研究所（Max-Planck Institute for Extraterrestrial Physics）Reinhard Genzel領軍的研究團隊，利用ESO望遠鏡執行一個長達20年的計畫，監測Sgr A*周圍的恆星運動狀況。在監測過程中，他們發現一個獨特的新天體正高速向黑洞接近。過去7年間，這個天體的速度幾乎增加為發現時的2倍，達時速800多萬公里。

　　它的軌道相當橢圓，Genzel等人估計約在2013年年中左右，這個天體就會離Sgr A*這個黑洞的事件穹界（event horizon）僅約400億公里之遙。這個距離聽起來很遠，可是僅相當於36光時（light-hours），以天文尺度而言，算是與超大質量黑洞非常近的距離了。而估計這團雲氣所能最靠近黑洞而沒被瓦解的距離，大約是3AU以內。（註：1光時代表光行走1小時的距離，相當於300000公里/秒*60秒*60分鐘=10.8億公里，大約比太陽到木星距離多一點。1AU代表太陽到地球的平均距離，相當於1.5億公里；3AU大約相當於在火星到木星之間。）

然而觀測資料顯示，這個天體的溫度遠低於附近的恆星，僅有攝氏280度左右（一般正常恆星的表面溫度約數千度到數萬度），主要是由氫與氦等元素所組成。這是個含塵量偏高的離子氣體雲，總質量約為地球的3倍左右。由於受到鄰近眾多而熾熱的恆星所發出的強烈紫外輻射影響，這個雲氣已被游離化而發出光芒。

這個雲氣的密度比環繞在Sgr A*黑洞周圍吸積盤內的熾熱氣體還高許多，但當它愈來愈接近黑洞時，愈來愈高的外來壓力會壓縮這個雲氣，在此同時，來自黑洞的重力也愈來愈強，使得雲氣速度持續增加，最後導致雲氣在邊環繞、邊落往黑洞表面的過程中，會被拉扯變形，沿著環繞黑洞的軌道散佈。

在科幻片或科幻圖畫中，常可見接近黑洞的太空人被拉長成麵條一般的景象，但現在卻是真實看到類似的事情發生。這樣被拉扯變形的結果，將使雲氣分裂瓦解，再被黑洞一一吞噬。由於這些天文學家從2008年和2011年所拍的影像中已經看到這個雲氣的邊緣碎裂的現象，顯示正在加速分裂的徵兆，所以他們估計這個雲氣結構可能在未來數年內便會完全瓦解。

此外，當散在軌道上的物質於2013年愈來愈接近Sgr A*時，其溫度也會愈來愈高，屆時可能會發出X射線輻射。目前少有物質接近Sgr A*，因此當這團新發現的雲氣物質將是Sgr A*未來數年內唯一的餐點。

對於這團雲氣的來源，有天文學家認為可能是鄰近的年輕大質量恆星因所發出的恆星風非常強烈，導致其快速流失質量所致。這類恆星基本上會將流失的氣體吹得很遠。天文學家在Sgr A*附近發現一對雙星正環繞Sgr A*運轉，它們的恆星風互相撞擊激盪，非常可能就是因此而形成這團雲氣。

Genzel表示：未來2年內，這團雲氣和超大質量黑洞之間的互動狀況必定非常有趣，如能密切監視其發展，對於瞭解黑洞周圍物質的行為特性有非常大的幫助。而Sgr A*是離我們最近、最容易觀察的超大質量黑洞，如能對其性質進一步瞭解，更可將對Sgr A*的瞭解，延伸應用到其他星系中心的超大質量黑洞上。

資料來源：A Black Hole’s Dinner is Fast Approaching[2011.12.14]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

天文學家捕捉到一幅太空吸血鬼正在作案的畫面：在一個雙星系統中，其中一顆子星的質量絕大部分都被它的吸血鬼伴星掠奪。不過，讓天文學家意外的不是掠奪的現象，而是這顆伴星掠奪物質的速度比天文學家原本預期的還要溫和。

法國IPAG天文學家Nicolas Blind等人，利用歐南天文台（ESO）帕拉瑪天文臺（Paranal Observatory）的VLTI干涉陣列（Very Large Telescope Interferometer）進行聯合觀測，如此一來便如同使用口徑130米的單一望遠鏡來觀察一樣，影像解析度比哈柏太空望遠鏡還精細50倍以上。因此Blind等人所取得的影像，不僅可將這對雙星解析開來，看到兩顆個別恆星互繞的景象，而且還可以測量出兩星中比較大的那顆恆星的體積。

這個特別的雙星系統是天兔座SS星（SS Leporis），兩星互繞週期約為260天，彼此間的距離相當於地球到太陽的距離（1AU，1天文單位，相當於1億5000萬公里）；其中較大但表面溫度較低的主星，其半徑就佔了1/4（0.25AU）左右，換言之，若將這顆恆星放在太陽的位置，那麼它的表面大概只比水星軌道小一點，是顆所謂的「紅巨星（red giant）」。正因這兩顆星這麼接近的緣故，所以較小但表面溫度比較高的伴星子星，已經掠取了主星約一半的質量了。

雖然天文學家早已知道這個雙星系統中有質量轉移的現象，但轉移速度遠比天文學家預期的還慢，和現行的理論模型預測的過程截然不同；這顆吸血伴星的動作雖慢，但卻非常有效率。

根據這個最新觀測結果，由於影像夠銳利，主星比先前預期的還小，天文學家們很難解釋這顆紅巨星的質量是如何傳遞給伴星的。目前，這些天文學家猜想，說不定這顆紅巨星原本只是因向外發出恆星風之故，才會使得部分物質被伴星「接收」，而非如先前所想的直接從主星傳遞物質給伴星。

天兔座SS星，又名天兔座17號星或HD 41511，視亮度在4.82～5.06等之間變化，於無光害、天空清朗之處，以肉眼便可看見這顆星。距離地球約1,069光年，原為光譜雙星，意思是，僅能經由光譜觀測中，譜線的移動而得知有伴星存在的雙星系統：但現在藉由解析力極佳的VLBI協助，天文學家才能看到個別的恆星。因此，顯見未來將會有更多的光譜雙星在VLBI的鷹眼下，一一現形。

資料來源:Vampire Star Reveals its Secrets[2011.12.07]

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右圖是利用位在智利La Silla觀測站MPG/ESO的2.2米望遠鏡廣角相機（Wide Field Imager）拍攝的NGC 6604星團影像。這個星團常會被鄰近另一個更顯著的天體—老鷹星雲（Eagle Nebula，M16）掩去風采。不過WFI的這幅塵埃氣體雲氣繚繞的景象，卻將NGC 6604本身的美麗景色凸顯出來，抹去平時那陪襯角色的不起眼印象。

NGC 6604星團就在這張影像的左上方，這是個相當年輕的星團；不過，其實NGC 6604只是一個散佈範圍更廣的巨蛇座星協（Serpens OB association）裡最密集的部分，而這個星協本身則是由約一百顆明亮的O型或B型藍白色恆星所組成的恆星集團，類似疏散星團，但成員的分佈比疏散星團更為鬆散、散佈範圍更廣。影像中同時呈現出與NGC 6604星團有關的星雲，包括Sh2-54這個發光的氫離子雲，以及其他塵埃雲。

NGC 6604位在巨蛇座（尾部）方向，距離地球約5,500光年。在地球所見的夜空中，它位在M16老鷹星雲北方2度遠之處。透過小型望遠鏡可輕易看見星團中的明亮恆星，因此早在1784年，就被威廉‧赫歇爾（William Herschel）收錄進新總表（NGC星表）中。然而，直到1950年代，天文學家Stewart Sharpless才從帕洛瑪星圖（National Geographic–Palomar Sky Atlas）中發現圍繞在它周邊的Sh2-54等昏暗星雲，並收錄進他於1959年出版的夏普利斯氫離子區星表（Sharpless catalogue of HII regions）。

NGC 6604星團中的年輕熾熱恆星正在幫助最新一代的新恆星誕生，因為這些年輕熾熱恆星所發出的強烈恆星風和紫外輻射，不斷地將周邊的雲氣推擠聚集，從而稠密到得以誕生新恆星的地步。由於最亮的年輕恆星質量比較大，核融合速率高而使得它們壽命比較短，因此新一代恆星將很快的取代現在所見的這個恆星世代。

除了可供觀賞的美景價值外，對天文學家而言，NGC 6604其實是真有科學價值的，因為這個星團中正向外發射一個奇怪的熾熱離子氣體柱。銀河系內他處和其他螺旋星系中，都曾發現類似的熾熱氣體柱，這是年輕星團的物質向外流失的管道；但由於以天文尺度而言，NGC 6604的5,500光年算是非常近的，讓天文學家得以詳細地研究這種氣體柱的性質。這種被天文學家暱稱為「煙囪（chimney）」的氣體柱，通常垂直於銀河盤面，一般會向上或向下延伸達650光年。天文學家認為NGC 6604裡的這些氣體柱應該是熾熱恆星造成的，不過還有待持續研究以期能進一步瞭解這些煙囪形成的細節。

資料來源：A Cluster Within a Cluster, 2012.04.25

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