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日環食觀賞全攻略(台灣限定版):錯過這次再等 195 年!

PanSci_96
・2020/06/10 ・3822字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 490 ・五年級

本文由嘉義市政府與泛科學合作製作

就是2020,在台灣也看得到日環食,錯過再等 195 年!

日食每年最多發生 5 次,最少 2 次,而透過沙羅週期我們可以知道,同一地區,每次日食現象發生的間隔並不相同,上次台灣發生日環食是在 2012 年,若是錯過今年的 6 月 21 日,下次要在台灣看到日環食就得等到更久以後的 2215 年(欸不是!只有人瑞才能等那麼久吧~)。

今年在台灣居然也能看到罕見日環食奇景,機會難得,趕緊把握吧!

總之,千萬別錯過這次有生之年難得一見的天文奇景!

什麼是日食?

如何看日環食呢?看這一篇就夠!

日食的成因與形成條件

月球依照它的公轉軌道繞地球走時,如果剛好「擋」在太陽與地球間,使「日-月-地」幾乎排排站成一直線,月球的身影便會遮蔽直射地球的陽光,此時,在地球的人們就會看見太陽彷彿被吃掉一樣,不是完整的圓,因此稱之為「日食」。

我們之所以看得到月「亮」,是因為月球會反射太陽光,所以日食當天地球的人看不到月亮,而一個月之中看不到月亮的日子正是初一(朔月),因此日食必發生於初一。但不是每個月的初一都會發生日食,由於月球繞地球的公轉面(白道)與地球繞太陽的公轉面(黃道)存在著 5.9 度的夾角,所以並不是每個月的初一,其「日-月-地」的連線都剛好是一直線。

「日-月-地」的連線都剛好是一直線!

日食的種類

基於月球繞地球的軌道是橢圓形,月球與地球的距離時而遠、時而近,因此,日食發生時,我們在地球上觀察到的月球遮蔽太陽的面積大小就會不一樣(也會因觀測者所在位置不同而有所異),產生以下幾種日食現象:

  • 日全食 (Total):當月球離地球較近,在月球本影內的地區的人可見日全食。
  • 日環食 (Annular):月亮離地球較遠,無法完全遮擋太陽,本影延伸區域內的人可見日環食。
  • 日偏食 (Partial):不管月亮遠近,只要是在月球半影區中的人都可看到月亮讓太陽「缺角」。
  • 複合日食 (Hybrid) 或全環食 (Annular-Total)(罕見):月亮恰好可遮住整個太陽,使地球上部分地區的人看見日全食,另一部分地區的人看見日環食。

小知識:月球在地球表面投射的陰影可分為「本影區」和「半影區」。在本影區中,所有的光線會被完全遮蔽,如同光源消失一般。而在半影區中,只有部分的光線被遮住,光源就像是缺了一角。

當月球離地球較近時,在本影區域的人可看到日全食;當月球離地球較遠時,在本影區延伸區域(偽本影)的人可看到日環食;無論月球遠近,只要是在月球半影區中的人都可看到太陽「缺角」。

日食要怎麼觀測?

若要精準捕捉日食動態,時間由前至後,主要可以觀看初虧(偏食開始)、食既(環食開始)、食甚(食的中央)、生光(環食結束)、復圓(偏食結束)這幾個階段,但在台灣不同地區能看到的日食階段不一樣。

我們在這支合作影片中也介紹了日環食五階段,一起來看看吧!

觀賞地點:

2020 年 6 月 21 日這天下午 2:44 分之後,從金門到台東,全台各地將陸續出現日食,但只有金門、澎湖、雲林、嘉義、台南、高雄、花蓮與台東部分地區可看見壯觀罕見的日環食,其他地區則可見食分甚大的日偏食。(欲知日食詳細時間,可至網路天文館的各縣市行政區與外島日食時間表查詢)

只有金門、澎湖、雲林、嘉義、台南、高雄、花蓮與台東部分地區有機會可看見日環食。

觀賞配備:

由於眼睛曝曬在陽光底下容易造成乾眼症、角膜炎、白內障等傷害,所以我們必須擁有一副好的配備觀察日食,那該準備什麼配備呢?以下列出幾項觀測日食的最佳好幫手:

純觀賞日食:

減光器材:若想直接看日食,可用市售太陽觀測專用減光濾紙,或是自行準備曝光且沖洗過的「黑白底片」或 X 光片、係數 11 以上的電焊玻璃、黑膠片、專用日食眼鏡。

觀看日食時,必須使用專用日食眼鏡,而非一般太陽眼鏡喔!

** NG 行為一:使用太陽眼鏡、墨鏡或看水中太陽的倒影都會傷害眼睛喔!**

針孔投影:看日食「最安全」的方法,可利用樹葉縫隙或任何有「洞」的器具,將小孔對準太陽,藉針孔投影的方式觀測投影到地面、平面的成像逐漸出現「缺角」。(如下圖示意)

望遠鏡(雙筒或單筒望遠鏡都行):

  • (1) 減光:使用太陽觀測專用減光濾紙加裝於物鏡,或使用望遠鏡專用太陽濾鏡。
  • (2) 投影:透過望遠鏡將太陽投影在白色屏幕或紙上。

** NG 行為二:使用望遠鏡投影在白紙上時,白紙的位置若太接近望遠鏡的焦點,可是會因望遠鏡聚光的特性而引起火燒紙的喔!**
** NG 行為三:直接拿望遠鏡的目鏡或尋星鏡,以肉眼直接看太陽,可是造成眼睛灼傷,甚至失明喔!**

若是要直接對準太陽拍攝日食,無論是望遠鏡,或是攝影機務必加裝減光設備。常見的設備有:

減光鏡:最普遍使用的是中性灰濾鏡 (Neutral Density Filter,簡稱 ND 鏡),ND 鏡分為很多等級:使用 ND2 會讓通光量減至原通光量的 1/2,使用 ND4 會讓通光量減至原通光量的 1/4,以此類推。通常會使用太陽專用的 ND 鏡,且必須是 ND4 或 ND5 以上。

** NG 行為四:若使用目鏡專用的太陽濾鏡,易因為位置接近焦點,而造成破裂、發生危險,因此盡量避免使用此類濾鏡。**

ND 濾鏡分為很多種類,在觀測日食必須選擇適當的等級濾鏡才能真正保護眼睛喔!圖 / flickr

太陽觀測專用減光濾紙:使用前,需要注意濾紙的鍍膜是否有損毀、脫落或不平整等問題,若是發現問題,應避免使用。

拍攝技巧:

  • 縮短曝光時間:拍攝前先測試不同的曝光時間,正式拍攝時也可以嘗試不同的曝光照片,方便抓到最佳的日食身影。
  • 特寫:想要捕捉日食不同階段的特寫的話,建議使用焦長 400~1000 mm 以上的鏡頭或望遠鏡,或是利用焦長 200~300 mm 鏡頭加裝 2X 或 3X 加倍鏡。
  • 間歇攝影:預先確定日食全程所需時間與太陽在天空的路徑,選擇具有重複曝光功能的相機、適當的鏡頭,將相機固定在一定點,將太陽影像曝光於同一張底片,且需隨太陽被食的程度調整光圈大小與曝光時間。

觀賞小撇步

除了我們為你精心準備的日環食觀賞懶人包外,這裡也統整了看日環食的各種小撇步:

  1. 如果想看日食但身上沒有任何配備怎麼辦?拿出你的鑰匙吧!透過鑰匙孔投影成像,就可以輕鬆觀測日食囉~
  2. 每次觀察日食的時間長度約 10~20 秒即可,如果過久易造成視力受損。
  3. 由於環食發生的時間極短,約莫 1 分鐘以內,建議先來看看網路天文館提供的日食時間表,才不會錯失與日環食相遇的時刻喔!
  4. 日食前後的環境氣溫、天光亮度等會有變化,如果有興趣觀察太陽被擋住時,地球發生什麼變化的人,可以自備相關設備測量。
  5. 沒辦法親臨現場參觀的人,也可以透過台北天文館的日食線上直播,一同觀賞這盛大的一刻。

在 2020 年 6 月 21 日這天,如果你真的很想親自參加這場日環食盛會,嘉義市特別舉辦了系列活動(包括攝影比賽、闖關活動等),請把握這有生之年只剩一次的機會吧!

在幾乎都被環食帶覆蓋的嘉義市,針對日環食有一系列的特別活動喔。

此外,在台北的朋友們別灰心~台北天文館也有舉辦日食主題特展、大眾日食講座等展演節目,歡迎大家一同共襄盛舉。

台北天文館所舉辦的「太陽的魔法特展」(展期2020/4/1~10/11),展區展出許多關於日食的歷史與成因,還有好玩的闖關活動以及神秘過關小禮物,等你來拿呦~圖 / 台北天文館-太陽的魔法特展 拍攝

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「甲骨」還是「假古」?刻在龜甲與獸骨上的天文紀錄可信嗎?
臺北天文館_96
・2022/02/15 ・5183字 ・閱讀時間約 10 分鐘

  • 文/歐陽亮|天文愛好者,中華科技史學會會員,曾獲 2001 年尊親天文獎第二等一行獎,擔任 2009 全球天文年特展解說員。

甲骨文,可算是漢字的始祖,這些刻在龜甲、獸骨的原始生活記錄,除了寫下戰爭樣貌、繁複祭典與詢問吉凶等占辭,也記載了一些看似形容天象的文句,某些甚至被廣為宣傳,號稱是世界上最古老的記錄。

然而到目前為止,近五千字的甲骨文裡卻只有一千多字被認出,已解讀的文字中也有許多爭議,疑點重重。建立在這樣流沙般的基礎上所找到的天象紀錄,可信度會高嗎?

「貞人用火炷燃燒那些凹缺,直到甲骨另一面出現龜裂的痕跡。不知怎地,就在這龜裂的時刻,他們捕捉到了來自另外一個世界的聲音──除了商朝的歷代祖先,還有各種掌控大自然風雨洪水的力量所發出的聲音[1]。」

甲骨文,是東亞目前已知最早的文字系統,可算是漢字的始祖。這些刻在龜甲、獸骨的原始生活記錄,除了寫下戰爭樣貌、繁複祭典與詢問吉凶等占辭,也記載了一些看似形容天象的文句,自從一百多年前發現以來,已陸續解讀出「日食、月食、新星、彗星、鳥星」等辭,某些甚至被廣為宣傳,號稱是世界上最古老的記錄。

然而到目前為止,近五千字的甲骨文裡卻只有一千多字被認出[2],接近三分之二無法解讀,進展十分緩慢。2016 年中國大陸曾舉辦甲骨文釋讀獎勵,破譯一個字可得到五至十萬元人民幣,但只有兩人獲得。另外更鮮為人知的是,已解讀的文字中也有許多爭議,專家的意見經常不一致,因此疑點重重。在這樣流沙般的基礎上所找到的天象,可信度會高嗎?我們先來看看一些常在科普文章出現的案例。

「三焰食日大星」[3]

這個看似三道火焰吞食太陽並同時出現亮星的驚奇景象,若真的看得到,應該是指日全食的現象。

能吃掉太陽並讓它變黑的火焰,應該是我們所知的日珥(圖 1 ,原始黑白照片在歐南天文臺ESO網頁),所以它曾被當成古老的日全食與日珥記事(圖 2)[4]。不過,根據較新的文字學角度來分析,有學者已將這句話重新解讀成「乞列,食日大星」,三與乞形似,意為迄;第二字似「臽」又似「列」。乞列是指天氣陰沈到可能下雨[5],或指停止陳放祭品,[6]但是到了「食日」的時刻,即上午用餐時分[7],天氣卻轉大晴,因為「星」字亦可解釋為晴朗[8]。不過這種令人失望的新解釋,又被最新的實物目視結果否定,因為「三」不一定是指「乞」[9]

圖 1. 西元 1919 年 5 月 29 日可能捕捉到日全食中顯現過的最大日珥,此為捷克天文學家彼得.霍拉克(Petr Horálek)在 2021 年 2 月修復與上色的後處理照片。圖/ESO/Landessternwarte Heidelberg-Königstuhl/F. W. Dyson, A. S. Eddington, & C. Davidson, P. Horálek/Institute of Physics in Opava, M. Druckmüller
圖 2. 甲骨文「三臽食日大星」散佈於左上角鑽鑿凹穴之間。圖/張惟捷〈甲骨文字舊釋新說──以史語所藏十四版腹甲為例〉之目驗摹本,頁 24

「癸酉貞日夕又食」[10]

號稱世界最早日食紀錄的「癸酉貞日夕又食」(圖 3),其實歷來眾說紛紜。

癸酉是古代干支紀日的日期,貞是占卜之意,意思是在癸酉日占卜。但日夕又食是日食嗎?「又」當成「有」的話,多出的夕字何解?有人認為「夕」不能解釋為黃昏,就算可以解釋為日夜之交,但是從西元前 1400 至前 1000 年並沒有殷都安陽可見且剛好是癸酉日的日沒帶食[11]。然而若查詢古代日食表[12]並以天文軟體 Stellarium 檢驗這三百年的天象卻可以發現,在西元前 1129 年 2 月 14 癸酉日的安陽地區剛好能見到一次在下午 5 點多食甚的日沒帶食。又另有一說認為這段文字是在貞卜尚未發生的事,不能視為已發生的天象[13],但也有人認為相反[14],因此目前尚無定論。

圖 3. 「癸酉貞日夕又食」日食觀測歷史說明牌。圖/筆者攝於天文館「太陽的魔法特展」,右上角為實物照片

「日有戠」[15]

這又是一種疑似日食的記錄,但也有人解釋為太陽黑子[16]。不過卜辭中另有「月有戠」記錄,然而月面的斑紋總是不變,不太可能指稱月亮出現黑子,因此解釋為太陽黑子是有疑問的。[17]

「新大星並火」[18]

從字面看來,這句甲骨文的意思很像「有新星出現,與心宿二(古稱「火」)並列」(圖 4),不過,「新」也可能是一種祭祀名稱,句子可變成「新,大星,並火」,意思是舉行「新」祭典,結果天放晴,於是舉辦「並」祭典來祭祀心宿二[19]。這個疑似史上第一顆新星或超新星的記錄,也許只是學者的誤解。

圖 4. 「新大星並火」拓本。圖/《殷虛書契後編》下 9.1

二十八宿、「鳥星」[20]

由於以前學界對於中國星座起源有許多爭議,使得人們寄望在甲骨文裡找到二十八星宿的古字與線索,證明中國星座是起源於本土。現在雖已發現若干疑似二十八宿星名的甲骨文字,但是經過詳細考證後,確定是星名的其實不多[21]。例如「鳥星」兩字(圖 5)曾經被視為《尚書.堯典》所載「日中、星鳥」的意思,即南方朱雀的原始形象,然而也有人認為鳥可能是受祭的神名,此點在學界尚未有共識[22]

圖 5. 「鳥星」拓本。圖/《殷虛文字乙編》6664

除了以上問題之外,學者對於月食、彗星的看法也是百家爭鳴、莫衷一是,更麻煩的是甲骨學主流體制外還有其他新的質疑。以下舉一些有趣的例子:

日與丁(圖 6):在口中間多了一橫,就是日嗎?為什麼有時又被解釋為干支的「丁」字?兩者混淆的情形其實很多[23]

圖 6. 甲骨文「日」的各種形狀,中間不一定有點或橫。圖/摘自徐富昌《從甲骨文看漢字構形方式之演化》(臺大文史哲學報 64 期,頁 13)

月與夕(圖 7):在眉月中央多了一道,是否為另外一字?解釋者常常自由心證,隨機約定何處為月、何處為夕[24]。甚至有人誤以為「月亮通常只在傍晚出現」而解釋甲骨文可借月為夕[25],但古人觀看天空的時間比起被燈海誘惑的現代人多出許多,天文經驗豐富,是否也會有這種誤會?

圖 7. 甲骨文「月」與「夕」,中間不一定有一點。圖/摘自徐富昌《從甲骨文看漢字構形方式之演化》(臺大文史哲學報 64 期,頁 13)

星與晶(圖 8):在星點的小圓中增加一點來裝飾,於是變成晶字。不過星字本身的變形就很多樣,真的每個字型變化都是指星星嗎?

圖 8. 甲骨文「星」的各種形態。圖/摘自松丸道雄、高嶋謙一編《甲骨文字字釋綜覽》(東京大學出版會,1994,頁 204、205)

這些型態多變的字是因為當時識字者少、傳承困難故而經常出錯,還是因為字體剛發明不久所以尚未定型?抑或現代研究者其實沒有找到正確的分辨方法,導致一字多型且標準混亂?龜甲與獸骨是貴重物品[26],用刀刻字必然比寫字困難,若刻錯字的話如何處理?是否會將錯就錯導致後人解讀時以為該字的形體多變?這些都有待未來進一步釐清[27]

另外一個嚴重的問題是,大多數學者僅以拓本或照片來進行研究,但由於材料古老殘缺、漫漶不清以及轉印物質的侷限,得到的釋文成果往往經不起推敲。有興趣者可到「考古資料數位典藏資料庫」觀察,就會發現看實物照片也不一定能看清楚。因此,一定要真正目視實物,讓光源動態變化,才能看出細微字跡到底刻劃到哪。目前發現可能至少超過五成的刻辭內容需要改定[28],因此甲骨上看似天象記錄的文字,最好等學界有普遍的共識與認定,再引用為教材比較妥當。遙想當年的相對論、板塊理論也曾走過被質疑的過程[29],「甲骨學」亦將如此,不過若因此進行過度揣測、冒然發表「世界最早記錄」,只是引起注目與混淆,終將被時代考驗所淘汰。

中文字體歷經幾千年的變化,存在許多未知的起源,字形字音字義也經過多次轉折,容易讓後人分析時產生誤解,即使是字典的始祖《說文解字》也無法避免[30],「甲骨學」又是一門還在進行初步研究的學問,以上列舉的問題,也許會讓人萌生挫折與懷疑,不過,就像科學必須不斷地依靠新發現來推展前景一樣,歷史也是這樣進步的。古人記錄的熒惑守心被現代證實有 74% 的錯誤、施行了千年以上的神奇候氣術也被後世完全揚棄,但甲骨文研究只進行了百年左右,若舊的解讀方式真的已呈現死胡同狀態,那麼從百年束縛中破殼而出也許只是未來的必經之路了。

相關影片:

〈甲骨文紀錄中的奇異氣象和天象〉。影片來源/中國國家博物館

附註:

  1. 何偉 Peter Hessler《甲骨文:一次占卜當代中國的旅程》Oracle Bones, A Journey Through Time In China,譯者:盧秋瑩,八旗文化出版社,2011,頁 166。
  2. 王宇信《建國以來甲骨文研究》,中國社會科學出版社,1981,頁 54、203。
  3. 收在《小屯第二本:殷虛文字乙編》圖版 6386,可至「甲骨文拓片數位典藏」查詢原件拓本。
  4. 陳遵媯《中國古代天文學簡史》,木鐸出版社,1982,頁 60 以及《中國天文學史》第三冊,明文書局,1987,頁 18。
  5. 馮時《百年來甲骨文天文曆法研究》,中國社會科學出版社,2011,頁 132。
  6. 李學勤〈三焰食日卜辭辨誤〉,《夏商周年代學札記》,遼寧大學出版社,1999,頁 20。
  7. 參見陳夢家《殷虛卜辭綜述》,中華書局,1988,頁 232;董作賓《殷曆譜》,《董作賓先生全集》乙編第一冊,藝文印書館,1977,頁 32;嚴一萍〈食日解〉,《中國文字》新六期,藝文印書館,1982,頁 51~52。
  8. 馮時《百年來甲骨文天文曆法研究》,頁 70。
  9. 張惟捷〈甲骨文字舊釋新說──以史語所藏十四版腹甲為例〉,《文與哲》學報第 22 期,2013,頁 12:三的三橫皆等長,中橫並不略短,應釋為三之意。
  10. 收在《殷契佚存》編號 374。
  11. 馮時《百年來甲骨文天文曆法研究》,頁 122。
  12. 張培瑜《三千五百年曆日天象》,大象出版社,1997,頁 970。
  13. 胡厚宣〈卜辭「日月又食」說〉,《上海博物館集刊》第 3 期,上海古籍出版社,1986。
  14. 李學勤:《癸酉日食說》,《中國文化研究》1998 年第 3 期,頁 26。
  15. 收在《殷契粹編》55、《甲骨文合集》33697 等。
  16. 陳夢家《殷虛卜辭綜述》,頁 240。
  17. 馮時《百年來甲骨文天文曆法研究》,頁 124。
  18. 羅振玉《殷虛書契後編》下 9.1。
  19. 馮時《百年來甲骨文天文曆法研究》,頁 47、48、83。
  20. 收在《小屯第二本:殷虛文字乙編》圖版 6664、6672,《甲骨文合集》11497、11498。
  21. 馮時《百年來甲骨文天文曆法研究》,頁 81。
  22. 馮時《百年來甲骨文天文曆法研究》,頁 67~75。
  23. 黃奇逸《商周研究之批判:中國古文字的產生與發展》,巴蜀書社,2008,頁 42。
  24. 黃奇逸《商周研究之批判:中國古文字的產生與發展》,頁 23。
  25. 徐富昌〈從甲骨文看漢字構形方式之演化〉,《臺大文史哲學報》,64 期,2006,頁 13。
  26. 許進雄《文字學家的甲骨學研究室》,臺灣商務印書館,2020,頁 40。
  27. 上古文字難讀的原因有:原始文字不能有效記錄語言、口傳失誤、方言問題、文字假借造成混亂、後代古音研究誤導等,詳見黃奇逸《歷史的荒原:古文化的哲學結構》,巴蜀書社,2008,頁 674。
  28. 張惟捷〈甲骨文字舊釋新說──以史語所藏十四版腹甲為例〉,頁 18。
  29. 羅拉.費米 Laura Fermi《原子時代的奠基人:費米傳》今日世界出版社,1973 中文版,葉蒼譯。書中提到 1926 年仍有一部分學者不相信相對論。
  30. 許進雄《文字學家的甲骨學研究室》,頁 214~230、235~239。

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臺北天文館_96
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HOW TO 做出安全的鋰電池?先讓它爆爆看!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2020/12/02 ・2832字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 493 ・六年級

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本文由 UL 委託,泛科學企劃執行

  • 文/陳亭瑋

2019 年的諾貝爾化學獎頒給了發明鋰電池的三位科學家,因為他們的貢獻,讓我們的世界現在隨處可見輕便的手機、筆電以及電動車。在享受鋰電池帶來便利生活的同時,我們也不能忽略其潛在風險。像是 2016 年三星 Galaxy Note 7 手機的爆炸事件,正是電池設計與品質控管不良等綜合因素所造成;電動車在充電或正常操作時起火燃燒等鋰電池意外也時有所聞。

究竟是哪些因素,讓鋰電池出錯、發生自燃或爆炸的意外呢?這要先從鋰電池的構造說起。

鋰電池內部主要是由正極、電解液、負極、隔離膜四大部分組成,加上外殼封裝之後,  就成為可以獨立運作的基礎單元,一般稱為「電芯」。為了有效管理電池效能,並限制電池因錯誤操作所造成的危險,一個或多個電芯還必須進一步連接管理系統電路板,有時甚至配備主動或被動式散熱系統,加上電池外殼進行最後封裝,才成為一般使用者所看到的鋰電池。

鋰電池的充放電都是化學反應。充電時,鋰離子會由正極往負極移動,放電時則反過來。而像這類的化學反應都會放出熱,再加上「電芯」裡大多是易燃材料,如果電池設計不當、品質不良或使用者誤用,就容易燃燒或爆炸。

接著簡單介紹幾個會造成鋰電池「爆炸」的原理。

爆炸自燃的起點:內部短路與外部短路

所謂的短路(Short circuit)主要指電路中有電位差的兩個節點以極低電阻的元件(像是一般的導線)相連;或者換句話說,應該要做好絕緣的兩個點互相接觸了。短路會造成電路中瞬間出現非常大的電流,大電流所釋放出的能量,除了可能燒壞線路、引爆火花,也會讓電池在極短的時間內過度放電,釋放出大量熱能提高電池溫度。

鋰電池短路可大致分為「外部短路」與「內部短路」兩種。所謂的「外部短路」,就是鋰電池的外部正負極之間,有絕緣不良或設計問題,讓正負極以低阻抗的情況下連接發生短路。而錯誤的使用方式、或是損壞的電器連接電池等風險較高的情境,也有可能造成電池短路。

「內部短路」則通常是由於電池設計不良、品質缺陷、過充過放、不當加熱、外部壓力影響結構等因素,造成電芯內的隔離膜受損,兩極直接接觸而出現短路。如開頭提到的三星 Note 7 的電池,就是出現了內部短路。

鋰電池短路會怎樣呢?短路會讓電池在很短的時間內放出很大的電流,因而大量放熱產生高溫,這樣的高溫會破壞電池內部,繼而出現更劇烈的化學反應。

那遇到高溫、熱到不行的鋰電池會發生什麼事呢?

高溫:鋰電池的熱失控連鎖反應

一般來說,鋰電池在使用上有合適的溫度範圍,建議溫度為攝氏 0 度到 45 度,且不可以靠近火源。這也是為什麼,在旅行時也應該要將鋰電池放在隨身行李,讓鋰電池跟著你走,避免將鋰電池放在潛在有可能高溫的飛機貨艙或是車輛的行李艙中。

就像前面所提及的,鋰電池的充放電都屬於化學反應,本身就會放熱,而溫度越高化學反應速度會越快。因此高溫下,電池內部會產生一連串的連鎖反應,持續產生熱,如果無法散熱就會形成熱失控 (Thermal Runaway),累積的熱最終會可能會導致電池起火。

但是鋰電池為什麼這麼容易燒起來呢?爆炸又是怎麼來的?

成分易燃:有機成分在高溫下不穩定

鋰電池的主要組成如電解液、隔離膜為有機成分,本身就屬於易燃物質。再者,高溫下的鋰電池除了會發生「熱失控」持續加速反應與提高溫度,材料本身也會反應分解出易燃的氣體。如果電池沒有排氣、降溫的設計,遭遇到高溫或短路時,就可能起火燃燒、甚至爆炸。所以為了安全起見,使用有鋰電池的電器時,要記得遵守原始的使用設計、不要隨便更動電器的設計或使用方式;環境中有造成高溫火爐或暖爐等,也要記得避開,就可以更安全。

鋰電池的應用方式不同,安全措施也需要隨之調整。如電動車跟儲能系統中,會使用成千上萬顆鋰電池,當每顆電池都有安全風險時,如何不讓鞭炮般連續爆炸的連鎖效應發生,是未來系統設計的重點。

有安全認證才認真安全

作為使用者,該如何享受鋰電池的便利,同時確保自身安全呢?

遵守鋰電池的使用規範是首要條件:例如要在適合的溫度內使用,不接近高溫或有火源的環境。使用電器產品保持謹慎,電池出現如膨起等異常就立即停止使用。

如果購買的產品經過認證,內置的鋰電池設計妥善,且使用時遵守相關規範,就可以把「爆炸自燃」的可能性降到非常非常低囉。

話說回來,又是誰在幫鋰電池進行安全認證,替鋰電池的使用者把關呢?

泛科學採訪了全球產品安全認證機構 UL,他們位在新北市林口/龜山的實驗室 ,正擔負起替各種商品的安全性把關的重責大任。UL 目前已發展超過 1,400 種安全標準,每年評估超過 2 萬多類的產品,幾乎涉及到所有你想得到的商品,當然也包括了鋰電池。

UL有個測試研發單位,其重要工作就是研究鋰電池的各種失效方式。過往較受矚目的任務,包括受託調查三星及波音 787 發生的電池問題。針對鋰電池的安全性, UL 研發實驗室除了會以儀器分析,掃描其物理結構,也會在不同的條件下測試電池的充放電,以逆向工程的方式,拆卸分解,找出鋰電池的弱點。

此外,實驗室為了洞悉不同鋰電池產品的「失效模式」,會用實驗模擬,甚至如針刺的物理破壞方式「讓它爆看看」,藉此收集各種會讓電池「失效」的相關資訊,提供後續針對失效模式的設計建議。現階段,由於材料的設計與限制,不存在「完全安全」、不會爆炸的鋰電池,但可以放心的是,這世界存在著經過檢驗與設計、安全性較高的產品,以及較為安全的使用方式。

未來在購買相關產品時,我們除了關心性能、售價等因素,不妨多注意注意鋰電池是不是經過安全認證,為這美好的科技世界獻上祝福吧!

 

本文由 UL 委託,泛科學企劃執行

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東南亞史前藝術史:能寫實也懂抽象,和歐洲一樣
寒波_96
・2020/12/01 ・3342字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 532 ・七年級

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冰河時期只有歐洲人變聰明?

歐洲在數萬年前的史前時代,就存在洞穴壁畫、雕刻之類的藝術創作。能畫出令畢卡索也讚嘆的畫作,足以讓我們間接推論,壁畫的創作者已經具備現代的心靈。當時的歐洲人除了能準確畫出寫實的動物,野牛、野馬等等,展現觀察與複製自然的能力,也會製作比較抽象的作品。

德國出土,距今 4 萬年前的「獅人」。圖/取自 ref 3

例如在德國南部的史塔爾洞穴(Stadel cave)出土,距今 4 萬年的「獅人」,是一件用象牙雕刻,31 公分高的小雕像;專家估計要花費 400 小時,才能完成這件精品。獅頭人身,顯然不是自然界存在的生物。當時的人為什麼大費周章,製作這類缺乏實用價值的作品,我們毫無頭緒。1

考古學家猜測,獅人雕像曾被作為某些儀式之用,甚至隱約記錄著早已失傳的信仰、原始的宗教。不論如何,獅人這類超現實的作品,都反映出創作者難以捉摸的抽象思維。幾萬年前的歐洲人既能寫實,也懂抽象,別處的人卻沒有類似手筆,難道是歐洲的智人特別聰明嗎?

最近在世界另一邊,東南亞的發現,完全顛覆了上述的想法。

遺址位於地圖上左邊的婆羅洲東部,紅框處。蘇拉威西位於婆羅洲的東方。圖/取自 ref 2

位於東南亞,比歐洲更早的動物壁畫

歐洲是世界上最早開始考古研究的地方,調查最為透徹、密集。單單法國考古遺址的數量,就和廣大的東南亞一樣多。其他地方沒有和歐洲類似的考古發現,或許只是探索不夠,尚未找到。也可能是沒有留存下來,都在歲月中消逝了;畢竟歐洲的氣候環境,遠比非洲、東南亞等地適合保存人造物。

所以這篇 2018 年發表的論文相當驚人。它報告在東南亞海上的大島—婆羅洲,山區調查岩洞的結果。數個洞裡發現壁畫,但是判斷壁畫的年代難度很高。

這項研究採用鈾定年法(U-series dating)分析壁畫上的碳酸鈣。畫作完成後留在岩壁上,碳酸鈣會漸漸在表面累積,所以碳酸鈣的年代,肯定比其下的畫作更晚;碳酸鈣的年代,能代表畫作最低可能的年紀。2

婆羅洲的史前壁畫。圖/取自 ref 2

婆羅洲 6 個洞穴共 15 件樣本的分析指出,年代最早的畫作距今足足有 4 萬年之久,次早的為 3.94 萬年。畫的隱約可見是某種動物,可惜已經殘缺到無法判斷。4 萬年前這年代,甚至比法國的夏維洞穴(Chauvet cave)最早 3.7 萬年前的作品,又更早好幾千年,在發表時是全世界最早的動物繪畫。

最早一批壁畫的色彩偏紅橘,內容為偏寫實風格的動物,如當地存在的爪哇野牛(Bornean banteng)。不過該地繪畫記錄在此之後,中斷相當長的時間,直到約 2 萬年前才出現另一種風格,以手印為主,深紫色的作品。

婆羅洲的史前壁畫。圖/取自 ref 2

這項發現明確指出,洞穴壁畫這類被視為高端心靈的表現,並非歐洲的專利,不但也在世界另一邊的東南亞存在,年代還比歐洲更早一點。

下巴掉下來的話,先裝回去,因為隔年 2019 年發表的論文,比上述發現更加驚人!

4萬年前的東南亞,至少有兩群文青

另一項研究調查的地點,位於婆羅洲東邊的島:蘇拉威西。島上一個叫作 Leang Bulu’Sipong 4 的洞穴中,發現 6 個動物圖案:2 個是野豬、4 個是野牛,由型態判斷最可能是蘇拉威西野豬(Sus celebensis)以及矮水牛(dwarf buffaloes 或 anoa),牠們依然漫步在今日的蘇拉威西。3

蘇拉威西的史前壁畫。圖/取自 ref 3

鈾定年法得知,蘇拉威西最早的樣本距今也許有 4.39 萬年,榮登目前已知史上最早的動物畫作,它是一幅看起來肥滋滋的野豬。稍晚的野牛距今 4.1 萬年左右,榮登史上最早的野牛畫作。

冰河時期海平面較低時,婆羅洲會與東南亞大陸相連,不過蘇拉威西總是海島。蘇拉威西這批壁畫色彩紅橘,和婆羅洲年代稍晚的作品風格一樣。只在單一地點發現,還有質疑的餘地,不過在相距不遠的兩處都發現類似作品,應該足以相互映證,彼此為年代接近,文化相似人群的產物。

蘇拉威西史前壁畫,半人半獸部分的局部放大。圖/取自 ref 3

在東南亞的抽象人獸合體,也比歐洲更早

另一件驚喜是,豬和牛的旁邊還有 8 件半人半獸(therianthropes)的圖案。一豬一牛旁邊,各有一個半人半獸;其餘 6 個位於另一頭牛的前方,該牛距今約 4.09 萬年,半人半獸們的年代或許差不多。

所謂「半人半獸」,其實無法判斷是哪種獸,不過圖案放大來看很清楚,假如把德國 4 萬年前的獅人畫在牆上,看起來就會是蘇拉威西這樣:獸頭人身。

換句話說,蘇拉威西岩壁上這批繪畫,是世界上已知最早的人獸合體作品,又比歐洲更早一段時間。綜合觀之,東南亞和歐洲在同一時期的人,皆為既能寫實,也懂抽象,足以認定具有高端心靈的人。至少可以肯定,冰河時期的歐洲人,並不獨特。

發揮想像力,對,它們是一樣的東西!圖/取自 ref 3

一樣高明的東方與西方:有共通源頭,或是獨立發展?

差不多同一時期,地球上相隔甚遠的兩處人,在差異不小的環境下,不約而同表現出類似的行為與思維。不禁令人好奇,事情是如何發展成這樣?

東南亞與歐洲的智人,都是數萬年前離開非洲智人的後裔。一種可能是,他們尚未各分東西以前,已經具有後來的藝術感與抽象思維,後來各自在東方與西方表現出來,留下紀錄。另一種可能是,歐洲與東南亞兩地獨立發展。移民歐洲的智人思維變得更加深刻,東南亞也經歷一樣的狀況。

考古記錄指出,約 4 萬年前才有大批智人移民進入歐洲;歐洲出現智人藝術品,和智人抵達歐洲幾乎是同時的事,乍看之下沒什麼醞釀的時間。

東南亞一帶智人現身的年代,應該早於 6 萬年前;更遲超過一萬年,才是已知開始藝術創作的年代。是同一群人住久以後,慢慢研發出新才能嗎?又或是隨後而來的另一群人,也帶來藝術呢?

總之,目前的證據,不足以判斷是哪一種;只能肯定智人尚未離開非洲以前,已經具有相當的象徵思維,不過仍沒有寫實壁畫、半人半獸這類手筆(或許曾經有過,只是還沒有發現)。

延伸閱讀

參考資料

  1. The Lion Man: an Ice Age masterpiece
  2. Aubert, M., Setiawan, P., Oktaviana, A. A., Brumm, A., Sulistyarto, P. H., Saptomo, E. W., … & Zhao, J. X. (2018). Palaeolithic cave art in Borneo. Nature, 564(7735), 254-257.
  3. Aubert, M., Lebe, R., Oktaviana, A. A., Tang, M., Burhan, B., Jusdi, A., … & Sardi, R. (2019). Earliest hunting scene in prehistoric art. Nature, 576(7787), 442-445.

本文亦刊載於作者部落格《盲眼的尼安德塔石匠》暨其 facebook 同名專頁

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寒波_96
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生命科學碩士、文學與電影愛好者、戳樂黨員,主要興趣為演化,希望把好東西介紹給大家。部落格《盲眼的尼安德塔石器匠》、同名粉絲團《盲眼的尼安德塔石器匠》。