藏有青春永駐秘密的M4星團

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！

極亮超新星（super-luminous supernova）是近年來發現的新型爆發現象，比一般超新星（supernova）亮十到百倍，但究竟是什麼物理機制造成如此璀璨的亮度，目前科學界還沒有定論。由英國貝爾法斯特女王大學（Queen’s University Belfast）領導的跨國合作團隊，認為極亮超新星的能量來源，極可能是磁星(magnetar)：一種擁有強烈磁場且一秒內旋轉數百次的快速自轉中子星（neutron star）。該團隊今日在國際知名期刊《自然》（Nature）上，發表了這份重要研究。

超新星是巨質量恆星演化到末期時的劇烈爆炸現象，經由爆發將產生的重元素拋入星際空間中，這些元素豐富了宇宙的化學組成，更組成了你我，或許這就是我們這麼熱切地尋找這些珍貴爆發的契機。當然，還有一個更重要的原因，就是它們很明亮—比太陽亮數十億倍，因此很多業餘天文學家用小型望遠鏡即可投入尋找超新星的行列，他們監測很多鄰近星系，夜復一夜，將新取得的影像與舊的影像對減，並通報給國際天文聯合會（IAU）可能的超新星候選者。

近幾年來，全世界大型的巡天計畫如火如荼地展開對全天空的監測，其中，座落於夏威夷Haleakala山，擁有全世界最大的數位相機的泛星（Pan-STARRS）計畫，其單幅曝光影像的範圍相當於35倍滿月的面積，對尋找超新星有驚人的貢獻，平均每年可以發現超過百顆超新星。泛星計畫屏除了傳統超新星巡天的選擇效應，並非針對單一的高表面亮度或漩渦星系逐一搜尋，而是進行無偏差的全天監測，因此發現了這種全新類型的極亮超新星，其偏好在矮星系（dwarf galaxy）環境中產生，也是傳統巡天策略下，不易偵測的部分。

一些理論物理學家認為，這類超新星的爆發來自於宇宙中質量最大的恆星，演化到生命終點時，產生類似原子彈的爆炸，這個原子彈有如三千萬倍的地球大小、或一百倍太陽質量，將整個恆星炸得粉身碎骨，也就是所謂的不穩定對超新星（pair-instability supernova）。貝爾法斯特女王大學帶領的國際合作團隊，利用泛星計畫望遠鏡與其他世界各地的大型天文台，追蹤觀察兩顆極亮超新星的光度變化情況，取得超過一年的完整觀測資料。然而，根據收集到的寶貴資料，並不支持上述超巨質量恆星的假設，研究團隊提出快速自轉的磁星模型，更能解釋極亮超新星現象。

該論文第一作者Matt Nicholl解釋：「我們知道當巨質量恆星演化到生命末期時，它的外層劇烈拋出成為超新星，而中間核心則塌縮成中子星。中子星是一種質量相當於太陽，但體積卻僅有數十公里的高密度天體。我們認為，在一些條件下，有些中子星擁有非常強烈的磁場，並且自轉非常快速，一秒鐘可旋轉三百次。當其自轉減速時，將轉動的能量經由磁場轉移給超新星，造成其比一般超新星明亮。此理論模型吻合我們所觀測到的資料。」

其指導教授、團隊主持人Stephen Smartt教授補充道：「極亮超新星真是很特殊的超新星！正因它們如此明亮，我們可以利用它們來當作照亮遙遠宇宙的火炬。光以等速在空間中旅行，也就是說當我們看得越遠，就是看到越久遠的過去。藉由了解這些炫目的爆發過程，我們可以探查宇宙剛誕生不久後的樣貌。我們的目標是在早期宇宙尋找這類超新星，偵測第一代恆星的形成，並了解它們如何產生宇宙中第一代的化學元素。」

欲參閱發表在自然期刊的論文，請點選連結：

無法下載者請參考：astro-ph

發稿單位：英國貝爾法斯特女王大學（經原作者同意轉譯）
編譯者：陳婷琬（該篇「自然」期刊論文的共同作者，現為英國貝爾法斯特女王大學博士候選人）

資料來源：Queen’s University Belfast scientists solve riddle of brightest exploding stars in the universe[2013.10.17]

轉載自網路天文館

天文學家利用歐南天文台（ESO）超大望遠鏡（Very Large Telescope，VLT）觀測資料所做的最新研究顯示：那些最為明亮的高質量恆星（high-mass star）並不是單獨存在，幾近四分之三的這類高質量恆星擁有伴星，這個比例遠高於先前的認知。更讓這些天文學家驚訝的是，這些高質量恆星所在的雙星系統，子星之間存有強烈的交互作用，質量會由其中一顆子星轉移到另一顆子星；其中甚至有三分之一這類高質量恆星雙星系統，最終會合併成單一恆星。相關論文發表在2012年7月27日出刊的科學（Science）期刊中。

宇宙中的恆星各式各樣、不一而足。荷蘭阿姆斯特丹大學（University of Amsterdam）天文學家Hugues Sana等人利用VLT研究O型星（O-type stars），這類恆星的質量、表面溫度和所發出的亮度都比一般恆星高很多，質量約為太陽的15倍以上，亮度是太陽的百萬倍以上，表面溫度更高達攝氏30,000度以上，是恆星中的巨獸等級。然而，也由於這些特點，使得這些發出藍白色光芒的O型星，壽命極短而劇烈，對星系演化具有關鍵作用。O型星也與被戲稱為「吸血鬼恆星（vampire stars）」的極端現象有關，這種在這種雙星系統中，較小的子星會掠奪較大子星的表面物質，到一定程度後，可能引發伽瑪射線爆發（gamma-ray burst，GRB）現象。

這些天文學家研究銀河系中6個鄰近的疏散星團中的71顆O型星，其中有些是單星，有些是雙星。分析之後發現約75%的O型星位在雙星系統中。雖然他們發現這個比例比之前認為的還高，但更重要的是：這些O型星雙星系統中，兩顆子星的距離近得足以使他們彼此間有可以交換質量或甚至合併的交互作用，也就是吸血鬼恆星的比例也遠比先前所認為的還高。

O型星只佔宇宙眾多恆星的一小部分，但常發生各式劇烈現象或爆發事件，因此對其週邊環境影響甚鉅。這些恆星巨獸所發出的強烈恆星風和震波，都會觸發或阻止周圍其他恆星的形成；它們所發出的強烈輻射則會照亮周圍的星雲；而當這些恆星走道生命終點，進而發生超新星爆炸，可讓星系中的與生命息息相關的重元素含量增加；這些O型星也與GRB這個宇宙中最劇烈的爆發現象有關。換言之，O型星是驅使星系演化的重要機制之一。上圖是含有許多明亮而熾熱的O型星的3個著名恆星形成區，最左側是船底座星雲（Carina Nebula），中間為老鷹星雲（Eagle Nebula，M16），右為IC 2944。

當一顆恆星鄰近有其他恆星時，其一生受到這些鄰近恆星的影響相當大。若雙星中兩互繞的子星靠得很近，甚至有可能合併成一顆；Sana等人估計約有20~30%的O型星最終命運會是與近鄰合併成一顆更大的恆星，而O型星合併往往引發劇烈事件。即使不合併，而是比合併溫和一點的結局，它們也會互相撕扯、剝奪近鄰的表面物質；Sana等人估計這種結局佔了約有40~50%左右，嚴重影響了這些恆星的演化。

到目前為止，天文學家絕大部分認為密近大質量雙星系統在宇宙中算是罕見現象，不過這些少數就可以解釋X射線雙星、波霎雙星或黑洞雙星等奇怪的現象。但Sana等人的研究卻顯示密近大質量雙星在宇宙中雖不是非常普遍，但也不算罕見，而星系的命運、甚至是整個宇宙的命運，幾乎是掌握在這些大質量雙星或吸血鬼恆星身上，瞭解它們是非常重要的事。

以吸血鬼恆星為例，雙星中比較小、質量比較低的恆星，是藉由吸食它近鄰表面的新鮮氫氣而回春；由於它的質量穩定增加，有了外來支援之後，不僅可比它的近鄰活得更久，而且也比同質量的單星活得更久。然而，這個身為犧牲者的近鄰，雖然原本的質量比較大，但表面物質被惡鄰不斷掠奪，害它根本沒機會變成一顆非常明亮的紅超巨星（red super giant），而是將它原本的熾熱核心一點一點暴露出來，呈現偏藍的色調，像是一顆剛誕生沒多久的年輕恆星一樣。如此一來，雙星中的兩顆子星都彷彿重生過，將讓遙遠星系中的星族表現得比原本該有的年齡還年輕；如果能得知這類高質量雙星系統的正確比例，將有助於校正這些遙遠星系的特性。

天文學家唯一能取得遙遠星系訊息的方式只有它們發出的光。如果不能全盤瞭解這些光究竟是哪種星體發出的，就不能獲得星系的完整面貌，不知道整個星系總質量究竟有多大，也不知道這個星系到底年輕到什麼地步。如果一開始的假設就是錯的，那麼最後得到的星系性質結論也不可能正確到哪去。因此，天文學家們希望透過觀測與電腦模擬，雙管齊下，瞭解高質量雙星的演化，以及高質量雙星對星系演化的影響。

資料來源：VLT finds most stellar heavyweights come in interacting pairs[2012.07.26]

轉載自台北天文館之網路天文館網站