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圖坦卡門法老之死——埃及博物館的所見所聞│環球科學札記(16)

張之傑_96
・2021/03/03 ・1908字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 520 ・七年級

  • 文/張之傑

自從一再調整時差,本來就起得早。前往開羅參觀埃及博物館和金字塔那天(五月十七日),清晨五時十五分集合,不到四時就醒了。

賽得港距離開羅約三小時車程,遊覽車迤邐排開,總共約三十輛。我們搭乘第十三車,導遊名叫那因,暱稱李小龍,個子高瘦,出身開羅大學中文系,沒到中國留過學,可是華語說得很溜。

這路程沒人自由行,少數乘客搭乘飛機前往,費用當然高得多。我們約五時四十分開車,車隊由兩輛警車開道,每輛車上還有一名觀光警察坐鎮。車隊浩浩蕩蕩地開出賽得港,不久就上了和運河平行的高速公路,直奔埃及首都開羅。

埃及博物館見聞

這天是回教的安息日(週五),一路未曾堵車,九時以前就到達埃及博物館。導遊去買門票,約耗費約半小時才為第十三車上的人買到票。一人發兩張票:門票和攝影票。門票三百埃及磅,折合美金二十元。攝影票五十埃及磅,折合美金約三點三元。錄影的話,還要另外買錄影票,每張二十美元,我們第十三車沒人買錄影票。

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我們下午要去看金字塔,所以參觀博物館的時間只有兩小時。該館採語音導覽,導遊只能走馬觀花似的重點解說。除了圖坦卡門面具廳及木乃伊廳,其餘可隨意攝影,但放在玻璃櫃子裡的展品,隔著一層玻璃,難免會有反光現象。

我曾仔細看過《世界博物館.埃及博物館》,對該館並不陌生。對我來說,最感興趣的就是不許攝影的兩個展廳:木乃伊廳和圖坦卡門法老。關於圖坦卡門法老,已陸續看過不少文獻,來到他的展廳,有種說不出的親切感。

1922年,英國考古學家霍華德.卡特(Howard Carter)發現圖坦卡門王陵寢,圖為開啟硬木人形棺,露出黃金人形棺的一刻。源自 The New York Times。圖:Wikipedia

圖坦卡門是古埃及新王國時期(紀元前十六世紀至紀元前十一世紀)第十八王朝的一位法老。他只活了十八歲,生前並沒什麼事功,他的陵墓也不大,但迄今為止只有他的陵寢未被盜過。從他陵墓中出土的文物,常送往世界各國展覽,使他成為最為人知的一位法老。

圖坦卡門的陵墓

金字塔原是法老祈求永生之所,但其陪葬品一直為盜墓賊覬覦。自新王國第十八王朝的法老圖特摩斯一世起,不再修建金字塔。新王國的時期的六十多位法老,墓室都藏在一座人稱帝王谷的小山谷裡。墓室分佈山谷兩側,依地勢開鑿,用亂石堵住洞口,外面不留痕跡。

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然而帝王谷的陵墓仍然幾乎都被盜過。一九二二年,英國考古學家霍華德‧卡特(Howard Carter)發現的圖坦卡門法老陵墓,三千多年來從未被盜,出土文物五千餘件,是迄今保存最完好、出土文物最多的一座法老陵墓。

圖坦卡門法老的棺槨共七層。外槨為木質,有四層。其內有三層,分別是石棺、硬木人形棺、黃金人形棺。最內層的黃金人形棺,長一點八三米,寬零點五一米。黃金人形棺上的法老兩臂相互交疊,手裡握著權杖,線刻的守護女神羽翼環繞著金棺,工藝極為精湛。

圖坦卡門王的黃金面具為埃及博物館鎮館之寶,圖為其複製品。Carsten Frenzl 攝。圖:Wikipedia

黃金人形棺內,即圖坦卡門法老的木乃伊,為科學家留下許多線索。圖坦卡門身高約一米八,有輕微兔唇。電腦斷層掃描,發現左腿先天性扭曲,左腳骨還有柯勒病(Köhler disease),即無菌性骨壞死現象,此症好發於男孩,會引起持續性疼痛,因而身體重量通常放在右腳上,導致右腳扁平足。至於右腿,發現右膝有複雜性骨折。

圖坦卡門王墓出土鞋箱及鞋子,埃及博物館展品。作者攝

從圖坦卡門法老木乃伊的骨髓抽取 DNA,檢測之下發現有包括惡性瘧疾的瘧原蟲 DNA,表示他曾感染過幾種瘧疾。對比圖坦卡門之父在內的十六具木乃伊的 DNA,顯示他是近親聯姻所生。法老家族近親結婚十分普遍,法老王認為他們是神的後代,為了保持神聖的血統,崇尚近親結婚。圖坦卡門的妻子就是他的同父異母姐姐。

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圖坦卡門只活了十八歲,於是死因有種種揣測。有人說他從戰車上跌落而死,或被馬踢死,有人說他死於暗殺。二○一三年二月十七日出版的《美國醫學協會雜誌》(JAMA)給出最接近真相的答案:

圖坦卡門是一位因近親通婚所生、患有多種遺傳性疾病的少年,先天足部畸形、兔唇,所以他長得並不帥,還可能常年柱拐,甚至站立都很困難。他可能死於右腿骨折導致的感染,也可能是惡性瘧疾奪走了他的性命。

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張之傑_96
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張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。

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拆解邊緣AI熱潮:伺服器如何提供穩固的運算基石?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/05/21 ・5071字 ・閱讀時間約 10 分鐘

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本文與 研華科技 合作,泛科學企劃執行。

每次 NVIDIA 執行長黃仁勳公開發言,總能牽動整個 AI 產業的神經。然而,我們不妨設想一個更深層的問題——如今的 AI 幾乎都倚賴網路連線,那如果哪天「網路斷了」,會發生什麼事?

想像你正在自駕車打個盹,系統突然警示:「網路連線中斷」,車輛開始偏離路線,而前方竟是萬丈深谷。又或者家庭機器人被駭,開始暴走跳舞,甚至舉起刀具向你走來。

這會是黃仁勳期待的未來嗎?當然不是!也因為如此,「邊緣 AI」成為業界關注重點。不靠雲端,AI 就能在現場即時反應,不只更安全、低延遲,還能讓數據當場變現,不再淪為沉沒成本。

什麼是邊緣 AI ?

邊緣 AI,乍聽之下,好像是「孤單站在角落的人工智慧」,但事實上,它正是我們身邊最可靠、最即時的親密數位夥伴呀。

當前,像是企業、醫院、學校內部的伺服器,個人電腦,甚至手機等裝置,都可以成為「邊緣節點」。當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。簡單來說,就是將原本集中在遠端資料中心的運算能力,「搬家」到更靠近數據源頭的地方。

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那麼,為什麼需要這樣做?資料放在雲端,集中管理不是更方便嗎?對,就是不好。

當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。/ 圖片來源:MotionArray

第一個不好是物理限制:「延遲」。
即使光速已經非常快,數據從你家旁邊的路口傳到幾千公里外的雲端機房,再把分析結果傳回來,中間還要經過各種網路節點轉來轉去…這樣一來一回,就算只是幾十毫秒的延遲,對於需要「即刻反應」的 AI 應用,比如說工廠裡要精密控制的機械手臂、或者自駕車要判斷路況時,每一毫秒都攸關安全與精度,這點延遲都是無法接受的!這是物理距離與網路架構先天上的限制,無法繞過去。

第二個挑戰,是資訊科學跟工程上的考量:「頻寬」與「成本」。
你可以想像網路頻寬就像水管的粗細。隨著高解析影像與感測器數據不斷來回傳送,湧入的資料數據量就像超級大的水流,一下子就把水管塞爆!要避免流量爆炸,你就要一直擴充水管,也就是擴增頻寬,然而這樣的基礎建設成本是很驚人的。如果能在邊緣就先處理,把重要資訊「濃縮」過後再傳回雲端,是不是就能減輕頻寬負擔,也能節省大量費用呢?

第三個挑戰:系統「可靠性」與「韌性」。
如果所有運算都仰賴遠端的雲端時,一旦網路不穩、甚至斷線,那怎麼辦?很多關鍵應用,像是公共安全監控或是重要設備的預警系統,可不能這樣「看天吃飯」啊!邊緣處理讓系統更獨立,就算暫時斷線,本地的 AI 還是能繼續運作與即時反應,這在工程上是非常重要的考量。

所以你看,邊緣運算不是科學家們沒事找事做,它是順應數據特性和實際應用需求,一個非常合理的科學與工程上的最佳化選擇,是我們想要抓住即時數據價值,非走不可的一條路!

邊緣 AI 的實戰魅力:從工廠到倉儲,再到你的工作桌

知道要把 AI 算力搬到邊緣了,接下來的問題就是─邊緣 AI 究竟強在哪裡呢?它強就強在能夠做到「深度感知(Deep Perception)」!

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所謂深度感知,並非僅僅是對數據進行簡單的加加減減,而是透過如深度神經網路這類複雜的 AI 模型,從原始數據裡面,去「理解」出更高層次、更具意義的資訊。

研華科技為例,旗下已有多項邊緣 AI 的實戰應用。以工業瑕疵檢測為例,利用物件偵測模型,快速將工業產品中的瑕疵挑出來,而且由於 AI 模型可以使用同一套參數去檢測,因此品管上能達到一致性,減少人為疏漏。尤其在高產能工廠中,檢測速度必須快、狠、準。研華這套 AI 系統每分鐘最高可處理 8,000 件產品,替工廠節省大量人力,同時確保品質穩定。這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。

這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。/ 圖片提供:研華科技

此外,在智慧倉儲場域,研華與威剛合作,研華與威剛聯手合作,在 MIC-732AO 伺服器上搭載輝達的 Nova Orin 開發平台,打造倉儲系統的 AMR(Autonomous Mobile Robot) 自走車。這跟過去在倉儲系統中使用的自動導引車 AGV 技術不一樣,AMR 不需要事先規劃好路線,靠著感測器偵測,就能輕鬆避開障礙物,識別路線,並且將貨物載到指定地點存放。

當然,還有語言模型的應用。例如結合檢索增強生成 ( RAG ) 跟上下文學習 ( in-context learning ),除了可以做備忘錄跟排程規劃以外,還能將實務上碰到的問題記錄下來,等到之後碰到類似的問題時,就能詢問 AI 並得到解答。

你或許會問,那為什麼不直接使用 ChatGPT 就好了?其實,對許多企業來說,內部資料往往具有高度機密性與商業價值,有些場域甚至連手機都禁止員工帶入,自然無法將資料上傳雲端。對於重視資安,又希望運用 AI 提升效率的企業與工廠而言,自行部署大型語言模型(self-hosted LLM)才是理想選擇。而這樣的應用,並不需要龐大的設備。研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。

但問題也接著浮現:要在這麼小的設備上跑大型 AI 模型,會不會太吃資源?這正是目前 AI 領域最前沿、最火熱的研究方向之一:如何幫 AI 模型進行「科學瘦身」,又不減智慧。接下來,我們就來看看科學家是怎麼幫 AI 減重的。

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語言模型瘦身術之一:量化(Quantization)—用更精簡的數位方式來表示知識

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。這其實跟圖片壓縮有點像:有些畫面細節我們肉眼根本看不出來,刪掉也不影響整體感覺,卻能大幅減少檔案大小。

模型量化的原理也是如此,只不過對象是模型裡面的參數。這些參數原先通常都是以「浮點數」表示,什麼是浮點數?其實就是你我都熟知的小數。舉例來說,圓周率是個無窮不循環小數,唸下去就會是3.141592653…但實際運算時,我們常常用 3.14 或甚至直接用 3,也能得到夠用的結果。降低模型參數中浮點數的精度就是這個意思! 

然而,量化並不是那麼容易的事情。而且實際上,降低精度多少還是會影響到模型表現的。因此在設計時,工程師會精密調整,確保效能在可接受範圍內,達成「瘦身不減智」的目標。

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。/ 圖片來源:MotionArray

模型剪枝(Model Pruning)—基於重要性的結構精簡

建立一個 AI 模型,其實就是在搭建一整套類神經網路系統,並訓練類神經元中彼此關聯的參數。然而,在這麼多參數中,總會有一些參數明明佔了一個位置,卻對整體模型沒有貢獻。既然如此,不如果斷將這些「冗餘」移除。

這就像種植作物的時候,總會雜草叢生,但這些雜草並不是我們想要的作物,這時候我們就會動手清理雜草。在語言模型中也會有這樣的雜草存在,而動手去清理這些不需要的連結參數或神經元的技術,就稱為 AI 模型的模型剪枝(Model Pruning)。

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模型剪枝的效果,大概能把100變成70這樣的程度,說多也不是太多。雖然這樣的縮減對於提升效率已具幫助,但若我們要的是一個更小幾個數量級的模型,僅靠剪枝仍不足以應對。最後還是需要從源頭著手,採取更治本的方法:一開始就打造一個很小的模型,並讓它去學習大模型的知識。這項技術被稱為「知識蒸餾」,是目前 AI 模型壓縮領域中最具潛力的方法之一。

知識蒸餾(Knowledge Distillation)—讓小模型學習大師的「精髓」

想像一下,一位經驗豐富、見多識廣的老師傅,就是那個龐大而強悍的 AI 模型。現在,他要培養一位年輕學徒—小型 AI 模型。與其只是告訴小型模型正確答案,老師傅 (大模型) 會更直接傳授他做判斷時的「思考過程」跟「眉角」,例如「為什麼我會這樣想?」、「其他選項的可能性有多少?」。這樣一來,小小的學徒模型,用它有限的「腦容量」,也能學到老師傅的「智慧精髓」,表現就能大幅提升!這是一種很高級的訓練技巧,跟遷移學習有關。

舉個例子,當大型語言模型在收到「晚餐:鳳梨」這組輸入時,它下一個會接的詞語跟機率分別為「炒飯:50%,蝦球:30%,披薩:15%,汁:5%」。在知識蒸餾的過程中,它可以把這套機率表一起教給小語言模型,讓小語言模型不必透過自己訓練,也能輕鬆得到這個推理過程。如今,許多高效的小型語言模型正是透過這項技術訓練而成,讓我們得以在資源有限的邊緣設備上,也能部署愈來愈強大的小模型 AI。

但是!即使模型經過了這些科學方法的優化,變得比較「苗條」了,要真正在邊緣環境中處理如潮水般湧現的資料,並且高速、即時、穩定地運作,仍然需要一個夠強的「引擎」來驅動它們。也就是說,要把這些經過科學千錘百鍊、但依然需要大量計算的 AI 模型,真正放到邊緣的現場去發揮作用,就需要一個強大的「硬體平台」來承載。

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邊緣 AI 的強心臟:SKY-602E3 的三大關鍵

像研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,就是扮演「邊緣 AI 引擎」的關鍵角色!那麼,它到底厲害在哪?

一、核心算力
它最多可安裝 4 張雙寬度 GPU 顯示卡。為什麼 GPU 這麼重要?因為 GPU 的設計,天生就擅長做「平行計算」,這正好就是 AI 模型裡面那種海量數學運算最需要的!

你想想看,那麼多數據要同時處理,就像要請一大堆人同時算數學一樣,GPU 就是那個最有效率的工具人!而且,有多張 GPU,代表可以同時跑更多不同的 AI 任務,或者處理更大流量的數據。這是確保那些科學研究成果,在邊緣能真正「跑起來」、「跑得快」、而且「能同時做更多事」的物理基礎!

二、工程適應性——塔式設計。
邊緣環境通常不是那種恆溫恆濕的標準機房,有時是在工廠角落、辦公室一隅、或某個研究實驗室。這種塔式的機箱設計,體積相對緊湊,散熱空間也比較好(這對高功耗的 GPU 很重要!),部署起來比傳統機架式伺服器更有彈性。這就是把高性能計算,進行「工程化」,讓它能適應台灣多樣化的邊緣應用場景。

三、可靠性
SKY-602E3 用的是伺服器等級的主機板、ECC 糾錯記憶體、還有備援電源供應器等等。這些聽起來很硬的規格,背後代表的是嚴謹的工程可靠性設計。畢竟在邊緣現場,系統穩定壓倒一切!你總不希望 AI 分析跑到一半就掛掉吧?這些設計確保了部署在現場的 AI 系統,能夠長時間、穩定地運作,把實驗室裡的科學成果,可靠地轉化成實際的應用價值。

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研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。/ 圖片提供:研華科技

台灣製造 × 在地智慧:打造專屬的邊緣 AI 解決方案

研華科技攜手八維智能,能幫助企業或機構提供客製化的AI解決方案。他們的技術能力涵蓋了自然語言處理、電腦視覺、預測性大數據分析、全端軟體開發與部署,及AI軟硬體整合。

無論是大小型語言模型的微調、工業瑕疵檢測的模型訓練、大數據分析,還是其他 AI 相關的服務,都能交給研華與八維智能來協助完成。他們甚至提供 GPU 與伺服器的租借服務,讓企業在啟動 AI 專案前,大幅降低前期投入門檻,靈活又實用。

台灣有著獨特的產業結構,從精密製造、城市交通管理,到因應高齡化社會的智慧醫療與公共安全,都是邊緣 AI 的理想應用場域。更重要的是,這些情境中許多關鍵資訊都具有高度的「時效性」。像是產線上的一處異常、道路上的突發狀況、醫療設備的即刻警示,這些都需要分秒必爭的即時回應。

如果我們還需要將數據送上雲端分析、再等待回傳結果,往往已經錯失最佳反應時機。這也是為什麼邊緣 AI,不只是一項技術創新,更是一條把尖端 AI 科學落地、真正發揮產業生產力與社會價值的關鍵路徑。讓數據在生成的那一刻、在事件發生的現場,就能被有效的「理解」與「利用」,是將數據垃圾變成數據黃金的賢者之石!

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今年跨年該怎麼過?參考一下古埃及人如何慶祝新年
F 編_96
・2024/12/31 ・3339字 ・閱讀時間約 6 分鐘

F 編按:本文編譯自 Live Science

每逢歲末年初,現代人常以煙火、聚餐與跨年派對迎接新一年的到來;然而,放眼千年以前,古埃及人同樣懷抱著對來年的期盼,也有一系列獨特的慶典活動。表面上看來,他們慶祝的初衷與我們類似:感謝神祇、期盼豐收、送禮祝福親友。然而,古埃及文明在地理與文化方面都有獨到之處,使其新年慶祝方式結合了狩獵、宗教崇拜與曆法運作等多元特色。

在古埃及,所謂「新年」所對應的詞彙是「Wepet Renpet」,意指「一年的開端」。相較於現代的公曆新年固定在 1 月 1 日,古埃及的新年時間其實並不穩定。最初,他們的曆法訂有 365 天,但卻缺乏閏日或閏年機制;因此,每經過一段時間,新年的日期便會與自然時節(例如:尼羅河氾濫或冬至)產生偏移。這種「非固定新年」使古埃及人有時在一年之中,過好幾個「新年」。

古埃及的曆法制度,讓他們有時一年中有好幾次新年。 圖/unsplash

一年過三次年:埃及人新年的多重起點

位於古埃及南方的埃斯納(Esna)神廟,就保留了一塊引人注目的曆法刻文,上面竟然出現了三個「新年慶典」記載。根據研究者的分析,這三次新年分別對應了三個特殊時刻:

  1. 曆法年第一天
    這是古埃及官方曆法意義上的新年開端,象徵著行政、祭典與民生運作上的「一切歸零」。
  2. 羅馬皇帝生日
    當時古埃及已被羅馬帝國統治,羅馬皇帝的生日被視為具有重大政治與宗教象徵意義,故亦成「新年」之一。
  3. 天狼星(Sirius)再現
    當天狼星於東方地平線再次升起,象徵尼羅河泛濫臨近,而農業豐收之期即將來臨。古埃及人將此星視為蘇普迪特(Sopdet)女神的化身,代表一年生命與富饒的迴歸。

此現象導致在同一年裡,他們分別「跨」了三次年,而每次都會舉行一連串盛典,從祭祀神像到群眾歡慶,再到向親友贈禮,皆展現古埃及對神祇與自然結合的崇高敬意,也反映其曆法與信仰交織的錯綜樣貌。

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陽光中的重生儀式:曝曬神像

相較於現代人舉辦煙火晚會或觀看「水晶球倒數」,古埃及最顯著的慶典之一是將神像搬離廟宇、帶至屋頂或廣闊戶外,讓神像在陽光下「再生」。他們相信,太陽神的能量能賦予這些神像新的生命力,推動一年新的循環。

根據考古學家席蒙·康納(Simon Connor)的研究,名為「Wepet Renpet」的新年節日期間,廟方人員會將主神或其他神祇的像抬到廟頂,迎接太陽光的洗禮。一些神像在這過程中會進行修補、重新上色或替換為新的雕像,象徵帶來更強的神力去保護城市與民眾。此刻,群眾可在下方圍觀或以儀式參與,共同見證「神祇自太陽中重獲能量」的神聖時刻。

金字塔與亡靈信仰

既然新年是「一年的開端」,那麼對古埃及人來說,如何兼顧祖先或亡靈,是慶典中的另一關鍵。在尼羅河西岸、吉薩金字塔群所在地,除了有聲名遠播的法老陵墓,還聚集許多神廟與祭壇。根據學者馬薩希‧富卡亞(Masashi Fukaya)在博士論文及其著作中的描述,古埃及人在新年時也會到吉薩或塞加拉(Saqqara)地區,一方面慶祝新年的到來,一方面緬懷已故親屬,祈求來年的健康與祥和。

對古埃及人來說,對祖先與神靈的祭祀缺一不可,因此吉薩或塞加拉(Saqqara)地區也是他們有時新年會拜訪的地方之一。 圖/unsplash

有些文獻記載在金字塔區會進行小規模的遊行,並伴隨祭品與供品獻予法老墓葬或神廟。這同時也是與祖先對話的方式,期望藉由「新年伊始」的神力,讓亡靈與在世者都能共享陽光恩典。這點在一定程度上與現代人逢年過節會祭拜祖先的傳統,呈現出相似的文化意涵。

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新年饗宴:美食、美酒和好友,缺一不可

從古埃及墓葬壁畫以及文獻來看,在「Wepet Renpet」的盛大場合裡,美酒佳餚絕不會缺席。和現今的跨年晚宴相似,古埃及人往往會準備麵包、啤酒、果乾、蔬菜和肉類等多樣食材,用於家族或社群聚會。上層階級更是準備精緻的糕點與香料飲品,尤其是當時盛行「啤酒釀製」,不少繪畫顯示人們載歌載舞,舉杯同樂。

在紛擾的宗教儀式之外,這些飲食活動能拉近社群關係,也給人喘息與娛樂的空間。就如同現代人會邀請親友一同跨年聚餐,古埃及人同樣透過共享美食的方式,在新年轉折時刻互致祝福、凝聚情感。

過年送禮:從「新年瓶」到香料油品

或許最能讓現代人感到熟悉的,就是古埃及也盛行「新年送禮」的風俗。在古埃及的考古發現中,有一類出土文物被稱作「新年瓶」(New Year Flask),通常材質是青瓷(faience)或陶器,容量不大,常用於盛裝香油或珍貴液體。瓶身上還會刻有「願你新年快樂」、「祈求神明保佑」等字樣。

其中,紐約大都會博物館(Metropolitan Museum of Art)收藏的一只新年瓶就有詳細的銘文,表示這件器物是為一位名叫亞蒙荷特普(Amenhotep)的祭司所準備,上面祈求蒙圖神與阿蒙-瑞神賜予他新年的平安與幸福。古埃及學者約翰·貝恩斯(John Baines)指出,這些瓶子常含有香油、水或芳香劑,象徵神祇恩典的傳遞。在充滿宗教色彩的古埃及社會,此類贈禮既代表人與人之間的關愛,也包含了對神祇的崇敬。

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曆法與星象:天狼星再升與尼羅河泛濫

天狼星在古埃及曆法中,佔有重要地位。圖/unsplash

對古埃及而言,曆法並不只是一套抽象的時間度量工具,更牽動著農耕、祭祀與民生的大局。最早訂立的 365 天曆法,是以天狼星(Sirius)的升起作為主要觀測指標;當它自東方地平線再度出現時,象徵尼羅河即將泛濫,孕育肥沃的泥土。

然而,正因沒有閏年的修正機制,古埃及人一年又一年地發現,Wepet Renpet逐漸從夏季「漂移」到冬季,甚至後來落在羅馬帝國統治的歲月裡,也與皇帝的誕辰綁定了同樣的節日意義。如此一來,新年的日期顯得流動性極強,導致有時一年內三次不同的慶祝節點,這種現象在古代文明相當罕見,也成為古埃及曆法最富魅力與矛盾的特色之一。

與現在跨年的相比,哪個比較好玩?

綜觀古埃及的新年慶典,既有與現代相似之處:他們會盛裝慶祝、贈送祝福禮物、與親朋好友共享美食,同時也有著不一樣的宗教信仰特色,如將神像迎接至屋頂或室外曬太陽重獲力量、在吉薩金字塔與亡靈共同迎接新年等。這些傳統因曆法飄移而多次上演,不僅熱鬧,也蘊含著對自然周期的敬畏與對神祇的深層依賴。

對我們而言,古埃及的「新年」透露出一則啟示:人們對更新與希望的期待,自古至今都如出一轍;不論曆法精準與否,我們都需要一個象徵式的時刻,去將過去的遺憾與失敗歸結到「舊時身分」,迎來重頭出發的契機。古埃及人將此時刻與太陽、星象、神明與亡靈結合得天衣無縫,也展現了人類社會在理解時間上的無限想像力。

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古埃及的新年慶祝雖已併入千年歷史之中,但通過考古遺跡與歷史文獻,我們依然能感受到那股對於「開始」的熱情與慎重。金字塔區的祭典煙塵、神廟頂樓的太陽洗禮、親友間互相贈與的祝福小瓶,都在訴說著古人對新一年勝利與豐收的希冀。或許,對古埃及人而言,新年不光是一個日曆換頁的動作,更是一個宇宙、神人合一的神聖時刻——在那瞬間,人與神、陽光與星宿、生者與死者,全都迎來了嶄新的生命循環。

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一個不小心闖入霍格華茲(科普)的麻瓜(文組).原泛科學編輯.現任家庭小精靈,至今仍潛伏在魔法世界中💃

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天有多大?古埃及人用「駱駝」推算地球周長——天文學中的距離(一)
ntucase_96
・2021/10/01 ・2946字 ・閱讀時間約 6 分鐘

  • 撰文|許世穎

本文轉載自 CASE 科學報天有多大?天文學中的距離(1)—從地球到太陽

天文學中要怎麼量測長度或距離呢?地球上常用的直尺、捲尺、雷射測距儀等恐怕不是那麼適合。比較近的天體還有辦法直接量測,遠距離的只好仰賴一些間接的推斷。我們先從古埃及利用井、尖塔、駱駝推算出地球的周長出發,進而介紹利用雷達天文學等方法量測太陽系中月球、行星距離的方法。

地球周長:井、尖塔、駱駝

平常我們怎麼量測長度或距離呢?如果是桌上的小東西,我們可以用直尺;如果稍微遠一些,可以利用捲尺;再更遠一點的話可以利用雷射測距儀。這些都是地球上常見、常使用的距離量測工具。那當距離更遠的時候要怎麼辦呢?我們該怎麼量測地球的周長呢?月球、太陽有多遠呢?更遙遠的天體該怎麼辦呢?

我們不能一步登天。要先從比較近的開始直接量測,接著再想辦法間接推敲出遙遠天體的距離。就讓我們先從最近的「地球周長」開始吧!其實早在古希臘,畢達哥拉斯就已經提出了地球是「球」的想法。埃及學者埃拉托斯特尼(Eratosthenes)在公元前 240 年,就估計出一個地球周長的數值。這個算法很有趣,讓我們搭配圖 1 一起來看看。

圖1:埃拉托斯特尼的地球周長量測方法。來源/Eratosthenes | Biography, Discoveries, Sieve, & Facts | Britannica [2]

首先,他知道在夏至那天,可以從埃及城市「賽伊尼(Syene,即現在的Aswan)」的一座井中,看到太陽從正上方來的倒影。也就是說,夏至這一天太陽光會剛好直曬賽伊尼。他進一步量測,在夏至這一天,亞歷山大城(Alexandria)方尖石塔的影子長度。從這個影子長度和方尖石塔的高度,可以計算出太陽的天頂角 α。而因為三角形相似形的關係,這個天頂角 α 同時也會是賽伊尼與亞歷山大城在地球上的夾角。這個天頂角 α  約為 7.2°,因為7.2°佔了整個圓 360° 的 50 分之 1,所以將距離乘以 50,就是地球的圓周長。

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也就是說,只要找到賽伊尼與亞歷山大城之間的距離,再乘上 50,就是地球的圓周長…但是兩座城市之間的距離要怎麼知道呢?他從商隊那裏問到,這兩座城市要讓駱駝走 50 天,在經過一些計算即換算後,他得到地球的圓周長大約是 252000「stadia」(當時埃及的距離單位)。雖然他所用的單位「stadia」與現代長度單位的換算已經無法考證,但現代科學家認為他所量測出的這個數字約為 39,690 公里到 46,620 公里之間,與現代的公認值差異只有 1%-15% 左右而已![3]

月球距離:月食、雷射、反射鏡

有了地球的大小以後,再來讓我們來量月球吧!先從量測月球地球距離開始,其中一個方法是利用「月食」。這個方法可以追溯至希臘天文學家阿里斯塔克斯(Aristarkhos,310-230 B.C.)。他其實是紀載中最早提出日心說的人,可惜並沒有受到非常廣泛的認可。月食就是月亮進入了地球的影子。將地球影子的大小除上月食發生的時間就是月球移動的速度。而將月球移動的速度乘上月球繞一圈的時間(28 天左右),就可以得到月球繞地球的圓周長、半徑。

較為現代、更為直接的方法就是「雷射測距」,原理就跟雷射測距儀差不多。從地球上發射雷射光到月球上,藉由量測反射光,可以知道光來回所需要的時間,再乘上光速,就可以得到月球的距離囉。這個時間約為 2.5 秒,換算後的月地距離約為 38 萬公里。

圖2:阿波羅 14 號所放置的反射鏡。來源/NASA [4]

為了擁有更好的雷射光反射效果,人類還在月球上擺放了 5 個反射器,分別在 5 次人類登陸月球的任務中放置(3 次美國、2 次蘇聯,見圖 2)。這些反射器讓月地距離的精密度提升到了毫米等級。美國著名生活喜劇影集《The Big Bang Theory》裡面就有進行這個實驗的片段,讀者不妨去看看:Learn English with The Big Bang Theory: Blowing up the Moon(有字幕、英文教學版本)。

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精確的月地距離量測也帶給我們有趣的發現。比方說發現或量測出:月球每年以 3.8 公分的速率離地球愈來愈遠;月球內部可能有著月球半徑 5 分之 1 大小的液態核心;月球除了原先的運動以外,還有著額外的晃動,稱為「天平動(libration)」…等 [5]

行星距離:雷達

量測行星距離的方法類似量測月球距離的方法,只是行星的距離通常太過遙遠,使用一般的雷射光的話效果不好,必須改使用微波的波段,這個學門稱為「雷達天文學(radar astronomy)」。雷達天文學所使用的設備必須要能夠向宇宙發射高功率的微波,過去常用的天文台包含「阿雷西博天文台」(Arecibo Observatory)與「戈德斯通天文台(Goldstone Observatory,見圖 3)」

(延伸閱讀:再見了:阿雷西博天文台!

圖 3:戈德斯通天文台(Goldstone Observatory)。來源/JPL [6]

雷達天文學被運用太陽系內天體的研究,畢竟再更遠的話反射的訊號會太弱。在過去,雷達天文學除了幫助我們量測行星的距離,還可以拿來觀測天體的表面狀況 [7]

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太陽的距離:金星凌日

地球與太陽的平均距離稱為 1 個「天文單位(Astronomical Unit,簡稱 AU 或 au)」。要量測日地距離的話,總沒辦法用雷射測距了,太陽自己的光線太強、也沒辦法反射雷射光或微波,更不可能讓人上去裝設反射鏡。那該怎麼辦呢?我們可以利用「金星凌日」來幫忙!

圖 4:金星凌日。後面的黃色大球是太陽,黑色的小球則是金星,每隔一段時間拍攝一張相片疊在一起的結果。來源/NASA/SDO, HMI [8]

金星凌日是指從地球上看出去,金星從太陽前面經過的現象(圖 4)」。而這也是太陽、金星、地球接近一直線的時候。就好像是我們用手遮住陽光時,太陽、手、我們的眼睛會排列成一直線一樣。

根據克卜勒定律,我們可以計算出金星的軌道半徑為 0.72 天文單位。地球軌道半徑則是 1 天文單位。當太陽、金星、地球排成一直線時,可以得到金星與地球的距離是 0.28 天文單位。這時候只要量測出金星的距離,就可以換算出 1 天文單位的大小!

然而這個狀態下,在金星後面的太陽會嚴重干擾訊號,因此無法使用雷達來量測金星的距離。得靠別的方法來找出距離,這個方法稱為「視差(parallax)」。至於視差要怎麼使用,又怎麼讓丹麥天文學家、第谷使用正確的數據、正確的儀器、正確的推論、得到完全錯誤的結果,則是另一段故事了。

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(待續)

  1. Free Images / Bedouin watching a caravan passing by near the pyramids of Giza
  2. Eratosthenes | Biography, Discoveries, Sieve, & Facts | Britannica
  3. wiki / Eratosthenes
  4. The New York Times / How Do You Solve a Moon Mystery? Fire a Laser at It
  5. wiki / Lunar Laser Ranging experiment
  6. wiki / Goldstone Deep Space Communications Complex
  7. wiki / Radar astronomy
  8. SPACE / Venus Crosses the Sun for Last Time Until 2117, Skywatchers Rejoice


本系列其它文章
天有多大?宇宙中的距離(1)—從地球到太陽
天有多大?宇宙中的距離(2)—從太陽到鄰近恆星
天有多大?宇宙中的距離(3)—「人口普查」
天有多大?宇宙中的距離(4)—造父變星

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ntucase_96
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