8400萬的震撼—迄今最龐大的銀河核球星表

本文與 BRITA 合作，泛科學企劃執行。

你確定你喝的水真的乾淨嗎？

如果你回到兩百年前，試圖喝一口當時世界上最大城市的飲用水，可能會立刻放下杯子——那水的顏色帶點黃褐，氣味刺鼻，甚至還飄著肉眼可見的雜質。十九世紀倫敦泰晤士河的水，被戲稱為「流動的污水」，當時的人們雖然知道水不乾淨，但卻無力改變，導致霍亂和傷寒等疾病肆虐。

幸運的是，現代自來水處理系統已經讓我們喝不到這種「肉眼可見」的污染物，但問題可還沒徹底解決。面對 21 世紀的飲水挑戰，哪些技術真正有效？

濾水技術：從霍亂危機到高效濾芯

19 世紀的歐洲因為城市人口膨脹與工業發展，面臨了前所未有的水污染挑戰。當時多數城市的供水系統仍然依賴河流、湖泊，甚至未經處理的地下水，導致傳染病肆虐。

1854 年，英國醫生約翰·斯諾（John Snow）透過流行病學調查，發現倫敦某口公共水井與霍亂爆發直接相關，這是歷史上首次確立「飲水與疾病傳播的關聯」。這項發現徹底改變了各國政府對供水系統的態度，促使公衛政策改革，加速了濾水與消毒技術的發展。到了 20 世紀初，英國、美國等國開始在自來水中加入氯消毒，成功降低霍亂、傷寒等水媒傳染病的發生率，這一技術迅速普及，成為現代供水安全的基石。    

 19 世紀末的台灣同樣深受傳染病困擾，尤其是鼠疫肆虐。1895 年割讓給日本後，惡劣的衛生條件成為殖民政府最棘手的問題之一。1896 年，後藤新平出任民政長官，他本人曾參與東京自來水與下水道系統的規劃建設，對公共衛生系統有深厚理解。為改善台灣水源與防疫問題，他邀請了曾參與東京水道工程的英籍技師 W.K. 巴爾頓（William Kinnimond Burton） 來台，規劃現代化的供水設施。在雙方合作下，台灣陸續建立起結合過濾、消毒、儲水與送水功能的設施。到 1917 年，全台已有 16 座現代水廠，有效改善公共衛生，為台灣城市化奠定關鍵基礎。

進入 20 世紀，人們已經可以喝到看起來乾淨的水，但問題真的解決了嗎？ 科學家如今發現，水裡仍然可能殘留奈米塑膠、重金屬、農藥、藥物代謝物，甚至微量的內分泌干擾物，這些看不見、嚐不出的隱形污染，正在成為21世紀的飲水挑戰。也因此，濾水技術迎來了一波科技革新，活性碳吸附、離子交換樹脂、微濾、逆滲透（RO）等技術相繼問世，各有其專長：

• 活性碳吸附：去除氯氣、異味與部分有機污染物

• 離子交換樹脂：軟化水質，去除鈣鎂離子，減少水垢

• 微濾技術、逆滲透（RO）技術：攔截細菌與部分微生物，過濾重金屬與污染物等

這些技術相互搭配，能夠大幅提升飲水安全，然而，無論技術如何進步，濾芯始終是濾水設備的核心。一個設計優良的濾芯，決定了水質能否真正被淨化，而現代濾水器的競爭，正是圍繞著「如何打造更高效、更耐用、更智能的濾芯」展開的。於是，最關鍵的問題就在於到底該如何確保濾芯的效能？

濾芯的壽命與更換頻率：濾水效能的關鍵時刻濾芯，雖然是濾水器中看不見的內部構件，卻是決定水質純淨度的核心。以德國濾水品牌 BRITA 為例，其濾芯技術結合椰殼活性碳和離子交換樹脂，能有效去除水中的氯、除草劑、殺蟲劑及藥物殘留等化學物質，並過濾鉛、銅等重金屬，同時軟化水質，提升口感。

然而，隨著市場需求的增長，非原廠濾芯也悄然湧現，這不僅影響濾水效果，更可能帶來健康風險。據消費者反映，同一網路賣場內便可輕易購得真假 BRITA 濾芯，顯示問題日益嚴重。為確保飲水安全，建議消費者僅在實體官方授權通路或網路官方直營旗艦店購買濾芯，避免誤用來路不明的濾芯產品讓自己的身體當過濾器。

辨識濾芯其實並不難——正品 BRITA 濾芯的紙盒下方應有「台灣碧然德」的進口商貼紙，正面則可看到 BRITA 商標，以及「4週換放芯喝」的標誌。塑膠袋外包裝上同樣印有 BRITA 商標。濾芯本體的上方會有兩個浮雕的 BRITA 字樣，並且沒有拉環設計，底部則標示著創新科技過濾結構。購買時仔細留意這些細節，才能確保濾芯發揮最佳過濾效果，讓每一口水都能保證潔淨安全。

不過，即便是正品濾芯，其效能也非永久不變。隨著使用時間增加，濾芯的孔隙會逐漸被污染物堵塞，導致過濾效果減弱，濾水速度也可能變慢。而且，濾芯在拆封後便接觸到空氣，潮濕的環境可能會成為細菌滋生的溫床。如果長期不更換濾芯，不僅會影響過濾效能，還可能讓積累的微小污染物反過來影響水質，形成「過濾器悖論」（Filter Paradox）：本應淨化水質的裝置，反而成為污染源。為此，BRITA 建議每四週更換一次濾芯，以維持穩定的濾水效果。

為了解決使用者容易忽略更換時機的問題，BRITA 推出了三大智慧提醒機制，確保濾芯不會因過期使用而影響水質：

1. Memo 或 LED 智慧濾芯指示燈：即時監測濾芯狀況，顯示剩餘效能，讓使用者掌握最佳更換時間。

2. QR Code 掃碼電子日曆提醒：掃描包裝外盒上的 QR Code 記錄濾芯的使用時間，自動提醒何時該更換，減少遺漏。

3. LINE 官方帳號自動通知：透過 LINE 推送更換提醒，確保用戶不會因忙碌而錯過更換時機。

在濾水技術日新月異的今天，濾芯已不僅僅是過濾裝置，更是智慧監控的一部分。如何挑選最適合自己需求的濾水設備，成為了健康生活的關鍵。

濾水技術：不僅是進步，更是守護未來

人類對潔淨飲用水的追求，從未停止。19世紀，隨著城市化與工業化發展，水污染問題加劇並引發霍亂等疾病，促使濾水技術迅速發展。20世紀，氯消毒技術普及，進一步保障了水質安全。隨著科技進步，現代濾水技術透過活性碳、離子交換等技術，去除水中的污染物，讓每一口水更加潔淨與安全。

今天，消費者不再單純依賴公共供水系統，而是能根據自身需求選擇適合的濾水設備。例如，BRITA 提供的「純淨全效型濾芯」與「去水垢專家濾芯」可針對不同需求，從去除餘氯、過濾重金屬到改善水質硬度等問題，去水垢專家濾芯的去水垢能力較純淨全效型濾芯提升50%，並通過 SGS 檢測，通過國家標準水質檢測「可生飲」，讓消費者能安心直飲。

然而，隨著環境污染問題的加劇，真正的挑戰在於如何減少水污染，並確保每個人都能擁有乾淨水源。科技不僅是解決問題的工具，更應該成為守護未來的承諾。濾水器不僅是家用設備，它象徵著人類與自然的對話，提醒我們水的純淨不僅是技術的勝利，更是社會的責任和對未來世代的承諾。

*符合濾(淨)水器飲用水水質檢測技術規範所列9項「金屬元素」及15項「揮發性有機物」測試
*僅限使用合格自來水源，且住宅之儲水設備至少每6-12個月標準清洗且無受汙染之虞

浩瀚的宇宙當中，除了外星人，還有什麼奇特的天文現象讓渺小的人類感到敬畏又謙卑？雙星、白矮星、夸克星、中子、脈衝星、超新星、黑洞、暗物質 ⋯⋯ 這些在媒體和電影中不斷出現的名詞，究竟是怎麼回事呢？

頂尖天文物理學家總想要突破人類智識和儀器的限制，探索遙遠光年以外、百億年前的這些天文現象，他們窮盡心力和努力，發現了一個又一個奇妙的星體和行為，花費了各國納稅人大量金錢把科學儀器的靈敏度操至極限 ── 獲得的知識可不能只有科學家知道。

大忙人專屬的天文科普書

即使我算是科學工作者，想讀懂天文物理這麼高深莫測的學科，不但不輕鬆還可能會要命；但有一本科普書，竟然夠膽談這個深奧的領域，而且還說是寫給大忙人讀的（不管勞基法怎麼修，有誰不是過勞的大忙人？）。

這本短小輕薄的《宇宙必修課：給大忙人的天文物理學入門攻略》(Astrophysics for People in a Hurry) 是《紐約時報》排行榜暢銷書，作者泰森 (Neil deGrasse Tyson) 是美國知名科普作家。這本書從宇宙的誕生談起，從科學上所知最遙遠和久遠的故事，談到我們壓根兒完全無頭緒的暗物質和暗能量。因為天文物理學裡，有太多現象和理論脫離我們日常的經驗和直覺，非常需要想像力，也正因如此，天文物理學有獨特的魅力，讓科幻小說和影劇作品可以大顯身手。

我們還不知道是否有外星人，即使有也應該和我們身處在同一個宇宙、受到相同的物理定律支配。牛頓的宇由機械觀，劃時代地告訴了我們，物理學無論在地球上或是宇宙任何角落，都是普遍適用的。所以天文物理學家才能夠宅在辦公室、研究室和天文台中，研究分析成千上萬光年外和百億年前的宇宙大事。

宇宙中有許多光，我們肉眼看不見，卻能由高明的科學家用精密的儀器偵測。嚴格來說，無線電波、微波、紅外光、紫外光、X 射線、伽馬射線等等都是不可見光。在宇宙中，這些光源能告訴天文物理學家許多精彩的故事。我很肯定研究這些不可見光的物理學家的心思，都全心全意放在工作中，因為我有位研究微波的物理系朋友，最常幹的傻事之一，就是把金屬便當盒拿進微波爐裡試圖微波加熱 ⋯⋯

因為我是城市裡長大的小孩，過去讀到古人對銀河系的描述，總是覺得不可思義，因為家中望出去的夜空，只有幾顆星，最亮的還是「愛的普羅星」。直到在美國加州唸博士班，和實驗室伙伴一起去遠離塵囂的國家森林中露營，淩晨三、四點在被窩中讓老闆強迫拖出去看星空，我才知道原來古人真的沒唬爛，銀河系是真的用肉眼就能看到的。

我們現在也知道，銀河系僅是眾多星系中的一個，古印度人早就有這樣的認知，佛典《世記經》記載道：

如一日月周行四天下，光明所照。如是千世界，千世界中有千日月、千須彌山王、四千天下⋯⋯千四天王、千忉利天、千焰摩天、千兜率天、千化自在天、千他化自在天、千梵天，是為小千世界。如一小千世界，爾所小千千世界，是為中千世界。如一中千世界，爾所中千千世界，是為三千大千世界。如是世界周匝成敗，眾生所居，名一佛剎。

天文物理學家現在知道的當然更精確多了，不僅知道許多星系，而且還知道星系際間有極高能量的宇宙射線，以及虛粒子海和不斷生滅的物質與反物質對。但最讓人困擾的，應該是所謂的「暗物質」吧？暗物質是科學家窮盡所有最頂尖的先進設備都偵測不到的東西，科學家也只能用各種旁敲側擊的方法得知暗物質的存在，可是捉摸不到它們。

愛因斯坦的敗筆？！宇宙常數 Λ

除了暗物質讓天文物理學家夠頭痛，雪上加霜的是還有所謂的「暗能量」，這聽起來就應該是科幻小說家和電影編劇可以用來大作文章的吧？暗能量究竟又是哪來的？這要拜愛因斯坦所賜，另一本科普書《完美的理論：一整個世紀的天才與廣義相對論之戰》(The Perfect Theory: A Century of Geniuses and the Battle over General Relativity) 對這故事有更詳細的描述（請參見【Gene思書齋】完美的相對論）。簡單來說是愛因斯坦在發表了劃時代的廣義相對論後，他相信宇宙是靜態的不會膨脹，因此多此一舉地在宇宙模型中加了個「宇宙常數 Λ」(cosmological constant) ── 有人視此為他一生中最大的敗筆之一。

《宇宙必修課》卻指出，柳暗花明又一村，愛因斯坦長辭於世後，理論物理學家為了解釋新發現的現象，為了解釋宇宙的加速膨脹，讓宇宙常數 Λ 峰迴路轉地復活。也就是說，愛因斯坦弄出個宇宙常數 Λ 是為了符合他認定的靜態宇宙想法，現在理論物理學家反而用宇宙常數 Λ 來解釋宇宙的加速膨脹，還有比這更諷刺的嗎？不過加入宇宙常數 Λ 之後，科學家又發現：宇宙全部能量當中，居然有七成是他們無法理解的暗能量啊！

我們所居住的地球是球形的，其他星球也是，天文物理學家當然有理所當然的解釋，泰森提到一個科學界的知名笑話「球形乳牛」(Spherical cow)：
牛奶農場的牛奶產量變得很低，於是農場主寫了封信給當地的大學尋求幫助。一個多元並受過訓練的教授隊伍集合在一起，領頭的是一個理論物理學家。進行兩個星期的深入現場調查後，學者們回到大學，筆記寫滿了資料，將此次任務的報告交給了教授隊伍為首的理論物理學家。這名理論物理學家回到農場，對農場主說：「我有解決方案了，只是要在真空狀態下且乳牛是球體的時候才有效。」

星球不僅是球形的，行星也會以近乎圓形的方式繞恆星轉。雖然哥白尼和伽利略主張的日心說不符合當時教會的正統思想，可是抵擋不了的歷史洪流卻製造出愈來愈多的科學知識，太陽並沒有繞著地球轉（只有直昇機父母還以為全宇宙都該繞著自己的媽寶小孩轉）。我們現在知道地球不僅不在宇宙的中心，連太陽系都不在銀河系的中心。銀河系也不在星系團的中心，我們這個星系團也不在宇宙的中心，所以不要再人類中心主義了！

可是畢竟寫書和讀書的都是人類啊，如果沒有人類，以上提到的種種又有何意義可言？所以在天文物理學的書中，我們勢必要探討生命在宇宙中起源的問題，還有面對我們這顆珍貴到不行的地球。

泰森想要告訴我們，「要有宇宙觀！」如果全人類都有宇宙觀，我們在地球上就不會為了區區小事就爭得你死我活了吧？和浩瀚無邊又源遠流長的宇宙相比，我們這白駒過隙又井底之蛙的一生有什麼好執著和庸庸碌碌的呢？

本文原刊登於閱讀‧最前線【GENE思書軒】，並同步刊登於 The Sky of Gene。

因為黑洞的性質太奇怪，一直到二十世紀九○年代，人們還認為它們的存在是科幻小說。密西根大學的天文學家道格拉斯．瑞奇史東（Douglas Richstone）在一九九八年評論道：「十年前，如果你在一個星系的中心發現一個你認為是黑洞的物體，業界中有一半的人會認為你是一個小狂人。」

自那以後，通過哈伯太空望遠鏡、錢德拉X射線望遠鏡（測量強大恆星和銀河源發出的X射線）和巨型陣列電波望遠鏡（由一系列在新墨西哥強大的電波望遠鏡組成），天文學家在外太空識別出幾百個黑洞。事實上，很多天文學家相信，天空中的大多數星系（在它們的盤形中心有核心膨脹）在它們的中心有黑洞。

正如預計的，在天空中發現的所有黑洞旋轉得非常快。哈伯太空望遠鏡對某些黑洞進行了計時，發現它們以每小時一百萬英里［一六○萬九千三百公里］的速度在旋轉。在最中心，我們看到一個扁平的圓形核，直徑大約一光年。核內有事件視界和黑洞本身。

因為黑洞是看不見的，天文學家不得不利用間接的方法驗證它們的存在。在照片上，他們設法識別黑洞周圍漩渦氣體的「吸積盤」。天文學家現已收集到這些吸積盤的美麗照片。（這些盤狀物幾乎是普遍在宇宙中快速旋轉的物體中發現的。甚至我們的太陽在四十五億年前形成時，它的周圍也有一個類似的盤狀物，後來這個盤狀物濃縮成行星。這些盤狀物形成的原因是，它們代表了某個快速旋轉的物體能量的最低狀態。）

利用牛頓運動定律，知道了繞中心物體旋轉的星星的速度，就能計算中心物體的質量。如果中心物體的逃逸速度等於光速，那麼光線也不能逃逸，這就間接證明了黑洞的存在。

事件視界位於吸積盤的中心。（不幸的是它太小了，用現代技術還無法確認。天文學家富爾維奧．梅利亞〔Fulvio Melia〕聲稱：在底片上捕捉一個黑洞的事件視界是黑洞科學的最高成就。）不是所有落入黑洞的氣體都通過事件視界。有些從事件視界的旁邊經過噴射到空間，形成兩個長的、從黑洞北極和南極噴出的噴射氣體。這使黑洞的外觀像一個陀螺。（從南北極噴出的原因是：當濃縮星星的磁場線變得更強烈時，磁場線集中在北極和南極。當星星繼續濃縮時，這些磁場線濃縮成從北極和南極放射的兩個管。當離子落入濃縮的星星時，它們沿著這兩個狹窄的磁力線，通過磁場北極和南極噴射出去。）

已確認出兩種類型的黑洞。第一種是恆星黑洞，在恆星黑洞中，重力將把正在死亡的星星壓垮，直至發生內向爆裂。然而，第二種黑洞更容易察覺。這些是星系黑洞，它們潛伏在巨大星系和類星體的正中心，比太陽質量大一百萬倍到幾十億倍。

近來，在我們自己的銀河系中最終找到一個黑洞。不幸的是，塵雲遮住了銀河的中心，要不是這個原因，在地球上每天晚上往人馬座方向看，我們會看到一個巨大的火球。沒有塵雲，銀河系中心的亮度會超過月亮，成為夜晚天空最明亮的物體。在這個星系核的最中心有一個黑洞，重量大約為太陽的二五○萬倍。說到它的尺寸，大約是水星軌道半徑［五，八○○萬公里］的十分之一。按照星系的標準，這不是特別大的黑洞。類星體的黑洞的重量可以是太陽重量的幾十億倍。我們後院的這個黑洞目前是相當穩定的。

下一個離我們最近的星系黑洞位於仙女座星系的中心，這是離地球最近的星系，黑洞質量為太陽的三百萬倍。它的史瓦西半徑大約是六千萬英里［九，六五六萬公里］。（在仙女座星系的中心至少有兩個大質量的物體，大概是幾十億年以前被仙女座星系吞噬的星系留下的。如果幾十億年後銀河系最終與仙女座星系相撞，我們的星系大概將被吞噬到仙女座星系的「胃」裡，這種情況看來有可能出現。）

星系黑洞最美麗的照片之一是哈伯太空望遠鏡拍攝的NGC 4261星系的照片。在過去，這個星系的電波望遠鏡照片顯示兩個從星系北極和南極噴出的非常優美的噴射物，但是沒有人知道它的機制是什麼。哈伯太空望遠鏡拍攝了這個星系最中心的照片，發現一個範圍為四百光年的美麗盤狀物。在它的最中心是一個包含吸積盤的小點，吸積盤的範圍大約一光年。哈伯太空望遠鏡看不見的中心黑洞重量約為太陽的十二億倍。

像這樣的星系黑洞是如此之強大，它們能夠消耗掉整個星星的能量。二○○四年，美國國家航空暨太空總署（NASA）和歐洲太空總署宣佈：他們發現在遙遠星系中的一個巨大黑洞一口吞掉了一顆星星。錢德拉X射線望遠鏡和歐洲XMM─牛頓衛星觀察到同一個事件：RX J124211星系發出的X射線的爆裂標誌著一顆星被中心的巨大黑洞吞噬了。

這個黑洞的重量估計為太陽質量的一億倍，巨大的重力使這顆星扭曲和伸展，直至破裂發出X射線的爆裂，向人們洩露它的秘密。德國加興的馬克斯．普朗克研究所的天文學家斯特凡尼．科莫薩（Stefanie Komossa）說：「這顆星星被拉伸超出了它的破裂點。這顆不走運的星迷路了，走錯了地方，跑到了這個黑洞的附近。」

黑洞的存在有助於解決很多古老的秘密。例如，星系M87一直使天文學家感到奇怪，它看上去像一個大質量的星球，帶一個奇怪的「尾巴」。因為它發出大量的輻射，天文學家曾經認為這個尾巴代表反物質流。但今天，天文學家發現它是由巨大黑洞提供能量的，這個黑洞的質量大約為太陽質量的三十億倍。現在相信這個奇怪的尾巴是巨大的離子噴射，它是從這個星系流出的，而不是流進星系的。

有關黑洞最壯觀的發現之一是錢德拉X射線望遠鏡的發現。它通過外太空塵埃的間隙窺視天空，在可見宇宙的邊緣附近觀察到黑洞集。總共看到六百個黑洞。天文學家透過外推，估計在整個夜晚天空至少有三億個黑洞。

本文摘自《平行宇宙》。本書由暖暖書屋出版社出版。