轉換「黑貓中隊」的神秘空軍偵查照，將冷戰最高機密化成歷史版 Google Map

本文與 Panasonic 合作，泛科學撰文 

●以下科學研究內容作為知識分享，不直接與Panasonic A La Uno全自動洗淨馬桶產品功能連結

在做家務的痛苦排行榜上，「刷馬桶」絕對名列前茅。明明天天都在沖水，但過不了幾天，馬桶內壁邊角總會浮現黃黃的水垢、角落發黑的霉斑，甚至是那些刷掉又長出來的粉紅色污垢（黏質沙雷氏菌）。

許多市售衛浴設備常標榜「神奇抗污」或「永久不沾」，讓人誤以為安裝後便能永保潔淨。然而從材料科學的角度來看，世上並無能使污垢憑空消失的魔法。所謂「耐污」的實質機制，並非打造完全不沾染髒污的材質，而是調整表面的物理與化學屬性，使水垢和微生物難以強力附著。一旦降低了污垢與內壁之間的附著力，透過日常水流沖刷，便能輕易地將髒污帶走。

為什麼污垢「黏不住」？ 

要搞懂為什麼某些特殊表面能做到「耐污」，我們得先像偵探一樣，拆解馬桶裡的髒污究竟是怎麼「抓緊」材料表面的。馬桶內壁的污垢主要有兩大難纏的元兇：

1. 水垢與礦物沉積*1：我們日常使用的自來水中含有鈣、鎂等金屬離子。當水滴在表面經歷反覆的濕潤與蒸發乾燥循環時，這些離子會逐漸結晶析出，變成硬度極高、緊緊「卡」在微觀縫隙裡的礦物質水垢。
2. 生物膜與有機物*2：包含尿液中的無機鹽、油脂殘留，以及細菌入侵後分泌出像超強膠水一般的聚合物，所組成的黏滑防禦大本營。

這兩大類污垢想要在材料上「落腳」，前提是它們必須能在表面找到足夠的附著點與黏合力。那麼，材料科學家是如何讓這些髒污「站不穩」的呢？答案就藏在「表面能（Surface Energy）」與「濕潤性（Wettability）」這兩個核心概念中。

當我們把水滴在某個表面上時，水滴會聚成一顆圓滾滾的水珠，還是迅速攤平開來？這取決於表面的特性：

• 疏水路線（Hydrophobic）*1：具備低表面能的疏水表面，能顯著減少水分子或污染物與表面之間的極性作用力與氫鍵。水滴在這種表面上會因為表面張力而收縮成水珠，當水珠滾動滑落時，就能順便把表面的灰塵與礦物質顆粒帶走，這就是著名的「自清潔效應」。
• 親水路線（Hydrophilic / Superhydrophilic）*2：相反地，極度親水的超親水表面則會強烈地吸引水分子，在材料最外層形成一層薄薄的「水化層（Hydration Layer）」。這層水化層就像是實體的液體盾牌，讓油污、蛋白質或細菌無法直接接觸到材料基底，只能漂浮在水膜上方。

如果要用攀岩來比喻：傳統粗糙的表面就像是有許多凹槽的攀岩牆，髒污就像攀岩者，需要找到落腳點並用力撐住才能攀附；而我們做的是抽掉把手點，或是在把手上塗上潤滑油，讓髒污找不到施力點，自然難以停留。

不給細菌「握手」的機會

解決了水垢，下一個更棘手的對手是「細菌」。

馬桶內壁那些黑黑粉粉、摸起來滑滑的污垢，在微生物學中被稱為「生物膜（Biofilm）」。細菌並不是孤立生長的，當單顆細菌落在表面後，如果覺得環境舒適，它就會開始分泌胞外聚合物（EPS），這是一種天然的超強膠水。細菌們用這種膠水把自己與同伴緊緊黏在一起，並築起堅固的防禦堡壘，這時一般的沖水就很難把它們沖洗乾淨了。

根據《Nature Communications》與《Microsystems & Nanoengineering》的學術期刊研究指出，要阻止生物膜形成，除了化學上的抗菌，材料的「表面微幾何結構」扮演了至關重要的角色。

材料科學領域中有一個著名的「附著點理論（Attachment Point Theory）」：

1. 粗糙與微孔洞表面：如果材料表面存在許多微小的裂縫、氣孔或微米級凹洞，細菌（體積通常約 1 到 3 微米）就會興高采烈地鑽進這些小凹槽裡。這些凹槽不僅提供了極佳的機械咬合支點，還能幫細菌擋掉水流的沖刷。
2. 極致平滑與微結構表面：相反地，如果材料表面做到極致平滑，完全沒有微米級的缺陷；或者反過來設計出尺寸遠小於細菌的奈米結構，細菌的足跡構造（如鞭毛或纖毛）就無法在表面找到穩固的「接觸附著點（Contact Points）」。

當細菌發現自己在這個表面上連「手都握不緊」、隨時會被水流吹走時，它就無法順利定殖並分泌膠水築巢。此外，現代衛浴結構在設計時，也越來越強調「一體成形」與「無接縫工藝」。消除接縫與死角，等於直接拔除了細菌與水垢最喜歡的避風港。

當材料、結構與流體科技組隊聯防 

了解了材料化學與微觀幾何，我們就能勾勒出一座現代耐污馬桶的完整防禦體系：【材料層（低附著力）】+【結構層（無縫平滑）】+【動態流體層（泡沫與水流剪切力）】= 高效清潔！

以市面上備受矚目的 Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶為例，就是將材料科學、結構工程與流體力學發揮到極致的典型代表：

1. 材料層：有機玻璃系新素材

A La Uno 全自動洗淨馬桶採新開發的「有機玻璃系新素材」（以壓克力高分子為基礎研發的衛浴專用材料，這類高分子成形技術亦被廣泛運用於大型水族館高壓觀景窗與飛機機艙罩）。這種材料表面具備極佳的疏水性與耐水垢特性，水滴不易長時間攤平停留；材質堅固、不易破裂，耐刮、不易造成細小傷痕。通過實驗測試，這種素材配合泡沫洗淨，在沖洗後能有效沖刷掉高達 99.99% 的大腸桿菌，從源頭阻斷細菌定殖。

2. 結構層：無接縫工藝與三重防濺防護

在宏觀結構上，A La Uno 全自動洗淨馬桶採用無水箱沖水與便器、溫水洗淨便座一體成型設計，減少傳統水箱與座體之間的結構層次及接縫，並搭配可動迴轉式排水系統完成沖洗。更貼心的是其「三重防護」設計：

• 泡沫防護：在水面上製造一層充沛的泡沫緩衝層，有效抑制男性站立小便時的尿液與污水飛濺；
• 外圍防護：馬桶邊界特別設計了高約 3mm 的水檔，防止液體延著外壁滴落至地板；
• 測漏防護：便座與馬桶本體採用不外露的防護設計，避免液體從縫隙飛濺滲漏。

3. 動態流體層：雙效泡沫洗淨、漩渦水流與 nanoe™ X

當污垢降落在馬桶內壁時，A La Uno全自動洗淨馬桶 的動態流體科技便接手進行徹底打掃。其「雙效泡沫洗淨」會先釋放直徑約 5mm 的「毫米泡沫」包裹並帶走大塊髒污，再透過直徑約 60微米的「微米泡沫」深入微觀縫隙，徹底溶解殘餘的油脂與細微污垢。接著，配合高度清潔力的「漩渦型強力水流」，利用旋轉產生的流體剪切力，一口氣將附著力已被削弱的污垢剝離並沖走。此外，Panasonic A La Uno 全自動洗淨馬桶還搭襯了 nanoe™ X 健康科技，釋放氫氧離子有效抑制異味與髒污，維持空氣與內壁的良好衛生狀態。

科技讓生活變輕鬆，但物理法則依然誠實

從材料化學的低表面能設計，到微觀幾何的附著點控制，再到流體力學的水流沖刷，一座現代抗污馬桶的演進，縮影了人類如何運用基礎科學來解決日常生活痛點的智慧。

我們習慣將衛生清潔想像成一場與細菌髒污的硬碰硬死鬥。然而，A La Uno全自動洗淨馬桶 等現代衛浴技術的突破，展示了材料科學的另一種聰明思維：不靠強酸強鹼硬打，而是透過物理與化學邏輯，將「污垢固著」的機率降到最低。

當材料科學與現代衛浴技術結合，刷馬桶不再是一件令人頭痛的辛苦瑣事。透過這些前沿科技的加持，我們得以從繁重的家務勞動中解放，享受更加乾淨、舒適且有品質的日常生活。

*1 參考論文：A metallic anti-biofouling surface with a hierarchical topography containing nanostructures on curved micro-riblets

*2 參考論文：Brushing up functional materials

來迷路吧！尋找美麗的錯誤

在本書的尾聲中，我們該向大家提出一個請求：請不要把生活裡的所有不確定性都予以消除。從GPS到書籍推薦，科技正在讓我們周遭的一切變得精確又可預測，但這不見得是好事。有時候，我們的幸福有可能因偶然而生，而這是凱薩琳．德蘭格 (Catherine de Lange) 發現的道理。

當我沿著繁忙的高速公路，緊跟著我跟蹤的目標而行時，我確實不容易被發現。但是，當我的目標把車開往住宅區的街道時，我就開始擔心了。我稍微放慢速度，讓自己慢下來，和這個女人保持更安全的距離，並且繼續跟蹤她。

不久之後，她轉了一個彎，穿過一座又大又漂亮的公園。儘管這裡距離我家只有幾分鐘的路程，但我很驚訝地發現自己居然從沒到過這裡。當我重新來到街道的另一邊時，那個女人不見了，而我卻迷路了。我拿出我的智慧型手機，查看衛星定位的路線。「右轉到加斯科尼大道，」它說，「然後找一個看起來很孤單的人，上前要求和他們並肩而行一會兒。」我們再來一次吧。

跟蹤隨機的陌生人，看看我最後會抵達哪個終點，這樣的事不是我平常在週六下午會做的事。但是，人生也許就該如此。科技興起是為了簡化我們的生活，從衛星定位設備到推薦服務皆然，所以我們現在已經很少會需要偶然了。一個才剛成立的研究機構表示，就人類的幸福來說，人們嚴重低估偶然的重要性。有些應用程式叫做「偶然產生器」，鼓勵我們把一些古怪念頭帶回生活之中，藉此反抗超級效率的趨勢。這樣的應用程式，能幫助我們克服人類對不確定性固有的恐懼嗎？

網路讓我們全都被優化了！

這些新應用程式之所以會出現，反映出人們更早之前對現代效率的暴政所提出的抗議。19世紀中葉，法國革命帶來的秩序，引發一種被稱為「漫遊」 (flânerie) 的文化現象。巴黎人不滿意現代城市如此緊迫和疏離，希望能在城市生活中鼓勵一些漫無目的的愉悅遊蕩。一個世紀之後，隨著都市計畫者使用制式框架打造城市，城市變得更加可以預測，地圖也變得無所不在。於是，藝術家和活動家再次抵制有序的實用主義。這一次，他們刻意用地圖隨意漫遊。例如一群被稱為激流派的藝術家，創作了「踩在城市每一個水坑」的有趣指引。

早期的網際網路，並不是不滿的漫遊者要反抗的目標。當網路在1990年代興起時，主要是為了讓人們和不認識的人分享他們喜歡的東西，那是我們用來和通常不會相遇的人交往的方式；換句話說，那是一個促成巧合的良好機會。

然後，事情開始有了改變。「從20世紀到21世紀，人們很強調優化。」一位設計偶然性應用程式的藝術家馬克．謝潑德 (Mark Shepard) 說。「我們現在認為，讓事情變得更有效率，是科技該為我們做的事。」這種想法把機器當作人類謙遜的僕人，讓我們的生活可以過得更輕鬆。

隨著推薦系統的興起，演算法利用你購買、喜歡和瀏覽的歷史，還有別人的紀錄，計算出你之後可能有興趣購買哪些產品。

現在，每個智慧型手機都有衛星定位，引導你抵達任何一個目的地。從超市中選擇買什麼，到找到你的方向而不迷路⋯⋯，你口袋裡的設備可以保證你再也不用依賴偶然。我們的生活幾乎完全被優化了。

偶然生產器，用錯誤的路線帶給你驚喜！

這些偶然性應用程式來得正巧，正好回應了都市漫遊的精神，刻意讓你失去方向。許多人直接批評會對他們耍詐的推薦系統。「這些推薦系統都會給你更安全的選擇，結果卻犧牲了你到更有趣地方的機會。」英國林肯大學計算機科學家班．柯爾曼 (Ben Kirman) 說，他專門研究社會遊戲。

這就是為什麼柯爾曼創建了偶然生產器「迷路機器人」(Getlostbot)。這個應用程式，鼓勵使用者突破舊有做法，嘗試到不同的地方去。只要下載這個程式，它會默默監控你在四方廣場 (Foursquare) 的打卡紀錄。當你的行蹤太能被預測時—例如，你老是在週五晚上去同一間酒吧—那麼這個偶然產生器，就會發送一個你從未嘗試過的路線給你。

過去兩年中，許多類似的應用程式和服務悄然激增。例如，像 Highlight 這個應用程式，會連接到你附近的陌生人；另一個叫做 Graze 的線上服務，會帶給你驚喜的食物。

漫遊者和藝術家所實踐的偶然性，看起來可能非常異想天開，但最近一份研究幸福的結果顯示，他們的做法大幅降低了人性中的深刻衝突。推薦系統之所以如此吸引人，部分原因在於在大多數時候，消除不確定性是個很好的想法。維吉尼亞大學的心理學家提姆．威爾遜 (Tim Wilson) 說，「人類一直努力讓世界變得有意義。」如果你瞭解了一些事，而且如果它們是好東西的話，你就會想辦法讓它們再度發生；抑或是，如果它們是壞東西的話，你要能防止它們再度發生。

「不確定性」為人們帶來幸福感

所以，當你知道某個糟糕的結果—無論那是一齣很差勁的電影，還是徹底迷路—可能發生時，會讓你最不開心的就是不確定性。其實迷路或買到不喜歡的東西，並不會對我們的人生構成威脅，但我們也許可以在更嚴重的情境下，理解人們為什麼不願意面對不確定性。例如，有個研究曾針對做過亨廷頓舞蹈症基因檢測的人進行，而這群人正等待檢驗結果出來。無論檢驗結果是陽性還是陰性，所有得知檢測結果的人的幸福感都提升了；但是無法確定檢驗結果的人狀況就大相逕庭了。一年之後，這群人的沮喪程度，比起得知自己必須終生與這種性命攸關又讓人病懨懨疾病共處的人更甚。

為什麼會這樣呢？許多研究證實，當意想不到的事件出現，人們的反應會更情緒化。這個機制也是一樣，無論它放大的只是一個讓人稍微不快的事件，或是一個非常嚴重的事件。無論事情大小，我們都會花更長時間去思考它，試圖找出其中的解釋。一旦我們提出了一個理由，我們就會接受它，把它融入日常世界中。

那麼，根除生活中的不確定性，似乎是一個很好的幸福策略。

不幸的是，這種看法並非全貌。大多數針對不確定性的研究，往往只側重消極的一面。在過去十年中，心理學家已開始研究不確定性帶來的美好體驗，他們的發現正成為強而有力的案例：讓不確定性強化壞狀況的機制，可能也是帶來幸福的關鍵因素。

威爾遜有個理論說，當我們在面對愉快的事件時，保持不確定性會比較好。為了測試這想法，他設計了一系列的實驗。在一項研究中，參與者得知他們有機會參加某個比賽，並要從中選出他們最想贏得的兩個獎項。後來研究人員告訴所有人他們贏了，其中一群人馬上就會得到他們最喜歡的獎品，然而另一群人在研究結束之前，都不會知道將得到兩種獎品中的哪一種。威爾遜發現，那些被迫要花時間琢磨自己可能得到哪種獎品的人，比起那些馬上得到滿足的人，體驗到更長時間的美好心情。

這群人也花了更長時間觀賞可能得到的獎品圖片。因此，這實驗支持了一個理論的說法，那就是當事情尚不明朗時，人們會花更多時間專注在可能的結果上。對於快樂的結果來說，這放大了人們可以從中得到的樂趣。

所以，面對一起曖昧不明的愉快事件，人們被迫把注意力放在它身上更久，從而延長了情緒熱度；這造就了心理學家所謂的「愉悅的悖論」現象：我們想要瞭解世界，但這種瞭解會剝奪我們從意外事件中得到的樂趣。

來繞路吧！別顧著看GPS

這些研究只不過是整個研究的一小部分，卻顯示了透過不確定性的力量，我們可以得到多少樂趣，並且在我們生活中引入偶然因素的技術，可以提升我們日常生活的心情。這就是為什麼我會在某個下雨天的午後，在北倫敦北部跟蹤一個陌生人。我正在測試偶然產生器 (Serendipitor)，這個衛星導航程式可以擴大你行進路徑的範圍。它會給你小小的建議，讓你稍微改變方向、繞路或是走其他路。

這種應用程式的設計師，試圖說服人們跨越一條線。他們甘冒犯眾怒危險，因為這程式可能會讓某些人覺得荒謬。「偶然產生器是種諷刺的說法：當我們生活在一個需要下載應用程式才能得到偶然性的社會裡，這代表什麼？」設計這個應用程式的設計師謝潑德說。然而，偶然性產生器和簡單的偶然性不同，這個應用程式讓你可以設定權重，確保出來的結果是好的。例如輕輕擦一下，就可以剔除你真的很討厭的食物；此外，就算你連到可靠的谷歌地圖，偶然性產生器也可以讓你迷路。

我計畫好午餐要吃什麼之後，便用這個應用程式查詢路線。走路到餐廳只要六分鐘，我的手機也顯示了通往主要幹道的可預測路線。一旦我出發，偶然性產生器就設定了我的第一個挑戰：挑一個人，跟蹤他走兩個街口（謝潑德說他從激流藝術家那裡，借來許多另類指引）。我在路上挑了一個拖著行李箱的女人，跟在她後面，不久後她橫越馬路，帶我來到我從不知道的公園。現在，這程式的優點漸漸變得清晰，我忍不住在想，如果我挑到其他人，我對這個地方就會一無所知了。

你願意使用偶然生產器嗎？

我不是唯一一個會被「這樣的事也許永遠不會發生」這想法所迷惑的人。2008年，哈佛大學心理學家丹尼爾．吉伯特 (Daniel Gilbert) 招募了一群至少已擁有五年幸福感情的人，他把這群人分組，要求其中一半的人寫下他們與伴侶相遇的故事，其他人則描述可能無法與伴侶相遇的故事。測試結束後，那些描述自己沒遇到伴侶的人，比起描述實際愛情故事的人，對這段感情的滿足感更大。

在電影《風雲人物》 (It’s A Wonderful Life) 中，天使讓主角喬治．貝禮看到這個世界如果少了他會變成如何的面貌，威爾森把這現象稱為「喬治貝禮效應」 (George Bailey effect) 。天使說，如果喬治沒有出生，一切好事也許永遠不會發生。是喬治把活力注入已喪失新奇光芒的生活之中。

在這次偶然的遭遇中，我除了到處亂走之外，做些隨機的事情也讓我興奮莫名。跟著女人走到公園後，我花了一段時間才鼓起勇氣，問某個路人我是否可以拍一張他的照片。不過，這卻給了我一種成就感，雖然這樣做真的很蠢。然而我不禁想到，要不是為了執行任務而去做這些事，我平日真有可能會使用這種應用程式嗎？

事實是，人們一直低估不確定性的正面影響。沒有人比柯爾曼更瞭解這一點。他發現，儘管人們認為偶然生產器的概念很好，但當螢幕上真的給出建議，要求人們嘗試新東西時，大家都不太願意這樣做；換句話說，人們喜歡這個應用程式，會下載它，但不會使用它。

如果拒絕不確定性還不足以構成問題，那麼另一個妨礙人們接納偶然性的障礙，則是商業化—因為讓人迷路的應用程式賺不了錢。

打破同溫層吧！擁抱偶然性

但這並不表示我們不需要這樣的程式。根據麻州劍橋微軟研究部門的達娜．博依德 (Danah Boyd) 的說法，我們越來越依賴推薦系統，這表示人們最後會活在同質性極高的「同溫層」之中，讓我們的視野變得越發狹隘。她總結了目前線上偶然性生產器技術的方法，它混合了人們對未知的恐懼，以及待在安全同溫層的壓力。

因此博依德認為，這些技術永遠不會在主流中占據主導地位，但卻反映出一種有用的對抗思維。她說，「和那些與我們的世界觀迥異的人往來，是件非常重要的事，但我們已經無法理解這樣的事了。」

她發現，人們的態度大約在2005年出現轉變，媒體注意到網路上嗜血分子的出現，讓人們對「周遭的陌生人產生道德恐慌」。大約在同一時間，我們看到社群網路興起，人們用網路與熟人聯繫，而不是與不認識的人互通往來。

受到限制的不僅僅是我們的網路生活。「最重要是讓你的孩子擁抱偶然性，」博伊德說，「以前，這說的是跳上你的單車，說走就走，而如今我們已經失去這種能力了。」這些推薦應用程式、衛星導航和其他安全技術彼此相互連結，是否會改變人們對風險的容忍度？在過去幾年中，華盛頓特區的皮尤研究中心發現，美國學開車的青少年越來越少了，腳踏車的銷售量也急劇下滑。就算其他州有比較好的工作，年輕人也不太願意搬到那些地方去。

所以，刻意製造的偶然性也許仍有發展的希望，某些大公司已開始在玩這個想法了。根據報導，蘋果公司在2008年申請了一個專利，這個專利是說：如果兩台機器突然靠得很近，它們就會自動連線。比方說，你會發現自己正和某個朋友在同一個區域，而朋友卻沒有意識到這點。谷歌的定位應用程式也正在做同樣的事。

我不期望哪一天谷歌地圖會從一開始，就指引我跟著某個陌生人走，但該公司是否可能運用這種技術，在目前地圖上「最快」和「最短」的選項之外，加入「最具冒險性」的選項？

畢竟，在我們每天使用的技術裡面多加入一些驚喜，我們就有可能再次注意到我們因不斷追求效率而錯過的事物。「這是目前最暢銷書籍的主要故事情節，」博伊德說，「故事中的人物會遇到一些隨機的事情，這些事情非常神奇，於是他們便出發前往未知之地。我們幻想著這些東西，但我們該如何讓幻想回到我們的現實中呢？」

本文選自泛科學2018年7月選書《偶然的科學：好運、隨機及機率背後的秘密》，八旗文化。

狂風豪雨過後，倒下的不只是行道樹，可能還包括你正在使用的無線網路。2013年5月25日，龍捲風侵襲美國中部的5天後，防災科技實驗室(Disaster Tech Lab)即發表《Moore, Oklahoma Wireless Signal Assessment》調查報告，憑藉免費的應用程式(Application, 簡稱App)服務迅速完成無線訊號評估任務。

這份調查同時找出受災區通訊服務的黑點(black spots)與白點(white-spots)，儘管黑點在英文的語意中是指多交通事故處或危機發生的焦點，在這裡指的是無法連接通訊信號的地區，相對的白點則是通訊普遍可及的區域，短期內不再需要通訊的基礎建設。

從蒐集資料、視覺化到分享調查成果，可以幫助決策者了解哪些地方已經有充足的通訊服務，那些地方存在通訊落差的狀況，需要優先補強災後服務。為使調查同時具有研究與實務的貢獻，防災科技實驗室從易受龍捲風侵襲的中美地區著手，研究範圍就是今年5月受龍捲風重創的奧克拉荷馬市(Oklahoma City)穆爾鎮(Town of Moore)。

2013年5月20日，強勁的龍捲風橫掃穆爾鎮和其他奧克拉荷馬市的南部城鎮，估計毀壞1,150棟房舍，造成25人致死、377人受傷，估計經濟損失高達20億美元，為了鎖定穆爾鎮受災區測試通訊服務，科學家從最新的「Google Crisis Map」取得龍捲風路徑。

「Google Crisis Map」是由Google開發的地圖平台，以地理資訊系統(GIS, Geographic information System)的技術，讓一般人可以透過網路在災害前後從地圖獲得清楚簡單的防災資訊，像是災害潛勢路徑、避難所位置、森林大火範圍等，這些危機地圖以Google Map為底圖，內容可以由官方發布，也可以由有興趣投入的一般民眾製作。

更方便的是，危機地圖提供大家免費下載災害資訊的Kml檔案，Kml是一種使用於Google Earth的檔案類型，可以在Google Earth進行編輯，專業使用者若將Kml檔轉成ShpFile檔案類型，還可以在地理資訊系統( Geographic Information System,GIS)的軟體中操作空間分析與製圖。

有了今年（2013）龍捲風在穆爾鎮的路徑資料，科學家只要攜帶iPad和智慧型手機就能沿著災區街廓來記錄沿途的無線通訊服務，因為這些產品中安裝合適的App，Android系統的手機使用G-Mon、iPad則安裝Wi-where，都可以感測周圍的無線網路訊號。

科學家發現災區的3G、4G等無線網路覆蓋率極高，推論原因是大部分的無線訊號的基地台並不在龍捲風的侵襲範圍內，而這些覆蓋率極高的無線網路是屬於可移動、可拆遷的「暫時性網路(temporary networks)」，在災害發生的3到4天就可以完成架設，相較之下固定式衛星通訊服務的小型衛星地面站(Very Small Aperture Terminal,VSAT)成本較高，受一次性災害破壞的損失較大，建議災後重建善加利用暫時性網路科技。

有了這些新穎方便的科技，在遇上天然災害時，可以迅速重建網路，維持災區的通訊品質，並非只是為了讓當地民眾方便上網，在防災資訊傳遞，也是十分重要的環節。

延伸閱讀：

本文轉載自中央研究院研之有物，泛科學為宣傳推廣執行單位。

• 採訪撰文｜林庭葦
• 美術設計｜林洵安

當黑貓中隊遇上 GIS

編按：地理資訊系統 (Geographic Information System, GIS)

大半個世紀以前，一群秘密特訓的飛行員冒著生命危險，駕駛史上最難開的 U-2 偵察機，隻身潛入中國領空偵查，最終僅約半數隊員平安除役。三十年後，當年的機密航照連同其他早期空軍偵照成果，來到了中研院，在地理資訊科學研究專題中心的主責下，化為超過百萬張的地理圖資。「研之有物」專訪執行長范毅軍研究員、廖泫銘研究副技師，揭開這段歷史。

神秘的空軍偵察部隊：黑貓中隊

科技進步的今日，只要隨手打開谷歌地圖 (Google Map)，就能查看街道資訊和航照圖。不過，在人造衛星技術尚未成熟之時，想取得空間資料沒這麼簡單。

「這是台北市、這是遷移前的桃園空軍基地、這是青藏高原上的拉薩⋯⋯」中研院廖泫銘副技師展示著一張張黑白航照圖。照片裡，山脈、河流、埤塘、飛機跑道與房屋聚落，清晰可見。

這些已經完成數位典藏的航空照片，全都來自一支神秘的空軍偵查部隊「黑貓中隊」，冒險深入「敵後」，秘密拍攝而來。

故事，要從冷戰方熾的 1950 年代末說起。

當時，政府仍積極圖謀「反攻大陸」，而美國則欲偵察共產陣營的飛彈與核子設施狀況。因此，美國中央情報局和台灣軍情單位聯手合作「快刀計畫」(Project Razor)，秘密成立一支高空偵察部隊，美方提供 U-2 偵察機和技術支援，台灣提供飛行員和後勤基地，列入「元首層級」的最高機密。

1961 年，空軍第 35 中隊正式成立，以「空軍氣象偵察研究組」名義掩護，神秘隱身在桃園空軍基地，暱稱為「黑貓中隊」。

U-2 ，史上最難開的飛機

1960 年代，黑貓中隊飛行員駕駛 U-2 偵察機，展開無數秘密偵查拍攝任務，範圍遍及中國、越南、朝鮮半島等冷戰衝突前線。

U-2 機身漆黑削瘦、雙翼極長，只容得下一人駕駛。為了躲避雷達、地對空飛彈，U-2 的飛行高度超過 20000 公尺，是一般飛機的兩倍（民航機的飛行高度約 10000 公尺，戰鬥機 12000 公尺）。為了保持輕巧、不耗油，U-2 雙翼和尾翼可拆卸，機身沒有任何武裝、補給裝備。

整架偵察機的設計，就如同隊名，彷若在暗夜與清晨潛行現蹤、輕巧無聲的一隻黑貓。

然而，極度輕便的設計，犧牲的是飛行員的人身安全。

U-2 降落異常困難；高速容易解體、過慢則會失速（最高速度和失速之間，僅僅差距 18.5 公里）；早期還經常在高空無預警熄火，萬分考驗飛行員的技術。

危險不只如此！

為了在單趟航程內進出敵營領空，連續飛行 8 至 12 小時是家常便飯。飛行員還必須穿著類似太空裝的壓力衣和頭盔，進食、排泄都如同太空人般經由特殊「吸管」──在低溫、低壓、缺氧的 2 萬公尺高空，沒有這些裝備，眼球表面會結凍、身體的水分和血液會沸騰蒸發。

超級「任性」的 U-2，至今仍是美軍公認最難駕馭的飛機。

全世界僅只美國、英國和台灣的飛行員受過訓練，而實際執行任務的只有美國及台灣，迄今最新型號 U-2R 仍在美軍服役。

軍事機密變身「歷史版 Google Map」

這支神秘部隊默默承擔偵查重責，直到 1974 年「快刀計畫」終止， 28 位黑貓中隊飛行員，總計執行 220 次任務，帶回 3000 多捲底片， 10 人不幸殉職。被列入最高機密的黑貓中隊，自此無聲地沉入歷史洪流。

二十多年後，中研院與國防部簽訂「飛遠專案」數位典藏合作計畫，推動老舊空照圖資數位化的工程，並建立相關資料庫，計畫從 1998 年持續至今，由范毅軍研究員籌畫、 GIS 專題中心持續推動。黑貓飛行員冒死拍下的 U-2 航空照片，便是重要的典藏內容之一。

這些 U-2 老照片數位化後，除了長期保存，還有什麼用途呢？

「一張圖勝過千言萬語。」范毅軍一語點出地理圖資的意義：「數位化不只是為了典藏，而是結合 GIS 技術，提供跨領域研究者重要的基礎資訊。」

雖然已經沒有軍事情報價值，這些 U-2 航照圖卻擁有不可限量的學術潛力：單單一張圖像，就能獲取土地利用、海岸線、農地面積、道路等數據，甚至連房屋的容積都能計算。

「毅力號登陸火星，透過不同角度的照片就能測量出火星的地形，這叫『航空攝影測量方法』。」廖泫銘解釋，同一個地區、不同角度的航拍影像，透過 GIS 技術，即可還原出立體 3D 效果，判斷出樓高、山高。

簡單來講，我們就是做歷史版的 Google Map 。

Google 把地圖當作載體，街道、店家等數據資料塞進地圖；研究團隊則是將歷史航照當成數據材料，抽取具有研究價值的資訊，放進地理資訊系統內。

時間＋空間，GIS 生產歷史數據

「地理資訊系統」（Geographic Information System，GIS）的原理，是運用地理座標，把所有的人、事、物透過地理空間整合在一起。不管是航照圖、古地圖、街道、土地開發情況，只要將座標對齊，都能整合進 GIS 系統。同時，把時間向度納入，今昔的空間資訊便能一覽無遺。

以一張 1963 年的台北盆地航照圖為例。

第一步，是定位。研究團隊掃描航照底片，並在影像上找尋參考點（以台北市為例，「總統府」就是始終不變的定位參考點）；如此一來，就能標誌座標，完成「空間對位」的工作，再一張張拼接成連續的圖面。

確定空間座標後，各研究者即可再針對特定的研究主題，如「台北市綠地變化」、「基隆河截彎取直後對汐止淹水的影響」……，從影像中萃取出有用的數據材料，包括計算綠地面積、都市化前的河道範圍等。

我是誰？我在哪裡？柯南式追蹤，破解航照之謎

聽來簡單，實際操作起來並不容易。

首先，U-2 照片很特殊！

U-2 配備的自動照相機，能左右擺動鏡頭、連續拍攝，除了機腹正下方的俯瞰畫面，也有傾斜程度不一的側拍角度。如此一來，飛行航道左右各 300 公里，都逃不過 U-2 的「貓眼」，確保單次任務就能拍攝到最大範圍，獲得最多情報資料。

「因為要連續拍攝 8 個小時，所以底片非常長，一整捲大概 65 公尺。保存時，要剪成一段一段，一段就是一個 roll。」廖泫銘拿出比臉還大的底片，說明著。

整捲底片被放進掃描機，讓電腦自動化高精度、高解析度掃描。掃完一捲完整片幅的底片，大約需要 1.5 天，而 U-2 底片總計有 3000 多捲。但數位化只是最「輕鬆」的環節，後續的「座標定位」，才是耗時耗力的工程。

黑貓中隊的飛行軌跡遍布東亞，當時沒有 GPS ──上千張照片，要怎麼知道這是哪裡？地理座標為何？屬於哪次任務？

回頭查詢國防部紀錄，就能快速破解？沒那麼簡單！

當年為了保密，所有人都僅是拼圖中的一小片：飛行員不知道具體任務內容，只知道飛行航線以及何時開關相機；沖曬官沖洗底片，不會過問細節；軍中判讀官檢視照片、辨識位置後，也不會記錄是哪位飛行員、哪次任務。

「對研究者來說很痛苦，我們想要知道每件事，但因為保密措施，從不同部門獲得的資訊都是片段的。」廖泫銘苦笑說道。

將上千捲底片產製成數位典藏，就是大量的「工」：

研究者必須交叉比對影像、地圖、飛行員出勤紀錄、判讀報告、CIA 解密檔案，才能把一張張沒有座標、沒有說明的歷史影像，轉化為科學研究的圖資。

唐代長安城樣貌？明英宗為何在土木堡被俘？ GIS 重現古時空

雖然美國國家檔案館也有典藏一套 U-2 中國偵照底片，但迄今仍沒有數位化處理。相較之下，台灣完整的數位典藏，讓人們不需大海撈針，對於東亞區域研究者可說是珍貴無比。

「GIS 不是萬能的，卻是很基礎的工作。」范毅軍以學術研究的「基本功」形容。

他解釋，透過 GIS 技術整合各種空間資料，再加上時間向度，便能幫助研究者建構出虛擬的「時空框架」。不論考古、歷史學、環境學家，皆能從中進行細部的社會調查，觀察聚落、環境的長時態變化，甚至能從當代回推到古代！

舉例而言，歷史課本裡的「土木堡之變」你或許不陌生，但英宗為何會在此處遭遇埋伏？

透過 GIS 重現的「中國古代版 Google Map」，一目了然。土木堡位於今日的河北省張家口市「土木村」，從 1960 年代張家口航照圖（都市化以前），可以發現此處位於峽谷，容易遇伏。「明英宗御駕親征瓦剌，卻慘遭圍攻俘虜」的故事，瞬間變得立體鮮活。

「根據 1930 年代的西安航照圖，我們甚至能還原唐代的長安城！」范毅軍自豪的說。

除了歷史研究，GIS 成果也有「生活化」的一面。

曾有一位老先生被指控違建，祖厝面臨拆除。他找上 GIS 專題中心，調出當地歷史航照證明沒有違法占地，終於留住了透天厝。每天來自公務機關的「疑難雜症」，更是專題中心的「日常」。范毅軍笑稱，社會服務也是研究團隊的職責之一。

「他們用生命換回來的，我們幫他們保住了」

費時二十多年，除了 U-2 航照，GIS 專題中心也完成約八十萬張老地圖數位典藏，建置全世界最大的中國、台灣地理資訊資料庫。

問廖泫銘從事地理資訊數位化工作二十年，最大的感動是什麼？

他秀出一張照片，說：「這是葉常棣教官，幾年前已經過世。那天，沈宗李教官陪他一起到中研院看看這些 U-2 航照。」

1965 年，黑貓中隊成員葉常棣在江西遭共軍擊落，軟禁、勞改長達十九年。當他獲釋到香港，卻因當時政治環境無法返台，只能在 CIA 幫助下赴美德州定居。1990 年，他返國辦理退伍，直到 2016 年才回到台北定居，不久便過世了。

「他們從來沒看過自己拍的照片，不能碰、不能問。」廖泫銘感性地說，

但他們用生命換回來的，我們幫他們保住，除了文化資產及科學價值，這也是重要的傳承。