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太陽活動將步入第2次芒德極小期?

臺北天文館_96
・2011/06/27 ・2465字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 555 ・八年級

根據美國國家太陽天文台(National Solar Observatory,NSO)和空軍研究實驗室(Air Force Research Laboratory,AFRL)科學家的研究:東西向帶狀流逐漸消失、黑子數量愈來愈低、太陽兩極的活動也漸趨緩慢,在在意味著我們太陽似乎即將進入休眠期。這些研究結果在美國天文協會(American Astronomical Society,AAS)太陽物理組(Solar Physics Division)於新墨西哥州立大學(New Mexico State University)舉辦的年會中發表。

The Sun viewed in visible light, at minimum phase (2006) and maximum phase (2001)

太陽黑子數量和其他太陽活動的變化平均約為11年,是太陽22年磁週的一半,因為太陽的磁南北極約每11年會對調一次,22年後才會回覆原狀。目前太陽正處於第24太陽活動週期(Cycle 24),且逐漸邁向活動極大期。從各種不同的研究,如太陽內部、可見表面或日冕等,結果都顯示下一個太陽黑子週期,即第25太陽活動週期(Cycle 25)的活躍程度都將大幅減低,甚至可能完全不會來臨。NSO的Frank Hill表示:這真是超奇特又超意外的;但事實上,的確有3種完全不同的觀點,都指向太陽黑子週期可能會消失的相同結論。

然而,緊接著會提出的問題便是:目前這種太陽活動減緩的現象,是否意味著將出現第二個芒德極小期(Maunder Minimum)?芒德極小期是發生於西元1645~1715年間的事件,在這約70年的期間,居然幾乎沒有太陽黑子現身;而在當時,歐洲恰逢小冰河時期,黑子數量與地球氣候變遷是否有關的議題,由此開始引爆,但到目前為止並沒有兩者確實有關連的確切結論。

第一個研究結果是Hill等人利用全球日震觀測網(Global Oscillation Network Group,GONG)散佈全球的6個觀測站的太陽表面振盪觀測資料,套入理論模型中後,可獲得太陽內部的結構訊息;有點類似利用地震波來瞭解地球內部結構的方式。他們的其中一個發現是太陽內部東西向的帶狀流,即所謂的「扭轉振盪(torsional oscillation)」,是從中緯度地區開始,然後逐漸移向赤道地區。扭轉振盪是引起太陽較差自轉(differential rotation)—即太陽各緯度自轉速度有所偏差的一種現象。這種帶狀流出現的緯度往往與每個黑子活動週期中,新黑子形成的緯度相同,太陽物理學家並藉此成功預測了第24太陽活動週期發生時間會比較晚的狀況。

Hill表示:若按一般太陽活動週期平均約為11年來看,第25太陽活動週期應該會從2019年左右開始,所以他們原本預期第25活動週期的帶狀流應該近期要開始發生了,但卻一直等到現在都沒看到帶狀流出現的訊息。這意味著第25活動週期可能會推遲到2021年或2022年才開始,甚至一直不會發生。

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在AAS年會中第2篇相關論文為Matt Penn和William Livingston等人發表的。太陽黑子是當太陽內部強烈的磁流管(magnetic flux tube)向上浮出太陽表面,阻斷氣體隨熱對流回到太陽內部而使此處氣體溫度降低而形成的。典型黑子的磁場強度約為2500~3500高斯(gauss),而且磁場強度必須高於1500高斯才能形成黑子,這與地球表面平均磁場強度小於1高斯相較之下,真是強了許多。

Inset shows the effect used to measure the magnetic field strength: a splitting of a spectral line in the sunspot. Magnetic fields cause single spectral lines to split into a multiple=

不過,Penn等人分析基特峰(Kitt Peak)麥克麥斯太陽望遠鏡(McMath-Pierce Telescope)長達13年的黑子觀測資料之後,發現黑子的磁場強度似乎有逐漸減弱的趨勢,從第23活動週期到現在的第24活動週期,黑子的磁場強度每年約遞減50高斯,所以他們預測第25太陽活動週期的磁場活動會非常微弱,以致於僅會形成少量太陽黑子。此外,他們還注意到黑子溫度升高幅度與磁場強度的變化相符。如果這個趨勢持續不變,那麼磁場強度一旦低於1500高斯的下限,再也無法抵擋太陽表面熱對流的擾動,那麼黑子就會大量消失。

除了在AAS年會發表的論文之外,第3個相關研究結果是在NSO利用40公分日冕觀測望遠鏡(coronagraphic telescope)進行黑子活動觀測的美國空軍日冕研究計畫Richard Altrock等人,觀察到太陽日冕在兩極原本有相當急促的向極磁場活動,但這個活動也有趨緩的現象。這個日冕極區的活動特徵相當奇特,是根於太陽內部的強磁場結構所造成的,因此一旦觀察到這個急促向極磁場活動有變化,就代表了太陽內部深處有變化。

Altrock等人利用光度計測繪被加熱到攝氏200萬度左右的鐵離子輻射。由於外部電子被剝奪,所以帶有正電荷的鐵離子很容易受到來自太陽內部的磁場影響而聚集在一起,因此可呈現出日冕兩極的磁場狀態。目前已知一般新的太陽活動會首先從緯度70度左右之處開始浮現,然後隨著活動週期演進而漸漸向赤道聚攏;在此同時,新的磁場會迫使前一活動週期的殘餘份子向兩極方向移動,最遠可達緯度85度左右。這就是前述的急促向極磁場活動。

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Plots of coronal brightness against solar latitude show a "rush to the poles" that reflects the formation of subsurface shear in the solar polar regions. The current "rush to the poles" is delayed and weak, reflecting the lack of new shear under the photosphere. Note the graph depicts both north and south hemispheres overlaid into one map of solar magnetic activity, and that the patterns correspond with the butterfly diagram above. Altrock表示:從第21活動週期到第23活動週期,太陽極大期大都發生在這個急促向極磁場活動出現在緯度76度時。不過第24活動週期原本開始的時間就比預期的還晚而慢,所以很可能無法強到足以製造這樣的急促向極磁場活動。如果前述理論正確,這意味著可能發生於2013年的第24活動週期極大期將非常微弱;甚至如果這個急促向極磁場活動一直無法完成,那麼第23活動週期的磁場無法全部被推到極區來毀滅,後果將是什麼?不幸的是,目前還沒有任何理論學家可以精確指出這會導致太陽發生什麼狀況。

上述三項各自獨立研究的結果,都顯示現今大家很熟悉的黑子週期很可能會消失一段時間。目前太陽科學家們正著手驗證他們的研究結果究竟是否正確,如果答案是YES,那麼2013~2014年很可能是未來數十年內,我們可遭遇的最後一次太陽活動極大期,由前一篇天文新知2011-06-16 太陽活動極小期如何影響地球的新說法顯示:這將會影響從太空探索地球氣候的一切事物;但是否真的會讓地球步入冰河時期,還有待觀察。

不過,這些研究結果與之前預測第24活動週期將會非常強的其他研究相反,也與目前預測全球暖化趨勢的結果相反。最後地球究竟會愈來愈暖化,還是因太陽活動減緩而進入冰河時期?事實上,究竟會遇到什麼樣的情況,可能要等到真正遇到了才會知道吧!

資料來源:http://www.boulder.swri.edu/~deforest/SPD-sunspot-release/, 2011.06.14, KLC

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引用自臺北天文館之網路天文館網站

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臺北天文館_96
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臺北市立天文科學教育館是國內最大的天文社教機構,我們以推廣天文教育為職志,做為天文知識和大眾間的橋梁,期盼和大家一起分享天文的樂趣!

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ECU: 汽車大腦的演化與挑戰
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/07/02 ・3793字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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!

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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)。

汽車電子控制單元的始祖—專門負責點火的「引擎控制單元」(Engine Control Unit)/ 圖片來源:shutterstock

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?

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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。

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。/圖片來源:shutterstock

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。

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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。

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2008 年威力暘電子致力於開發整合 ECU 與區域控制器(Domain Controller)功能的模組化平台 /圖片來源:shutterstock

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)。

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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!

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113 年度廣電媒體專業素養培訓課程完成全臺巡迴共創優質媒體閱聽環境
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/01/07 ・911字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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國家通訊傳播委員會(下稱 NCC)為健全廣電事業發展、提升從業人員專業素養,促使廣電事業製播優質節目及傳遞正確資訊,今(113)年援例舉辦「廣電媒體專業素養」培訓課程。本趟知識列車自今年 8 月從高雄出發,9 月開往花蓮,11 月抵達臺中、臺北,讓專業培訓資源遍及全臺,促進廣電媒體業者產製優質節目與營造更優質的媒體環境。

圖 1. 國家通訊傳播委員會翁柏宗代理主任委員致詞

提供 4 大場次 7 大主題的豐富課程內容,累計近 900 名媒體業者參與實體課程

本培訓活動已邁入第 16 年,吸引近 300 家媒體業者報名,逾 900 位媒體朋友共襄盛舉。提供一個媒體從業人員與專家學者交流對談的平台。

今年於北中南東 4 大場次安排 7 大主題多元課程,包含「廣播事業營運發展」、「性別平權」、「權益維護」、「多元文化」、「內容自律」、「事實查證工具應用」、「法規宣導」。從廣電營運發展出發,綜覽現今廣電生態及未來發展;接著探討性別、消費者保護、兒少與自殺防治等議題,並透過法規政令與申訴程序交流課程,加強法學專業。同時,提供事實查證與公平原則訓練,強化業者分辨假訊息的能力,妥善發揮媒體專業,落實事實查核並遏止假訊息。

圖 2. 財團法人公共電視文化事業基金會 胡元輝董事長分享「電視事業營運發展」

課程專業且切合產業現況,業者給予正面回饋

今年度的專業訓練課程,邀請產、學界、非營利組織等講師分享多元議題,業者積極提問,針對實務上遇到的案例與講師交流、討論,課後多給予正面回饋,如「培訓內容貼合實際面臨情形」、「課程內容豐富,講者專業度高」等。

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廣電媒體產業需要與時俱進,NCC 作為主管機關,將持續提供豐富多元的課程資源,與業者共同成長。期待未來能與業者持續相互砥礪,攜手打造優質視聽環境!

圖 3. 台灣事實查核中心 羅世宏董事長分享「從廣播/電視節目探討內容自律機制」
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NCC 推動公民培力活動,攜手各界強化媒體素養
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/01/07 ・1140字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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隨著全球數位化進程持續發展,大眾接收資訊的方式不斷演變。影音媒體平台及自媒體的興起,使每個人不僅是訊息的接收者,更是內容的生產者。多元的訊息管道帶來豐富資訊,同時也對內容管理提出新挑戰。

國家通訊傳播委員會(NCC)順應全球數位匯流與監理革新的發展趨勢,致力於促進通訊傳播的健康發展,保障大眾權益、尊重弱勢族群、推動多元文化均衡發展。今年度(113 年),NCC 持續推行「公民培力推廣計畫」,深化媒體素養教育。

多方協作,廣泛推廣媒體素養

今年公民培力推廣計畫持續與廣電媒體產業、公民團體及學術機構合作,包括好事聯播網(人人廣播電臺、連花廣播電臺)、正聲廣播、鳳鳴廣播、豐盟有線電視,以及國立臺灣師範大學、朝陽科技大學、臺灣新聞記者協會、財團法人基督教芥菜種會、財團法人花蓮縣光之島文化藝術基金會等共 10 個單位。在北、中、南、東、離島五大區域自 7 月至 12 月舉辦了共 22 場媒體識讀活動,超過 1,500 人次參與,對象涵蓋媒體專業人士、銀髮族、身障者、新住民、兒童及青少年等,全面推動媒體素養意識。

多元形式,深植媒體素養意識

活動形式豐富多樣,且針對不同族群設計專屬課程:

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人人廣播電臺與連花廣播電臺今年以市集活動搭配民眾互動問答,以「防制假訊息」為主題,向大眾推廣辨識資訊的重要性。

圖 1. 人人廣播電臺於「聖誕好事集音樂會」安排防制假訊息問答與民眾互動

鳳鳴廣播電臺以「消費者保護」為題,向銀髮族進行消保宣導,期望提升民眾維護自我權益之意識。

圖 2. 鳳鳴廣播電臺舉辦「聰明消費不心煩」,宣導消費者保護之重要性

國立臺灣師範大學大眾傳播研究所至嘉義溪口國中舉辦媒體素養暑期營隊,讓偏鄉地區的學生也能享有充分教育資源,透過寓教於樂的方式,訓練資訊閱聽能力。

圖 3. 國立臺灣師範大學大眾傳播研究所於嘉義溪口國中辦理暑期營隊,以為期 3 天活動宣導媒體識讀的重要性

此外,各單位亦舉辦多場主題講座與互動活動,與地方社區、校園及大眾連結,成功散播媒體素養種子,參與者課後給予正面回饋,表示受益良多。

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建立媒體素養基礎,邁向優質社會

 NCC 每年持續推動公民培力活動,幫助閱聽者增進對媒體資訊的辨識、思考與評估能力。透過多元族群及不同年齡層的全面參與,媒體素養教育的種子得以深植,進一步促進全民媒體素養,攜手打造更優質的社會環境。

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