VISTA望遠鏡新發現96個星團

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

天文學家利用歐南天文台（ESO）位在南美智利的超大望遠鏡（Very Large Telescope，VLT），捕獲一張美麗的星際鑽戒景象，只不過這是個偶然的美麗—行星狀星雲與一顆前景恆星恰好排列在同一視線方向上的結果。

這個行星狀星雲編號為PN A66 33，另一個更著名的稱法是Abell 33，位在接近長蛇座Alpha（星宿一）的方向上，距離約2500光年。這是類似太陽的恆星在年老之後，外層大氣被向外吹出成氣泡狀的結果；更特別的是，整個行星狀星雲近乎完美對稱的球形，讓這個星際鑽戒景象更顯精緻美麗。像它這麼圓的行星狀星雲並不罕見，通常只有些微擾動，例如恆星自轉的方式或中央恆星有伴星、周圍有較濃厚的星際介質等，就會破壞行星狀星雲的對稱性，使其外型多多少少有些不規則。

絕大部分質量與太陽類似的恆星的生命終點是體積小、非常緻密且熾熱的白矮星。經過數十億載的時間，白矮星會逐漸冷卻；與此同時，原本恆星最外層的氣體也逐漸向外膨脹，形成行星狀星雲；通常行星狀星雲的模樣就是彩色的發光星雲包圍著小而明亮的中央星（central star）。

Abell 33前身恆星（progenitor star）的核心部分正在逐漸演變成一顆白矮星，在Abell 33中心的白色亮點就是這顆恆星殘骸，即前述之中央星；不過它並沒位在Abell 33的圓心，而是稍微偏離一點。這顆恆星殘骸實際上比我們太陽熾熱而明亮許多，其發出的紫外輻射足以讓向太空奔去的行星狀星雲發光，這才造就了我們所見的鑽戒戒身部分。

而在Abell 33邊緣、相當於鑽石位置的亮星，編號為HD 83535，視亮度 約7.2等，只是顆普通的白色恆星。它大約位在地球到Abell 33的中途，與Abell 33並沒有時值上的物理關聯，純屬巧合的排列在同一視線方向上。雖然這顆恆星以雙筒望遠鏡便可看見，但Abell 33本身卻很暗，必須使用口徑大一點的望遠鏡才能看到，若望遠鏡上有加裝適當濾鏡會更容易看見它。

好玩的另一件事是：在銳利的高解析影像中，Abell 33的中央星其實是個雙星；但是真的物理雙星，還是只是剛好排列在同一視線方向上的假雙星，就不得而知了。

天文學家艾伯耳（George Abell）於1966年時編纂了一個「艾伯耳行星狀星雲表（Abell Catalogue of Planetary Nebulae）」，總共包含86個天體，Abell 33便是其中之一。除了行星狀星雲表外，艾伯耳也在天空中仔細搜尋星團，最後蒐羅了4000多個星團，整理後建立了艾伯耳星表（Abell Catalogue）。

資料來源：Chance Meeting Creates Celestial Diamond Ring, ESO [April 09. 2014]

轉載自網路天文館

目前已確認的系外行星數量多達800顆左右，找到具有特殊意義的系外行星，似乎變得愈來愈難，愈來愈遠。發現多重行星系統已經不是新聞，發現質量比地球小的系外行星也已經聽到很多次，偵測到系外行星有大氣層也已經不太能引起大眾的驚艷。不過，最近有篇論文卻找到系外行星研究領域的另一個「突破點」：首度在疏散星團中偵測到熱木星（hot Jupiter）。除了發現地點讓人覺得新奇外，還因發現熱木星的這個疏散星團是對天文學家具有特殊意義、非常著名的蜂巢星團（Praesepe, 或Beehive Cluster，M44，又稱鬼宿星團或馬槽星團）。

這項發現是由美國喬治亞州立大學（Georgia State University）的天文學家Samuel Quinn等人，藉由「擺動法（wobble）」來偵測系外行星，也就是母恆星受其行星的重力擾動，使得恆星的位置隨行星公轉而週期性來回擺動，如此一來，這顆恆星的光譜譜線也會隨之週期性的來回擺動，天文學家因而得以從譜線的移動來反推這顆恆星是否具有行星、行星的公轉週期與可能的質量下限等等訊息。所謂的「熱木星」是指那些質量與木星差不多，且因非常接近其母恆星而使其公轉週期非常短、表面被母恆星加熱到高溫狀態的氣體巨行星。

Quinn等人之所以挑選巨蟹座M44星團的主因，是因為它夠近，僅約577光年左右，但星團成員數量多達1,000顆以上，其中許多恆星都與太陽相似。此外，這個星團的金屬豐度比平均值還高，是可能具有行星系統的特徵之一；再者就是天文學家曾對此星團做過比較詳盡的研究，可取得比較精確的星團形成年齡等訊息。

天文學家也曾在其他疏散星團奮鬥過，但迄今僅在兩顆巨星旁發現行星，且行星距離其母恆星都很遠，並非所謂的熱木星。居然只有發現這麼少的疏散星團恆星擁有行星，讓天文學家們覺得很奇怪，因為目前認為恆星幾乎都是在星團中形成，而後有些逐漸擴散鬆開，才有部分恆星成為像太陽一樣的單星，因此按理來說，星團中的恆星擁有行星的比例應該幾乎與單星相同。

這些天文學家利用位在美國亞利桑納州霍普金斯山（Mt. Hopkins）上的惠爾普天文臺（Fred L. Whipple Observatory）1.5米 Tillinghast反射式望遠鏡來觀測M44裡的其中53顆恆星，結果在其中兩顆還在主序星階段的恆星旁發現2顆靠母星很近的熱木星，其中一顆熱木星Praesepe 0201b（縮寫為Pr0201b），質量下限約為木星的0.54倍，繞母星一周約需4.426天；其母恆星Praesepe 0201（Pr0201）是顆F型矮星，視亮度約10.52等，質量約為1.234倍太陽質量，表面溫度約6174K，比太陽的5778K高一些。另一顆Praesepe 0211b（Pr0211b）的質量下限則約為木星的1.844倍，環繞母星公轉一周約為2.145天；其母星Praesepe 0211（Pr0211）是顆與太陽相同的G型矮星，視亮度約12.06等，質量約為太陽的0.952倍，表面溫度約5326K，比太陽略低。

這項發現將有助於天文學家逐步縮減在年輕的星團系統中，行星如何形成與遷徙的條件範圍。既然大直量行星一般是在離恆星比較遠、比較冷的地方形成，那麼在鄰近恆星之處發現熱木星，顯示這些大質量行星在形成之後，將逐漸向行星系統內側遷移，才能抵達現在觀測到的位置。向內遷移的時間長短一直是天文學家還搞不定的問題之一；不過，既然目前已知M44星團的年齡僅有6億年左右，而新發現的這兩顆熱木星已經這麼靠近其母恆星，代表大質量恆星形成後向內遷移所需的時間應該短於6億年。

雖然這是第一次在疏散星團中發現靠母恆星很近的熱木星，不過這項發現顯示未來在疏散星團中發現更多熱木星並不是夢想，或許將來所發現的數量將與從疏散星團脫離的單星相差無幾，擺脫先前在疏散星團發現行星數量遠低於預期的矛盾現象。

資料來源：Two “b”‘s in the Beehive. universetoday [AUGUST 14, 2012]

轉載自 網路天文館