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VISTA望遠鏡新發現96個星團

臺北天文館_96
・2011/08/17 ・852字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 516 ・六年級

eso1128a_VVV_cluster

利用歐南天文台(ESO)帕拉納觀測站(Paranal Observatory)VISTA紅外巡天望遠鏡的觀測資料,天文學家Jura Borissova等人發現96個原本被銀河系塵埃遮蔽而不可見的疏散星團。這些小而昏暗的疏散星團之所以能發現,歸功於VISTA這個現今全球口徑最大 (4.1米)的巡天望遠鏡及其靈敏的偵測儀器,而且VISTA是以紅外波段進行觀測,能穿透塵埃而看到後面被屏蔽的天體。這是首次一口氣發現這麼多小而昏 暗的星團,而且在負責搜尋昏暗星團的VISTA銀河變動天體搜尋計畫(VISTA Variables in the Via Lactea programme,VVV)實施後1年內就有這樣的成就,讓天文學家們相當興奮。

這些疏散星團中的恆星,絕大多數的質量都不及太陽的一半,然而它們是建造星系的基石,對銀河系等星系的形成和演化相當重要。然而,在含塵量很高的區域 中形成的星團,因年輕恆星所發出的可見光絕大部分都被塵埃吸收掉了,故在此之前以可見光為主的巡天計畫中很難發現它們的存在。

利用細心調整過的電腦軟體,這些天文學家先將前景恆星移除,以便能計算確定為星團成員的恆星數量,然後憑目視所得測量星團大小,並針對最擁擠的那些星團另外再做距離、年齡和塵埃造成的紅化(reddening)等物理量的測量。

Borissova等人發現這些新發現的星團大都很小,而且僅含有10~20顆成員星。和典型疏散星團相較之下,這96個新星團相當昏暗,規模也很小,在這些星團前方的塵埃讓它們在可見光波段的亮度比原本應有的還暗了1萬~1億倍,難怪之前會找不到!

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在這項發現發表之前,銀河系中的已知疏散星團僅約2,500個左右,不過天文學家估計:大約還有30,000左右的星團隱藏在塵埃和氣體之後。所以, 這96個新發現的疏散星團顯然僅是冰山一角,Borissova等人已經開始利用更聰明的自動軟體來協助他們搜尋星團成員沒那麼集中、年齡較老的疏散星 團,相信很快就會有成果。

VVV計畫從2010年開始,主要目標集中在銀河中心一帶,以及偏向銀盤以南的區域。這個計畫擬於5年內完成,總共觀測時數將超過1929小時。Via Lactea是拉丁文中的「銀河」之意。

資料來源:ESO’s infrared survey telescope digs deep into star-forming regions in our Milky Way [3 August 2011]

引用自臺北天文館之網路天文館網站

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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

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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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偶然的美麗:星際鑽戒
臺北天文館_96
・2014/04/14 ・1019字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 543 ・八年級

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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。

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長蛇座上的星狀星雲Abell 33。. Credit: ESO, IAU and Sky & Telescope

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)。

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

轉載自網路天文館

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首度在疏散星團中發現熱木星
臺北天文館_96
・2012/08/21 ・1421字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 553 ・八年級

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。

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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]

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轉載自 網路天文館

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