有伴的老行星，生命能生存的機會也增高

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

加熱食物的無線電箱子：微波爐

這種箱子用一種無線電波加熱食物。無線電波讓東西裡面很小很小的水滴搖動，愈搖愈快。當東西裡的很多小水滴都搖得很快， 東西就變熱了。如果讓很強的無線電波穿過水，水會變熱。 有了加熱食物的無線電箱子，你就可以買冷凍食品，在冰箱冰很久，要吃的時候，再用箱子加熱，把冰熔化。這對沒有時間煮飯的人很方便。你也可以用無線電箱子加熱新鮮的食物（例如魚） 做成各種菜，就跟用廚房其他加熱工具做菜一樣。不過用這種箱子做菜沒那麼簡單，尤其是煮肉時要小心一點。

無線電波

這種無線電箱子使用的電波，波長跟家裡電腦的無線網路「熱點」一樣。其實不同種類的無線電機器使用的電波波長都不一樣，但這兩種卻用完全一樣的波長，這是有原因的。 就在加熱食物的無線電箱子愈來愈普遍的時候，用無線電傳送資料的設備也開始變多。由於當時家家戶戶都已經在使用這種無線電箱子，各國決定把箱子用的波長（大約是手掌寬）開放，讓每個人都可以用。於是制定無線網路的人就用了這個波長，因為這是大家都能在家使用的少數波長。 如今全世界電腦傳送資料使用的波長，跟加熱食物的無線電箱子一樣。這不會有問題，除非你的無線電箱子有破洞，那你在加熱食物時，電腦上的影片可能就停了。

為什麼變熱的食物裡面還有冰？

無線電箱子很會把水加熱，對冰卻不大行。箱子可以加熱冰，但是要花很久的時間。 當你把冷凍食品放進無線電箱子加熱，過一會兒後， 有一部分開始變成水。因為無線電箱子很會把水加熱，這些水很快就變得更熱，甚至在冰還沒完全融化之前，這些水就變成水蒸氣了。 要避免這種情形，你可以把無線電箱子的強度調小一 點，這樣加熱過程中會有很多次暫停，因此有多一點時間讓熱傳送到其他部位，就不會有些地方特別燙了。

• 從上文知道微波爐是靠著無線電波讓水滴搖動、使得食物被加熱，但你曾想過微波爐中的無線電波的分布狀況嗎？

本文摘自《解事者：複雜的事物我簡單說明白》，天下文化出版。本書獲選為泛科學 2016 年 11 月選書。

一組歐洲天文學家發現一個非常古老的行星系統，極可能是從130億年前宇宙極早時期就已形成並留存至今的。這個系統包含母星HIP 11952和兩顆行星，這兩顆行星的公轉週期分別為290天和7天。雖然行星通常在含有金屬元素（metal）比較多的雲氣中形成，HIP 11952卻鮮少含有金屬元素；因此HIP 11952行星系統的發現，顯示在早期宇宙金屬元素豐度仍很低的時期，就已經可以形成行星，和現今宇宙內如我們太陽系這樣的行星系統相當不同。

所謂的金屬元素，泛指除了氫與氦兩種宇宙誕生之初就有的元素以外的其他所有元素，又稱為「重元素」。

現行公認的行星形成理論認為行星是在年輕恆星周圍、由氣體和塵埃組成的拱星盤中形成的。但若要探討形成的細節，這個理論就會產生諸多問題，其中一個問題就是：致使氣體塵埃開始聚集形成行星的真正原因為何？

天文學家現在已經在太陽系以外的地方，至少確認750顆恆星擁有一顆以上的行星，且發現這些行星系統的環境差異頗大，但也存在某些特定趨勢，例如：經統計，含有較多金屬元素的恆星，較可能擁有行星。這個現象引出了一個關鍵問題：宇宙誕生之初幾乎不含有任何氫與氦以外的金屬元素，金屬元素是經由一代一代的恆星演化，經由恆星內部的核融合反應或是經由超新星爆炸而產生，之後再回歸到宇宙空間，成為下一代恆星的製作原料；因此愈古老的恆星金屬豐度愈少，愈靠近現今宇宙的恆星則含有比例較高的金屬元素。若按現行的行星形成理論，那麼在宇宙早期，幾乎沒有金屬元素的狀況下，是幾乎不可能形成行星？還是應該可以形成行星，所以下一步應該是要好好想想第一代行星會在何時形成？

德國普朗克天文研究所（Max-Planck-Institute for Astronomy）Johny Setiawan及慕尼黑天文臺（University Observatory Munich）Veronica Roccatagliata等天文學家從數年前開始進行一項研究計畫，搜尋貧金屬星（metal-poor star）可能含有的行星系統，結果發現其中一顆貧金屬星HIP 11952，擁有2顆氣體巨行星HIP 11952b和HIP 11952c。HIP 11952在鯨魚座方向，距離地球約375光年。這兩顆行星本身相當普通，與其他已知的氣體巨行星並無啥大不相同之處；它們的不平凡之處在於它們的母星是顆「極貧金屬星（extremely metal-poor star）」，換言之，是顆非常古老的恆星。

Roccatagliata等人其實在2010年時就發現一顆貧金屬星HIP 13044有行星系統，當時他們還覺得應該是特例。但在HIP 11952如此金屬豐度更貧乏的恆星周圍也發現行星之後，他們開始改觀，認為或許貧金屬星擁有行星是相當普遍的現象。HIP 13044之所以有名，是因為它是「從其他星系來的系外行星系統」，這顆星位在一道星流（stellar stream）中，而這道星流是約數十億年前被銀河系吞噬的另一星系的殘骸。（請參考天文新知2010-11-20 首度發現來自銀河系外的系外行星）

和其他系外行星系統相較之下，HIP 11952不僅僅是極端缺乏金屬元素這項特點而已，還因為估計其年齡高達128億歲，成為目前已知年齡最大的行星系統；而我們宇宙的年齡，估計僅約137億年，所以這個行星系統應該在宇宙還處在幼兒期之時便已形成；而這也意味著，從宇宙誕生至今，任何時期都可能有行星系統形成。這就像在自家後院挖掘出重大考古遺跡一樣，讓眾人莫不興奮不已。這些天文學家打算繼續尋找並研究這類貧金屬恆星旁的行星系統，希望能讓行星形成理論更加完善，並能進一步瞭解生命的起源。

資料來源：A planetary system from the early Universe, [2012.03.27]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

美國華盛頓大學（University of Washington）天文學家Christa Van Laerhoven、 Rory Barnes和亞利桑納大學（University of Arizona）Richard Greenberg等人發現：年紀大了還有好友相伴是件很棒的事，對宇宙中的地球級老行星而言也一樣。

行星會隨著時間緩緩冷卻，熔融的核心逐漸固化，內部的產能活動逐漸平息，無法藉由控制二氧化碳含量來防止失控暖化或失控冷化，因而無法維持適合生物生存的環境。但Van Laerhoven等人發現：某些與地球大小差不多的古老行星，受到其外側鄰近行星伙伴的重力拉扯，能產生足夠的熱來防止行星內部冷卻，讓行星環境能留存生命的機會變大；這個過程稱為「潮汐加熱（tidal heating）」。

潮汐加熱並非新理論，木星衛星中的木衛一（埃歐，Io）和木衛二（歐羅巴，Europa）就受到木星重力的潮汐加熱作用，使它們內部被加熱，讓木衛一迄今仍有非常活躍的火山作用，木衛二則可能有個地下海洋。

這些天文學家將相同概念應用在系外行星系統的電腦模擬中，結果發現：在年老的低質量恆星的適居區中，以非圓形軌道公轉的年老地球級系外行星，也存有這種潮汐加熱效應。這類低質量恆星的質量僅約太陽的1/4而已，是以其適居帶也比較接近恆星本身。

行星離母恆星愈近，所受到的恆星重力愈強，行星可能會被恆星重力拉扯變形成橄欖球狀；當離恆星愈遠，受到恆星重力愈弱，行星會「放鬆」成球形。這種接連不斷的鬆弛過程，可導致行星內部層狀結構彼此間互相摩擦而生熱。

之所以需要外側鄰近處有另一顆行星，是因為如此一來才能保持地球級行星的軌道為非圓形軌道，也才有打造適居行星的潛能。否則當地球級行星軌道接近圓形，繞母恆星公轉時受到的重力大小幾乎不變，行星形狀不會改變，也就沒有潮汐加熱的效應了。

因此，這些天文學家認為：一旦發現某顆又老又小的恆星的適居區中有地球級行星，那得趕緊在稍外側之處搜尋看看有沒有另一顆行星；如果有，那麼適居區中的這顆地球級行星擁有生命適存環境的機會就多了一些。

若老行星有它自己的板塊運動，再加上受到外側鄰近行星伙伴的潮汐加熱效應，或許可讓這樣的行星的表面成為宇宙中適居時間最長的世界之一。或許在遙遠的未來，當我們的太陽死亡之後，人類的子孫後裔就是生活在這類行星上。

圖片說明：某顆繞行小一點的老恆星公轉的年老行星，受到外側鄰近的行星伙伴的重力影響，可能因潮汐加熱而產生足夠的熱能，即使它們的母恆星逐漸老去，無法在進行核融合反應來產生光與熱，年老行星依然能保持適合生命生存的環境。但這樣的行星看起來會是什麼模樣？Barnes解釋：如果其母恆星與太陽大小差不多，則當這顆恆星老去，表面溫度降低使得適居帶比較接近恆星本身，在適居帶中的行星所見的太陽，將比現今在地球上所見還大10倍；而畫面右上方的彎月狀天體，不是月亮，而是顆鄰近的土星級行星，正是這顆鄰近行星的潮汐加熱使行星表面還維持適居狀態。影像中所見的天空偏暗，這是因為這顆老恆星所發出的輻射中，藍光的比例偏低，所以行星大氣並不會因為散射藍光而讓天空看起來如地球一樣是淺藍的。

資料來源：Companion planets can increase old worlds’ chance at life, 2014.07.31, KLC

本文轉載自網路天文館