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凝視室女之眼

臺北天文館_96
・2011/09/08 ・838字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 495 ・六年級

右圖是歐南天文台(ESO)超大望遠鏡(Very Large Telescope,VLT)所拍攝的影像,主角是位在室女座方向被暱稱為「眼睛星系(The Eyes)」的一對特殊星系。其中左上方較大的星系編號為NGC 4438,曾經是螺旋星系,但在過去數億年間,受到其他星系碰撞的影響而嚴重變形;右下角較小的星系編號為NGC 4435。

眼睛星系距離地球約5000萬光年,彼此間則相距10萬光年。「眼睛星系」的暱稱來自這兩個星系明亮且外型近似的橢圓形核心區,像是黑夜中一對閃閃發光的眼睛一般。不過雖然這對星系的核心區看似相像,它們的外圍區域卻不大相同。NGC 4435比較緊密,且似乎缺乏氣體和灰塵;相反的,有一到暗色的塵埃帶(dust lane)橫過NGC 4438核心下方,星系中心的左方可見年輕恆星聚集,豐富的氣體至少延伸到這幅影像的邊緣。

有天文學家認為大約在1億年前,NGC 4435和NGC 4438曾接近到16000光年左右,彼此間的重力交互作用,讓NGC 4438外觀遭嚴重破壞,同時使NGC 4435星系中絕大部分的氣體和灰塵被NGC 4438劫走,讓NGC 4435的質量變小許多。

另有天文學家認為:離眼睛星系稍遠的巨型橢圓星系M86(在此畫面外),才是讓NGC 4438嚴重變形的兇手。近期觀測結果顯示:有氫離子氣體構成的絲狀結構(filaments)連結在M86和NGC 4438這兩個大型星系之間,顯示它們過去可能發生過碰撞事件。

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M86和眼睛星系都屬於室女座星系團(Virgo Cluster),這是個成員非常龐大的星系團體;在這麼擁擠的環境中,星系碰撞事件相當頻繁,所以NGC 4438也可能是被M86和NGC 4435之外的其他星系搞到現在這番模樣的。

這幅影像是ESO宇宙瑰寶計畫(ESO Cosmic Gems programme)的成果,該計畫是希望在夜空狀況受到某些因素影響,不適合進行嚴肅的科學研究觀測時,拍攝一些有趣、奇特或吸引人的天體,期能用在天文教育推廣上。不過,這些影像仍在專業天文學家能取得的ESO科學資料庫中。以眼睛星系這幅影像為例,該日天空有薄雲遮蔽,但大氣狀況相當穩定,所以透過VLT的FORS2相機還是能取得這幅精彩影像。

資料來源:VLT Looks into The Eyes of the Virgin

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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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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[ASWEB]星系家庭寫真照
臺北天文館_96
・2012/09/14 ・1198字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 492 ・五年級

在哈柏太空望遠鏡拍攝到的一張星系家庭照裡,出現兩個特徵大為不同的星系,如右圖。螺旋星系和橢圓星系二者間,無論大小、形狀和顏色都存有強烈對比。如此特殊的一個星系對(galaxy pair)組合,另有一個編號叫:「阿普116」(Arp 116)。阿普116由巨大的橢圓星系M60和一個小它很多的螺旋星系NGC 4647共同組成。

M60本身是個典型的橢圓星系,本來恐怕沒什麼特別可看之處,但是和鄰近的螺旋星系這麼肩並肩地一擺放之下,這兩個「星系一對寶」,成為夜空中一個有趣的觀測目標。

和它的鄰居相比,M60的特色很明顯:非常亮,恆星質量高,在室女座星系團裡屬第三亮,室女座星系團共有1,300個星系。M60和其他橢圓星系一樣,金金黃黃的,因為含有許多年老的、溫度不太高的紅色恆星。相反地,NGC 4647因為有許多年輕的高熱恆星,所以呈藍色光,呈現的色調非常不同。

長久以來天文學家一直想確認的是,這兩個星系究竟有沒有交互作用存在。雖然從地球的角度來看兩者相重疊,但關於「旺盛形成的新興恆星」這點,證據卻不明顯。存在於兩個交互作用的星系對之間,在彼此互相施加之下而共有的重力拉力,通常會拉扯氣體雲,這道理就像月球的重力為地球所帶來的潮汐作用一樣。拉扯的結果是氣體雲會崩塌,形成新恆星驟生的現象。

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雖然新恆星驟生現象並未出現於「阿普116」,進一步提供了更多細節的哈柏影像暗示,兩者間似乎有些交互作用正在開始。

無論這大小一對寶的兄弟間,距離是否近到可發生交互作用,至少兩個星系互為鄰舍是無庸置疑地,這意味著我們看到的兩者之間的比例就是真實比例,因此,這張哈柏望遠鏡的照片也就可以多發揮出一個「教科書」功能,在同一張圖像中,讓橢圓星系和螺旋星系之間的大小比例、結構相異處和顏色的不同,直接可以左右對照。

M60還擁有一項令人驚訝的巧合事實,它是在1779年由三位天文學家個別、但幾乎「同時」發現的。卓斯登的Johann Gottfried Koehler率先於1779年4月11日,在觀測彗星時發現了M60,一天內,義大利人Barnabus Orianiu也看到了;接下來,著名的法國天文學家Charles Messier在4月15日看到M60,並且把它收錄進他的「梅西爾星表」中,編號第60。左圖為地面上所看到的Arp116 ;Credit: NASA, ESA, Digitized Sky Survey 2 (Acknowledgement: Davide De Martin) 。

美國天文學家赫頓阿普,透過5米口徑的海爾望遠鏡拍攝到這個Arp 116「星系對」後,把它收錄納入1966年所編著出版的「特殊星系圖集」中。這本圖集收集各式各樣正在合併中的、互相重疊的和正在交互作用中的特殊星系,一共有338個。(Lauren譯)

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資料來源:A family portrait of galaxies. SpaceTelescope.org [6 September 2012]

轉載自 網路天文館

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宇宙中最古老的螺旋星系長得像這樣!
臺北天文館_96
・2012/08/16 ・1901字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 529 ・七年級

古老的星光,啟程於大霹靂後約30億年,以每年9.6兆公里的速度,歷經107億年而抵達地球,為今天的我們帶來驚喜,因為呈現在我們眼前的是:已知最早的螺旋星系。不過,107億年前的螺旋星系究竟有什麼特別呢?

UCLA天文教授Alice Shapley最近剛在Nature期刊上發表這項觀測研究結果,她向媒體表示:「如果我們回溯到宇宙早期,所看到的星系通常是怪模怪樣:是塊狀的、不規則的,而不會是對稱的,大部分古老星系看起來都像一列火車被撞後的殘骸。因此我們對這張圖像的第一印象是,這個星系怎麼會這麼特別,特別的美麗?」

在今天的宇宙裡,星系分為幾種型態。譬如像我們的銀河系是屬於螺旋狀的星系,星系裡有恆星和氣體盤,新興恆星在盤面上形成,恆星運動的方式是旋轉。除了螺旋星系以外,星系還有其它類型,譬如:橢圓星系,從外表看起來,它的形狀正好比一顆巨大的球,球體裡頭大多是較老、顏色偏紅的恆星,恆星的運動方向是隨機的。其他還有很多體型較小的不規則形星系,裡面的恆星只是因重力被「綁」在一起,但沒有任何可見得到的結構特徵。

早期宇宙中,星系結構在組成比例上與今天的宇宙大大不同,主要充斥在其中的都是一些不規則型星系。

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根據UCLA的新聞發佈稿,Shapley教授所領軍的這組研究團隊是在透過哈柏太空望遠鏡去觀測早期宇宙中300個很遙遠的星系以了解它們有何特性的過程中,偶然發現了BX442。

回憶和這次新聞主角-「BX442星系」的初相遇,科學家們表示,雖然它在所有300個受觀測星系中已經是質量最大者,不過,最初他們並未想要給它取個什麼響亮的名字,只簡單給了它一個編號:BX442,而初次接觸所留下的第一印象就是,視覺錯覺;他們想,或許這只是看到兩個星系互相疊加所產生的影像。

然而,教人跌破眼鏡的是,事實上這個星系卻果然存在!另一位來自加拿大Toronto大學的論文共同作者David Law表示,以現階段的智慧,我們會認為,具有如此「大設計」(grand design)的螺旋星系,在早期宇宙中,根本就不會存在。(所謂” grand design”,指的就是在形狀上具有明顯的「旋臂」特徵者)

既然取得了一個如此獨一無二的BX442影像,為了能對它有更進一步認識,於是研究人員前往位於夏威夷毛納基山上的凱克望遠鏡去尋求協助,他們使用OSIRIS攝譜儀,一共研究了3,600個資料源,包括位在BX442星系的裡面以及其四周附近的都有,所獲得的這份光譜資料對於他們終於能確認這座星系「確實具有旋臂特徵」帶來極寶貴的幫助。也使他們能確認這不是兩個星系「正好在排列上出現巧合,湊巧疊加在一起」而已。

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當研究團隊確認這個圖像並非來自視覺錯覺,而是這些旋臂特徵真的屬於「BX442星系」時,團隊成員們的反應簡直是興奮到爆。事實上他們還看到似乎有證據也顯示出這個星系中央有一顆巨大的黑洞,而且黑洞或許也和BX442星系的演化也有所相關。

但是,為什麼這顆星系看起來會這麼像一顆「現代版」的星系呢,又為什麼今日結構型態最為普遍的星系在古老宇宙中是那麼的罕見呢?

這就帶我們要回到「旋臂特徵形成原因」上去探究一番了。研究員認為,這個古老的螺旋星系形成的起始點可能指向了那顆位置在BX442附近的同伴矮星系(companion dwarf galaxy),還有兩者之間所發生的重力交互作用。矮星系的光譜資料在OSIRIS攝譜儀所提供的圖像上也看得到,就是位置在左上角部分的那塊斑點,後續方面,還有Arizona大學的研究人員Charlotte Christensen以數值模擬的方式加以確認。最後,小星系的命運將會是什麼呢?根據Shapely教授的想法,它可能是會被合併,成為BX442的一部分。

雖然圖像上看起來好像只是一顆鄰近星系而已,但是別忘了在早期宇宙中星系合併的頻率比現今高得多,當時來自星際介質的氣體如雨水般源源不絕澆灌,這些氣體餵養著恆星,也使得恆星形成速度比現在快得多,就連黑洞的生成也是以加快動作的速度發生,今天的宇宙如果和早期宇宙相比,想必將因「無聊透頂」而大為失色吧。

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關於這個觀測項目的下一步計畫是什麼,Shapley表示,該團隊正規劃要去取得這顆星系在其他波段的各種圖像,他們想要為BX442中恆星和氣體的組合狀況繪圖。

早期星系熱鬧無比,變動劇烈程度遠大於我們今日所見的螺旋星系,兩者之間明顯不同,在Shapley主持的這支天文團隊的心目中,「BX442所扮演的正是其中的一個關鍵鏈結。事實上,且不論旋臂結構在宇宙的哪一段時期形成,BX442都能大幅突顯出,星系合併的交互作用怎樣影響旋臂結構的形成。」

因此,研究BX442能幫助天文學家了解螺旋形狀的這種星系是如何形成的。我們的家園,銀河系-也是一顆螺旋星系。(Lauren 譯)

圖說:藝術家繪製的BX442星系及其「伴矮星系」(“companion dwarf galaxy”, 位置在圖的正上方略為偏左) 圖片來源: Dunlap Institute for Astronomy & Astrophysics/Joe Bergeron

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資料來源:中研院天文網[2012.08.03]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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