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天文學家在遙遠恆星系統中發現複雜有機分子

臺北天文館_96
・2015/05/02 ・1401字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 572 ・九年級

美國哈佛史密松恩天文物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics,CfA)天文學家Karin Öberg等人利用位在智利高原上的阿塔卡瑪毫米/次毫米電波陣列(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array,ALMA)首度在一個年輕恆星周圍的原行星盤(protoplanetary disc)中,發現與生命築基有關的複雜有機分子,顯見宇宙中能孕育出類似地球與所在的太陽系的環境並不是獨一無二的。

Artist impression of the protoplanetary disc surrounding the you

這個年輕的恆星編號為MWC 480,年齡僅約100萬歲,與我們太陽步入中年的50億歲相較之下,簡直就像剛誕生的小娃娃一樣。這顆恆星位在金牛座恆星形成區(Taurus star-forming region),距離地球約455光年,質量大約為太陽的2倍。它周圍的塵埃盤是新近才從又冷又暗的塵埃氣體雲凝聚而成,從ALMA觀測資料中還看不出有行星正在形成的訊息,不過應該與以前曾研究過的金牛座HL星處在類似的年齡階段,且有著類似的結構。(註:MWC是「威爾遜山B型與A型星表(Mount Wilson Catalog of B and A stars)」的縮寫,這些恆星的光譜有非常明亮的氫譜線。)

ALMA觀測發現MWC 480周圍的原行星盤中含有大量的氰甲烷(或稱乙氰或乙腈,methyl cyanide,CH3CN),數量多到足以將地球的海洋填平。氰甲烷是種複雜的碳基分子,和它的表親氰化氫(hydrogen cyanide,HCN)都曾在恆星新形成的原行星盤外圍寒冷區域中被發現過,天文學家們相信這個地方應該相當於太陽系的古柏帶(Kuiper Belt)所在之處,而太陽系的古柏帶是眾多冰質微行星(planetesimal)和彗星的家鄉。

彗星內部含有太陽系早期行星形成階段的原初物質。一般認為年輕地球上的水和有機分子是來自太陽系外圍的彗星和小行星帶來的,所以地球最初的生命必定有這些天體的參與。而藉由研究彗星和小行星,天文學家已知太陽系由中誕生的太陽星雲充滿了水和複雜有機分子。而MWC 480原行星盤中偵測到大量氰甲烷,顯示宇宙中也有其他地方類似太陽系誕生的化學環境;再進一步的暗示,就是:宇宙中除了地球或太陽系外,必定還有其他能形成生命發展條件的恆星星統,換言之,地球在宇宙中一點也不特別!

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天文學家已經知道那些低溫黑暗的星際雲中有時是非常有效的複雜有機分子製造廠,包括氰化物家族。氰化物,尤其是氰烷是非常重要的有機分子,因為它們含有碳-氮鍵結,是形成氨基酸的必備原料,而氨基酸又是建構蛋白質的基礎,而蛋白質正是生命建構的基石。

在此之前,天文學家還是沒搞清楚同樣的複雜有機分子一般形成後,是否能在新形成的太陽系的嚴酷環境下生存下來?因為,畢竟這些新恆星會發出能輕易摧毀化學鍵結的強烈輻射和震波。在ALMA的幫助下,天文學家終於有機會搞清楚了!這些複雜有機分子不僅能逃過新生恆星輻射和震波的摧殘,甚至還能繁衍得愈來愈茂盛。

重點是:ALMA偵測到的這些複雜有機分子的含量比在星際雲發現的還豐富許多,這讓天文學家們瞭解到原行星盤是合成複雜有機分子非常有效率的地方,在很短的時間內就可以形成大量複雜有機分子,使得形成的量超過被破壞的量,這才能在這些原行星盤中偵測到如此大量的複雜有機分子。此外,ALMA的觀測也發現這些複雜有機分子大多數聚集在離中央星約45~150億公里之處(相當於海王星軌道至朝銀心方向的太陽系邊界),這個距離雖然以太陽系的標準而言相當遠,但以質量約為太陽2倍的MWC 480而言,卻正好是它的彗星形成區。

由於這些行星系統還在持續演化,天文學家推測未來這些有機分子可能可以安穩的鎖在彗星和其他冰質天體中,並運送到能培植生命的環境中。

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資料來源:

本文轉載自網路天文館

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臺北天文館_96
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AI 可以設計散熱,但誰敢讓它出貨?林唯耕談算力背後的物理現實
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/08/20 ・2819字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 高柏科技 合作,泛科學撰文

林唯耕剛回台灣任教時,曾在清華大學的實驗室裡用一立方公分的「氨」做實驗。沒想到氨氣意外洩漏,那股刺鼻的氣味瞬間瀰漫整棟大樓,引來眾多師生抗議。

「從此以後,我再也不敢在實驗室裡用氨了。」他在《思想實驗室》的訪談中,帶著笑意回憶這段往事。

這段插曲聽來像是一則工程師的寓言:在理論模型中,氨是太空熱控系統的理想介質;但在現實的辦公大樓裡,它首先是逼人逃竄的臭味。公式本身沒有錯,但現實世界永遠比公式更複雜——它包含了人、成本、風險,以及必須為後果負責的工程師。

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高柏科技技術專家、清華大學榮譽退休教授林唯耕 ,曾任職於美國 OAO 工程部熱流組,深耕電子構裝散熱與熱管技術多年。隨著 AI 浪潮席捲全球,他鑽研一輩子的老問題再次被推向科技產業的核心:當晶片運算速度無止境攀升,那股伴隨而生的熱,究竟該往哪裡去?

熱不會讀新品發表會

科技巨頭在發表會上熱衷於談論大型語言模型、GPU 規格與驚人的算力。這些詞彙在投影片上光鮮亮麗,彷彿進步毫無邊界。然而,每一次數位運算都紮實地發生在實體晶片上。晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護。在物理現實面前,再動聽的發表會敘事也必須低頭。

晶片會發熱、材料會疲勞老化,一旦設備過熱,系統便會降頻保護 / 圖片:envato

回顧個人電腦發展早期,晶片幾乎不需專屬散熱元件。隨後,鋁製鰭片、風扇、熱管到均溫板逐一登場。這段歷程常被視為技術升級,其實更像是對空間的極限勒索:晶片功率翻倍,發熱源的面積卻沒變大,機箱空間也不可能無限擴張。

林唯耕指出,散熱設計的核心只有三要素:功率、熱源面積與空間限制。他舉例,在標準的 1U 機箱中,若發熱面積約為三十乘三十毫米,氣冷系統在達到八百瓦時就會面臨瓶頸。這並非固定的物理常數,而是取決於空間、面積與氣流的動態平衡。最現實的代價在於,風扇轉速提升的背後,是噪音、電力損耗與空間占用。

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因此,「液冷技術」的興起並非單純為了追求酷炫,而是算力密度提升後的必然選擇。它能更精準地帶走晶片廢熱,卻也將新的挑戰帶入機房:漏液風險、流道堵塞、材料相容性,以及維運時的難度。工程的進步,本質上鮮少是徹底消滅問題,更多時候是選擇一組「比較值得承擔」的新問題。

太空教他的,不是把答案搬回地面

太空熱控工程之所以迷人,是因為它剝奪了地球上最常見的散熱工具。在真空宇宙中,沒有空氣能讓風扇製造對流;受光面溫度破百度,陰影處卻極度嚴寒。工程師必須純粹仰賴熱傳導、熱輻射,以及熱管與環路型熱管(LHP)來搬移熱能。

熱管運作的關鍵在於「相變」——液體蒸發時吸收大量潛熱,冷凝後重回循環。林唯耕比較了銅與水的熱傳導能力:在他設定的特定條件下,實心銅塊約能傳導 120 瓦的熱能;但若每秒有一立方公分的水發生蒸發相變,移熱量可瞬間拉升至 2.4 千瓦(kW)。他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。

儘管如此,太空科技並不能直接套用到地面。太空元件因考量重量、功耗與維修難度,偏好無馬達幫浦的被動式設計;但地面 AI 伺服器面臨更高的熱負載與環境溫度,往往仍需幫浦驅動流量。當年那場「氨氣洩漏」事故正是最好的提醒:技術是否「先進」,與它是否「適合」當下的場景,始終是兩回事。

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他強調「每秒」的觀念,因為散熱談的是動態流動速率,而非靜態的冷卻魔法。/圖片:envato

好論文,為什麼仍可能造不出好產品

學術研究致力於證明「可行性」,而工業現場則要求「可重複性」——不僅要能運作,還得確保每台出廠的設備都不漏水。林唯耕將此定義為「從 0 到 1」與「從 1 到 100」的差別。後者涉及良率、成本、公差與客戶信任。論文中那次最完美的實驗數據,在產線上往往未必管用。

他從不避談失敗。在高柏科技早期與學界合作時,也曾遇過實驗數據無法複製,或研究方向偏離產業需求。這未必是雙方努力不夠,而是彼此對「成功」的標準不同。為了解決這道鴻溝,高柏科技推動「柏苗啟航創新培育計畫」,每年投入逾千萬資金與成大、中山、台科大等校合作,並指派專業人才在過程中持續微調、校正,確保研發貼近產線現實。

他分享了近期一項液冷工質校正專案。團隊使用非侵入式的超音波流量計進行觀測,但由於儀器預設以「水」校正,換成其他化學流體後讀數便出現誤差。最初嘗試用幫浦壓差推算,卻發現缺乏重複性,數據甚至推導出不合理的蒸發率。最後團隊回歸基本面,改用秤重法搭配能量平衡進行交叉驗證,才讓數據成功收斂。

這個故事真正的價值不在於「產學雙贏」的口號,而在於那段不夠優雅的挫折:假設失效、數據混亂、方法砍掉重練。也正是在這種時刻,企業需要的不只是會算數的人才,而是能洞察研究何時「走鐘」,並有權力喊停、要求重來的關鍵決策者。

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林唯耕坦言,過去在校園裡總認為「技術第一、成本第二」,進入商界後才驚覺行銷與信任關係往往才是關鍵。這番話雖然不如科技突破那樣動聽,卻是產品能否進入市場的殘酷真相。再卓越的散熱設計,若無法穩定生產或贏得客戶信任,也僅止於一份精美的報告。

AI 會給答案,誰來負責出貨?

訪談尾聲,主持人國威提出了一個時代難題:假設 AI 能在彈指間生成散熱架構、材料配方與流道設計,企業該選擇全面擁抱 AI 的速度,還是保留緩慢但穩定的工程驗證,以規避潛在的失效風險?

林唯耕拒絕落入二選一的框架。他的觀點是:兩者並存。AI 擅長處理資訊、生成草案;但工程師仍須實作原型,進行嚴苛的性能與可靠度測試,最終由人決定是否出貨。這並非盲目崇拜人類直覺,而是基於一項事實:AI 的資料庫裡,通常沒記載下一次「意外洩漏」或「材料疲勞」的細節,且模型永遠無法為量產結果擔負法律與商業責任。

在 AI 時代,最稀缺的未必是熟練下指令(Prompt)的人,而是具備這種能力的人:能預判答案可能在哪裡出錯、能設計實驗將問題「逼」出來,並且願意為最終的量產品質負起責任。

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大眾習慣將雲端想像成輕盈、無重量的空間。但現實中,雲端是由龐大的機房架構而成,裡面裝滿了晶片、管線、泵浦與冷卻液。虛擬算力的每一次擴張,都會在實體世界留下發熱的足跡。散熱工程師的價值,就是不讓這筆物理帳單,被埋沒在光鮮亮麗的投影片背後。

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