天文學家在十幾年的陳年哈柏資料中發現隱匿的系外行星

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

通常離熱源愈遠，溫度會愈低。太陽的可見表面稱為光球（photosphere），溫度約為絕對溫度6000K，但光球以上的太陽大氣層溫度卻達數萬度以上，甚至是最外層的太陽大氣—日冕（corona）的溫度是其表面的300倍以上。這樣反常的現象，是太陽物理迄今未解的謎題之一。

美國華盛頓天主教大學（Catholic University）暨哥達德太空飛行中心（Goddard Space Flight Center）科學家Jeff Brosius等人近期提出報告指出：常態性發生的極微閃焰（nanoflare）是讓太陽大氣加熱到如此高溫狀態的主因；但由於極微閃焰規模甚小，因此迄今仍無法偵測到個別極微閃焰的活動。

更讓這些科學家驚訝的是：這個證據來自美國航太總署（NASA）最便宜的任務類型—探空火箭（sounding rocket）短短6分鐘的偵測結果。這個稱為「EUNIS」的探空火箭任務，是極紫外正入射光柵攝譜儀（Extreme Ultraviolet Normal Incidence Spectrograph）的縮寫，發射於2013年4月23日，以每1.3秒的速率蒐集溫度與性質差異均頗大的日冕物質資料。

科學家曾提出多種理論試圖解釋日冕溫度反常高溫的現象，多半涉及的是日冕中磁能轉換成熱能而使日冕溫度上升的過程。不同的理論對可觀測到哪種會影響溫度的物質有的預測也不同，但鮮少有大範圍面積的觀測解析度高到足以分辨哪種預測正確的狀況。

EUNIS探空火箭上裝載有靈敏度非常高的攝譜儀，從譜線狀態，可估算特定溫度下有多少物質出現的訊息。而又因地球大氣會吸收來自太陽的極紫外光，所以這種觀測必須在大氣以外的太空中進行。EUNIS探空火箭飛行至離地表約322公里的高空中，飛行時間僅有15分鐘左右，其中約僅6分鐘在大氣以上的時間能蒐集可用資料。

在飛行期間，EUNIS按預定計畫掃瞄太陽大氣中一個磁場結構複雜的活躍區（ active region）；這類活躍區常是大型閃焰（flare）或日冕物質拋射（coronal mass ejection，CME）等爆發活動的發生之地。進入攝譜儀的光，會按照不同波長分開，且因溫度頗高，日冕中不同元素會在光譜中形成特定波長的發射譜線（emission line），攝譜儀拍攝的就是這些光譜影像。每條發射譜線都可顯示在獨特溫度下的太陽物質，進一步分析還可獲知這種物質的密度和運動。

EUNIS主要觀測溫度約1000萬K的物質所發出的極紫外光。科學家提出假設認為日冕中有大量極微閃焰活動，可將物質加熱到1000萬K的程度。但這些物質冷卻得非常快，所以普遍觀測到的日冕物質溫度約在100萬～300萬K左右；然而，以EUNIS的靈敏度而言，仍能偵測到那些極高溫物質餘留的微弱亮光。EUNIS研究團隊終究成功地在攝譜儀影像中找到與1000萬K極高溫物質有關的譜線，雖然這條發射譜線並不強，但已足以清楚明白地分辨出造成這些譜線的極高溫物質，並成為極微閃焰確實存在的強烈證據。

不過，雖然已有數種理論議及，但對於極微閃焰產生機制還無定論。此外，也有極微閃焰以外的其他理論解釋日冕加熱的現象。這些科學家必須繼續努力，改善觀測工具和儀器後，蒐集更多觀測資料才能驗證他們的極微閃焰加熱日冕的理論是否正確。不過好在，至少沒有其他理論有預測這種極高溫物質的存在，所以極微閃焰理論還是很能站得住腳的。

轉載自 網路天文台

根據Ying D. Liu等人最近發表的論文中指出：2012年7月23日，地球險險避過一場超強太陽風暴的襲擊。這波日冕物質噴發（CME）的粒子運動速度高達每秒2000公里，幾乎是一般典型CME的4倍左右。雖然地球躲過這場襲擊，不過在太空中、繞太陽公轉的STEREO-A太陽觀測衛星卻沒躲過。Liu 等人分析CME掃過STEREO-A時的觀測資料，發現它是1976年以來強的太陽質子風暴（solar proton storm）。如果這樣威力的質子風暴衝擊到地球，則將引起與1859年著名的卡林吞事件（Carrington Event）類似的狀況，對現代的電子科技造成莫大威脅。

卡林吞事件是1859年時曾有一連串強力CME正面衝擊地球，引起強烈地磁暴（geomagnetic storm）。當時不僅造成全球電信線路中斷，而且引發的北極光強到連磁緯很南邊的大溪地都可見。根據美國國家科學院（National Academy of Sciences）的研究，當時這場天災，總共造成了美金2兆元以上的經濟損失，是卡崔娜颶風災損的20倍以上；大量變壓器在這場太陽風暴中燒毀，耗費數年才全部修復，使得全球電信事業癱瘓。同樣強度的太陽風暴如果發生在現代，電力運輸網和通訊網路也都逃不掉癱瘓的情況，而且得花多久時間才能復原，損失難以估計。這表示不僅你的手機不能打了，連有沒有電和水可用都不好說。

2012年7月23日的這個類卡林吞CME事件，其實由2個間隔10～15分鐘的CME組成，再加上CME衝出的方向，恰好在4天前另一波CME事件中被清空了，使得7/23這兩波CME一路暢行無阻，不像平常那樣受到行星際空間粒子的阻擋而減速。

當CME中的質子雲通過地球軌道時，地球本身恰在1週前剛通過那個位置，所以避過了這兩波CME的正面衝擊，但這也顯示這兩波CME非常窄的質子流。 整起事件最高潮之處在於喚起太空天氣的危機感。許多觀測者都注意到現在所處的第24太陽活動週期比以前的還要弱，或許是百年來最弱的。但是透過2012年 7/23的這個超強太陽風暴事件，顯示即使是個活動微弱的太陽活動週期，也還是會產生非常強的太陽風暴。地球在這類事件中並不安全，所以必須居安思危，時時準備好應付這類事件，以期將損失降到最低。

資料來源：SpaceWeather.com [Mar. 20, 2014]

轉載自網路天文館