葉列寧彗星消失了？

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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

從遠處看過來，我們的太陽系彷彿空空如也。

如果你用圓球包住太陽系，這圓球大到能容下行星中最外圍的海王星軌道；那麼太陽、所有行星和它們的衛星占住的體積，只比圓球體積的 1 兆分之 1 要多一點點。

不過，太陽系也並不是真的如此空曠，行星之間的空間還有許多岩塊、小圓石、冰球、塵埃、成群的帶電粒子和多艘在遠方飛航的探測船。除此之外，太陽系空間裡，也到處都是強大的重力場和磁場。（太陽系最外圍的行星不再是冥王星了，請接受這個事實。）

多不勝數的固定班底：大大小小的星際碎片

行星際空間其實雜物繁多，所以我們的地球以每秒 30 公里的速率在軌道上行進時，每天都會掃起數百噸的流星體，其中尺寸多半小於沙粒。這些流星體高速衝撞地球大氣產生的熱，會造成它們的表面汽化，於是大部分直接焚毀在地球的高層大氣裡。地球脆弱的物種有賴於這層大氣保護罩，才得以繁衍演化。較大的流星體，除了表面會被燒焦，基本上會相當完整的抵達地球表面。

你或許認為經過了 46 億次的繞行太陽之旅之後，地球應該已經清掉了軌道上的所有碎片，但答案是：還沒有。不過和地球過去的遭遇比起來，現在的情況顯然大有改善。大約在太陽和行星形成 5 億年之後，有多到難以想像的碎片不停掉落到地球上，產生的撞擊熱不斷累積，導至大氣熾熱無比，地殼也完全熔融。

其中一顆非常大的碎片，導致了月亮的形成。在分析阿波羅探月計畫太空人帶回來的樣本後，發現月球的鐵和較重元素的含量意外的少，這表示火星大小的迷途原行星和地球發生擦撞後，那些從地球缺鐵的地殼和地函迸發出去；繞著地球運行的碎片，後來可能聚合成我們低密度的美麗月亮。

除了這個特別重大的事件，嬰孩時期的地球經歷的重轟炸期並不獨特，因為太陽系的其他行星和大型天體也都經歷過。大家也都受到類似的重大破壞，不過只有缺乏大氣的月球和水星，大致保存了這個時期的撞擊紀錄。

太陽系不但受到形成時留下的廢料撞擊，在近行星際空間裡還散布著火星、月亮和地球受到高速撞擊後，從表面彈出的大大小小岩石。流星體撞擊的電腦模擬證明，撞擊區附近的表岩噴飛的速率，高到可以掙脫天體的重力束縛。我們從地球上火星隕石的發現率，可以推斷出每年約有 1 千噸的火星岩石掉到地球上；而每年或許也有大約等量的月岩掉到地球上。回想起來，我們其實用不著特地飛到月球去拿月球岩石，地球上就多得是。只不過，我們沒辦法挑精撿瘦，而且在阿波羅計畫年代，我們也不知道有這回事。

可能會讓物種滅絕的狠角色「小行星」

大部分太陽系的小行星分布在火星與木星間，形狀扁平的小行星主帶上。在傳統上，小行星的發現者有命名權，高興用什麼來命名都可以。通常在畫家描繪的圖示裡，小行星帶是太陽系盤面上一個散布著凌亂崎嶇岩塊的區域。

小行星帶的總質量不到月球質量的 5%，月球的質量則只比地球的 1% 要多一點點而已。雖然小行星的質量不大，但它們的軌道不斷受到擾動，因此形成了一群大約數千顆特別危險的近地小行星，它們的扁平軌道會和地球軌道交錯。簡單的計算指出，它們大部分會在 1 億年內撞上地球。尺寸大於 1 公里的小行星在撞上地球時，產生的能量會高到嚴重破壞地球的生態系統，可能使大部分的陸地物種滅絕。

這當然是糟透了。

小行星並不是唯一會危害地球生物的外太空天體。在海王星之外的柯伊伯帶（Kuiper Belt），帶寬大約和海王星與太陽的距離相當，其中成員包括了冥王星，是一個滿布彗星的環形區域。遠在六十多年前，荷蘭裔美國天文學家柯伊伯（Gerard Kuiper）就指出，在海王星軌道外頭的寒冷深空裡，藏著從太陽系形成時期殘存下來的冰質天體。由於這附近沒有大質量行星來吸收這些彗星，於是大部分彗星就靜靜的繞太陽運行了數十億年。

就如同小行星帶一樣，部分柯伊伯帶天體的軌道極扁平，並會和其他行星軌道相交。例如冥王星和同軌道的那群冥族小天體，它們較靠近太陽時軌道區會和海王星軌道交錯。另外還有一些柯伊伯帶天體的軌道會深入太陽內圍，放肆的穿過許多行星軌道；在這群天體中，最著名的是哈雷彗星。

在柯伊伯帶後方很遠的地方，大約在前往最鄰近恆星的半途上，有一個稱為歐特雲的彗星儲存庫，它呈現球形分布，名字來自首先推斷出它存在的荷蘭天文物理學家歐特（Jan Oort）。

歐特雲（Oort Clude）是長週期彗星的源頭，這類彗星的軌道週期比人類生命還要長。與柯伊伯帶彗星有別的是，歐特雲彗星可以從任何方向，以任何軌道傾角進入太陽系內圍。1990 年代最明亮的海爾─波普彗星（Comet Hale-Bopp）及百武彗星（Comet Hyakutake），都是源自歐特雲，而且在短時間內都不會再度回歸。

有大氣層真好：太陽風極光

太陽表面每秒會散失超過 1 百萬噸的質量，而形成的物質流稱為太陽風，太陽風主要的成分是帶電的高能粒子。太陽風粒子時速最高可達 1 千公里，粒子以這種高速向外泛流成群穿過太空，只有遇到行星磁場時才會轉向。

太陽風的部分粒子以螺旋軌跡掉向行星的磁北極和磁南極時，會撞擊氣體分子，激發大氣發出多彩多姿的極光。哈伯太空望遠鏡已在土星及木星的極區發現極光，而出現在地球上的北極光及南極光，時不時的提醒我們：有大氣層的保護真好。

我們通常說，地球的大氣層從地球表面向上延伸數十公里。而低軌道上的衛星，在 100 公里到 400 公里高的軌道上，大約 90 分鐘會繞地球一圈。

你雖然無法在這種高度呼吸，不過這個區域仍有不少大氣分子存在，摩擦力已足以讓衛星慢慢失去軌道能量而下墜。為了要對抗這種阻力，低軌道的衛星偶爾要重新提升軌道高度，免得掉回地球，焚毀在大氣中。

大氣層邊界的另一種定義為：「地球氣體分子的壓力」和「行星際氣體分子壓力」相等之處。根據這種定義，地球大氣層的範圍有數千公里。在這個高度上方的 36,800 公里處（大約是地球與月亮距離的 1/10），是通訊衛星的國度。在這個特殊的高度，地球大氣的影響無關緊要，衛星的速率也很低，並且恰好和地球的自轉速率相同，所以衛星每天剛好繞地球一圈。相對於地面，這種衛星看似一直飄浮在正上空，是理想的訊號中繼站，能為地表不同的區域轉傳訊號。

謝謝「重力盾牌」木星，為地球擋下危險

牛頓重力定律指出，雖然你若距離行星愈遠，受到行星重力的影響也愈弱，但這個影響並不會降到零。木星用它強大的重力場，把很多原先會在太陽系內圍造成重大破壞的彗星趕開。所以對地球而言，木星就像重力盾牌，也像在保護地球的粗壯大哥，讓地球享有長達億年，相對平安和寧靜的時期。如果沒有木星提供的保護，地球生命除了很難演化成更有趣的複雜生命，也會活在可能受到致命撞擊而滅絕的危險環境中。

我們一直在利用行星的重力場為太空探測船提供能量。就以前往探索土星的卡西尼號探測船為例，它受到許多行星的重力協航，其中金星兩次、地球（由金星返回時）和木星各一次。探測船在多顆行星間輾轉飛航，以酷似撞球檯上撞球的路徑行進，是很常見的操作方式。如果不這樣，火箭提供的飛行速率和能量，不足以讓我們的小探測船前往目的地。

眾多命名不盡的小行星

我現在對太陽系的行星際碎片有些許責任了。2000 年 11 月，由李維（David Levy）和舒梅克（Carolyn Shoemaker）發現的主帶小行星 1994KA，後來命名為「13123– 泰森（13123 Tyson）」來向我致敬。我雖然享有這個殊榮，但其實也沒有什麼好自大的，因為還有許多類似的小行星，以喬笛、哈洛特和湯瑪斯等常見的名字命名。還有一些小行星的名字叫梅林、龐德和聖誕老人。

目前發現的小行星，數量已將近數十萬顆，可能很快就會對我們命名的能力產生挑戰。不管這種時日是否會來臨，我覺得相當欣慰的是，以我命名的那個宇宙碎片在行星間遊蕩時，並非孤苦無依，而是有一大堆以真人和虛構人物為名的其他天體為伴。

此刻讓我更高興的是，我的小行星並沒有直衝地球而來。

本文摘錄自《宇宙必修課：給大忙人的天文物理學入門攻略》，天下文化出版。

• 文／陳英同｜中研院天文所博士後研究員

肉眼、望遠鏡、推理：這就是整個太陽系了嗎？

遠古以來，人類在深夜裏仰望天穹， 結合神話故事，想像出一百多個星座。就在這樣充滿故事但是顯少改變的夜空中，有幾個星點被古代天文學家發現了規律的週期運動，這就是我們現在所知道的太陽系行星，並且以最有名的幾個希臘神來命名，例如：阿波羅（Apollo）－太陽、維那斯（Venus）－金星、朱比特（Jupiter）－木星等等。

不過畢竟肉眼的能力有限，頂多只能看到視星等五等多的天王星（不過天王星不是肉眼發現的，是利用望遠鏡偶然發現的）。在中古世紀，人們覺得這七顆行星應該就是太陽系中所有的行星了（不過確定他們是繞著地球還是太陽轉，又是另一個很長的故事了）。

在1846年，數學及天文望遠鏡發展了一段很長時間後，天文觀測精確度以及計算能力都剛好滿足時，天文學家發現最外圍的天王星似乎在天空中有著不規則的運動，而且剛好可以假設一顆還未發現行星的重力擾動來解釋，也因此而發現了海王星。

有了這個成功的例子，天文學家開始利用相同的方法去找尋是否海王星外是否還有未發現的行星。在1930年終於發現了冥王星，這也是唯一美國人發現的行星（雖然我們現在知道冥王星被降級成「矮行星」，再也不是太陽系的行星了······）。

在這之後，人們「又開始覺得」這應該就是整個太陽系的模樣了，但是理論天文學家就不這麼覺得了。荷蘭天文學家揚．歐特（Jan Oort）首先在 1932 年左右首先提出長週期彗星的來源，應該是一個距離 20000 au （天文單位，地球到太陽的距離）的球狀雲團 ，也就是歐特雲。

庫柏（Gerard Peter Kuiper）跟艾吉沃斯（Kenneth E Edgeworth）在 1950年代時，提出了海王星外應該有個太陽系形成時，所殘留下來的原始行星盤的假說。費南德茲（Julio Fernández）與中央大學的葉永烜老師在 1987 年進一步用數值計算模擬推論出位於 35 到 50 au 應該要存在一個彗星帶或是行星盤，才能解釋短週期彗星的成因。有了這些理論的基礎，1992 年麻省理工學院的朱維特（David Jewitt）終於找到在發現冥王星 60 多年之後的第二顆庫柏帶天體1992QB1，並且開啟了海王星外天體的大航海時代。

在 2006 年，任職於加州理工學院的布朗（Michael Brown），利用第一代的大視場天文數位相機，發現了絕大部分的比較亮或是比較大的庫柏帶天體，包含表面有水冰光譜的妊神星（Haumea）家族、推測是內歐特雲的賽德娜（Sedna, 小行星 90377），以及跟冥王星大小差不多的鬩神星（Eris）。鬩神星的發現也間接了否定了冥王星行星的定位，西方媒體也戲稱布朗是冥王星殺手。

在接下來的十年中，觀測天文學家利用更大的望遠鏡、更新更廣的電子相機，找到了超過二千個庫柏帶天體。由於離太陽越遠，太陽系原始物質的空間密度會越來越低，在近二十年的觀測裡，也並沒有發現其他會影響庫柏帶天體的天體。這時，大家又開始覺得，真正的太陽系應該就是這樣了：庫柏帶跟歐特雲中間應該沒有什麼大東西存在了。

第九行星，下一個就是你：但是你在哪裡？

自從賽德娜發現後十年，行星動力學一直無法很好的解釋它的來源與存在。由於它離海王星實在非常的遠，離海王星軌道最近的距離比海王星軌道還多一倍 （76 au v.s. 30 au），動力學模擬的結果也證明在46億年內（太陽系的年齡） 它都不會改變它的軌道，那它是如何跑到到那個位置的呢？

一般相信這個與世獨立的存在需要一些外力，例如漂流的恆星通過太陽系外、或是太陽形生成於星團中，而後才離開星團。但這些理論大多只能說是假設，缺少觀測上的支持。但是在這十年間，天文學家陸續找到數顆與賽德納很像的天體，並且發現這些天體的軌道傾角與近日點的位置有特別的趨勢（見圖1、2），但由於數量過少，這個領域的研究方向一直還未確定。就在去年的二月，加州理工學院的巴特金（Konstantin Batygin）與布朗敲響了第九行星理論的第一聲響，發表了一顆十倍地球質量行星位於 250 au 的理論模型。而這個模型剛好可以適當的解釋遠近日點的天體為何都偏向同一邊（見圖）以及傾角分佈，以及他們如何生成的。

行星科學界最重要的定期會議之一是美國天文學會下的 DPS （Division for Planetary Sciences）會議，在裡面接受報告的論文都是最新、最有影響力的研究結果，許多科學媒體也會參與會議，然後立即發出新聞稿。在這個會議中，巴特金受邀發表大會演講，接在他之後的數個論文報告，也都提出一些觀測上跟理論上的一些支持的論點，包含：

1. 雪柏（Scott Sheppard）又找到數顆遠近日點的天體
2. 太陽自轉軸的偏差能用第九行星來解釋
3. 這些遠近日點的天體剛好在這顆推論行星的軌道共振點上。

當然，除了正方的結果，也出現了不少反方的研究，其中最重要的二個結果就是：

(1) 這顆行星的存在將會把現在所見的庫柏帶外的結構摧毀，

(2) 銀河盤面並沒有巡天資料，所以觀測上有明顯的偏差。

現在這個狀況，舉一個眾所皆知的例子，就像UFO到底是外星人太空船，亦或只是地球上的飛行器或者各種光影的組成而已？先不討論照片合成或是誤認，正方反方都能提出不少「說法」或是「間接證據」，但是現況就是我們並沒有確切的證據來證明UFO是外星飛船。

觀測天文學家與理論天文家存在一種微妙的關係：既競爭又合作。理論天文學家可以利用一些假設來預測現在技術看不到的東西或現象，觀測天文學家則是不斷用最新的科學技術去發現、或是證明假設是否正確。一但當科學技術進步到能觀測到應該要觀測的天體時，眾多理論在這時就是大審判的時候了。

目前許多國際研究團隊包含卡內基天文台、加州理工學院及日本國立天文台，都如火如荼地進行尋找第九行星的觀測工作，尤其是位於夏威夷的 Subaru 望遠鏡，由於它是目前口徑最大（八公尺）的大視場望遠鏡，所以擔任起許多重要的觀測工作。所以第九行星到底存不存在？相信這個問題在不久的將來就會真相大白了。

本文摘自《物理雙月刊》39 卷 8 月號 ，更多文章請見物理雙月刊網站。