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水星表面發現奇怪的窪地構造

臺北天文館_96
・2011/10/28 ・1180字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 517 ・六年級

美國航太總署(NASA)信使號(MESSENGER)太空船在水星表面發現數千個奇怪的空洞構造,這些特殊窪地結構散佈在各種緯度與經度,寬度從18公尺到1.6公里不等,深度則在18公尺到36公尺不等。目前沒人知道這些窪地的來源。

科學團隊成員之一的霍普金斯大學(Johns Hopkins Universit)David Blewett表示:發現這些窪地真的蠻驚訝的。基本上,除了受到小天體的撞擊之外,水星地貌應該從形成後至今很少改變,仍維持古老的遺貌。但這些窪地看起來似乎比已發現的水星撞擊坑還年輕,意味著水星地表仍以令人驚訝的方式在持續演化中。

右上圖是位在Raditladi撞擊盆地中的奇特窪地構造。Credit: NASA/Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory/Carnegie Institution of Washington。

火星勘測軌道探測器(Mars Reconnaissance Orbiter,MRO)曾在火星南極表面的二氧化碳冰層上觀測到類似的結構,像是乳酪(swiss cheese)一樣。但水星表面的這類結構卻是出現在堅硬的岩石上,窪地內部不僅顯得很明亮,而且外圍具有光暈。科學家從未在任何岩石表面看到類似的現象。如果有人可以站在這種窪地中,頭頂上是黑暗的星空,周邊寂靜無聲,必定是個非常奇特的感受。

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水星基本上沒有大氣層,不會有風,也沒有雨,所以這些窪地絕對不是風蝕或雨蝕的結果,必定是其他外力造成的。作為最靠近太陽的行星,水星暴露在強烈的太陽光熱和極端太空氣象中,Blewett相信這可能是造成這些地形的主要來源。

Blewett表示:其中一個關鍵線索是許多窪地與位在撞擊坑內的中央峰(central mountain)有關連。中央峰是撞擊過程中,在撞擊坑中間因反彈力量而形成的一個山峰;所以這些窪地很可能是撞擊過程中,從水星深處翻上來的物質所形成的峰環(peak rings),這些來自水星深處的物質突然暴露在水星地表時,可能會相當不穩定而發出奇異的光。

某些礦物,例如含硫或其他揮發物的礦物,突然受到熱、太陽風或微流星體(micrometeoroids)的影響,很容易蒸發;而這些太空氣象的襲擊,是水星每天都在承受的事。或許就是硫蒸發,留下其他礦物,才會讓岩石充滿孔隙而變得脆弱、更容易被侵蝕,最後才形成這樣的窪地結構。

信使號太空船的確在水星表面偵測到大量硫的存在,讓天文學家相當驚訝,促使他們得重新思考水星到底是如何形成的。目前主流理論模型認為,其中一個可能是在太陽系歷史非常早期,稍大一點的微行星形成行星的最後階段,曾發生過一次非常猛烈的撞擊事件,絕大部分水星岩質地殼被撞破而造成這樣的現象;另一個可能是太陽剛形成之初,曾有過一個非常熾熱的階段,讓水星地表被烤焦,變成現在這副模樣。無論是哪一種說法,沸點比較低的元素,如硫和鉀等,都會被蒸發。

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但是,它們並沒有完全離開,這就表示舊理論並不符合新觀測結果,所以得重新建構一個理論假設。所以囉,研究太陽系和行星如何形成的科學家們,可能得先從瞭解最靠近太陽的水星來重新開始了。

資料來源:Strange Hollows Discovered on Mercury[2011.10.24]

轉載自台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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臺北市立天文科學教育館是國內最大的天文社教機構,我們以推廣天文教育為職志,做為天文知識和大眾間的橋梁,期盼和大家一起分享天文的樂趣!

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拆解邊緣AI熱潮:伺服器如何提供穩固的運算基石?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2025/05/21 ・5071字 ・閱讀時間約 10 分鐘

本文與 研華科技 合作,泛科學企劃執行。

每次 NVIDIA 執行長黃仁勳公開發言,總能牽動整個 AI 產業的神經。然而,我們不妨設想一個更深層的問題——如今的 AI 幾乎都倚賴網路連線,那如果哪天「網路斷了」,會發生什麼事?

想像你正在自駕車打個盹,系統突然警示:「網路連線中斷」,車輛開始偏離路線,而前方竟是萬丈深谷。又或者家庭機器人被駭,開始暴走跳舞,甚至舉起刀具向你走來。

這會是黃仁勳期待的未來嗎?當然不是!也因為如此,「邊緣 AI」成為業界關注重點。不靠雲端,AI 就能在現場即時反應,不只更安全、低延遲,還能讓數據當場變現,不再淪為沉沒成本。

什麼是邊緣 AI ?

邊緣 AI,乍聽之下,好像是「孤單站在角落的人工智慧」,但事實上,它正是我們身邊最可靠、最即時的親密數位夥伴呀。

當前,像是企業、醫院、學校內部的伺服器,個人電腦,甚至手機等裝置,都可以成為「邊緣節點」。當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。簡單來說,就是將原本集中在遠端資料中心的運算能力,「搬家」到更靠近數據源頭的地方。

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那麼,為什麼需要這樣做?資料放在雲端,集中管理不是更方便嗎?對,就是不好。

當數據在這些邊緣節點進行運算,稱為邊緣運算;而在邊緣節點上運行 AI ,就被稱為邊緣 AI。/ 圖片來源:MotionArray

第一個不好是物理限制:「延遲」。
即使光速已經非常快,數據從你家旁邊的路口傳到幾千公里外的雲端機房,再把分析結果傳回來,中間還要經過各種網路節點轉來轉去…這樣一來一回,就算只是幾十毫秒的延遲,對於需要「即刻反應」的 AI 應用,比如說工廠裡要精密控制的機械手臂、或者自駕車要判斷路況時,每一毫秒都攸關安全與精度,這點延遲都是無法接受的!這是物理距離與網路架構先天上的限制,無法繞過去。

第二個挑戰,是資訊科學跟工程上的考量:「頻寬」與「成本」。
你可以想像網路頻寬就像水管的粗細。隨著高解析影像與感測器數據不斷來回傳送,湧入的資料數據量就像超級大的水流,一下子就把水管塞爆!要避免流量爆炸,你就要一直擴充水管,也就是擴增頻寬,然而這樣的基礎建設成本是很驚人的。如果能在邊緣就先處理,把重要資訊「濃縮」過後再傳回雲端,是不是就能減輕頻寬負擔,也能節省大量費用呢?

第三個挑戰:系統「可靠性」與「韌性」。
如果所有運算都仰賴遠端的雲端時,一旦網路不穩、甚至斷線,那怎麼辦?很多關鍵應用,像是公共安全監控或是重要設備的預警系統,可不能這樣「看天吃飯」啊!邊緣處理讓系統更獨立,就算暫時斷線,本地的 AI 還是能繼續運作與即時反應,這在工程上是非常重要的考量。

所以你看,邊緣運算不是科學家們沒事找事做,它是順應數據特性和實際應用需求,一個非常合理的科學與工程上的最佳化選擇,是我們想要抓住即時數據價值,非走不可的一條路!

邊緣 AI 的實戰魅力:從工廠到倉儲,再到你的工作桌

知道要把 AI 算力搬到邊緣了,接下來的問題就是─邊緣 AI 究竟強在哪裡呢?它強就強在能夠做到「深度感知(Deep Perception)」!

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所謂深度感知,並非僅僅是對數據進行簡單的加加減減,而是透過如深度神經網路這類複雜的 AI 模型,從原始數據裡面,去「理解」出更高層次、更具意義的資訊。

研華科技為例,旗下已有多項邊緣 AI 的實戰應用。以工業瑕疵檢測為例,利用物件偵測模型,快速將工業產品中的瑕疵挑出來,而且由於 AI 模型可以使用同一套參數去檢測,因此品管上能達到一致性,減少人為疏漏。尤其在高產能工廠中,檢測速度必須快、狠、準。研華這套 AI 系統每分鐘最高可處理 8,000 件產品,替工廠節省大量人力,同時確保品質穩定。這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。

這樣的效能來自於一台僅有膠囊咖啡機大小的邊緣設備—IPC-240。/ 圖片提供:研華科技

此外,在智慧倉儲場域,研華與威剛合作,研華與威剛聯手合作,在 MIC-732AO 伺服器上搭載輝達的 Nova Orin 開發平台,打造倉儲系統的 AMR(Autonomous Mobile Robot) 自走車。這跟過去在倉儲系統中使用的自動導引車 AGV 技術不一樣,AMR 不需要事先規劃好路線,靠著感測器偵測,就能輕鬆避開障礙物,識別路線,並且將貨物載到指定地點存放。

當然,還有語言模型的應用。例如結合檢索增強生成 ( RAG ) 跟上下文學習 ( in-context learning ),除了可以做備忘錄跟排程規劃以外,還能將實務上碰到的問題記錄下來,等到之後碰到類似的問題時,就能詢問 AI 並得到解答。

你或許會問,那為什麼不直接使用 ChatGPT 就好了?其實,對許多企業來說,內部資料往往具有高度機密性與商業價值,有些場域甚至連手機都禁止員工帶入,自然無法將資料上傳雲端。對於重視資安,又希望運用 AI 提升效率的企業與工廠而言,自行部署大型語言模型(self-hosted LLM)才是理想選擇。而這樣的應用,並不需要龐大的設備。研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。

但問題也接著浮現:要在這麼小的設備上跑大型 AI 模型,會不會太吃資源?這正是目前 AI 領域最前沿、最火熱的研究方向之一:如何幫 AI 模型進行「科學瘦身」,又不減智慧。接下來,我們就來看看科學家是怎麼幫 AI 減重的。

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語言模型瘦身術之一:量化(Quantization)—用更精簡的數位方式來表示知識

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。這其實跟圖片壓縮有點像:有些畫面細節我們肉眼根本看不出來,刪掉也不影響整體感覺,卻能大幅減少檔案大小。

模型量化的原理也是如此,只不過對象是模型裡面的參數。這些參數原先通常都是以「浮點數」表示,什麼是浮點數?其實就是你我都熟知的小數。舉例來說,圓周率是個無窮不循環小數,唸下去就會是3.141592653…但實際運算時,我們常常用 3.14 或甚至直接用 3,也能得到夠用的結果。降低模型參數中浮點數的精度就是這個意思! 

然而,量化並不是那麼容易的事情。而且實際上,降低精度多少還是會影響到模型表現的。因此在設計時,工程師會精密調整,確保效能在可接受範圍內,達成「瘦身不減智」的目標。

當硬體資源有限,大模型卻越來越龐大,「幫模型減肥」就成了邊緣 AI 的重要課題。/ 圖片來源:MotionArray

模型剪枝(Model Pruning)—基於重要性的結構精簡

建立一個 AI 模型,其實就是在搭建一整套類神經網路系統,並訓練類神經元中彼此關聯的參數。然而,在這麼多參數中,總會有一些參數明明佔了一個位置,卻對整體模型沒有貢獻。既然如此,不如果斷將這些「冗餘」移除。

這就像種植作物的時候,總會雜草叢生,但這些雜草並不是我們想要的作物,這時候我們就會動手清理雜草。在語言模型中也會有這樣的雜草存在,而動手去清理這些不需要的連結參數或神經元的技術,就稱為 AI 模型的模型剪枝(Model Pruning)。

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模型剪枝的效果,大概能把100變成70這樣的程度,說多也不是太多。雖然這樣的縮減對於提升效率已具幫助,但若我們要的是一個更小幾個數量級的模型,僅靠剪枝仍不足以應對。最後還是需要從源頭著手,採取更治本的方法:一開始就打造一個很小的模型,並讓它去學習大模型的知識。這項技術被稱為「知識蒸餾」,是目前 AI 模型壓縮領域中最具潛力的方法之一。

知識蒸餾(Knowledge Distillation)—讓小模型學習大師的「精髓」

想像一下,一位經驗豐富、見多識廣的老師傅,就是那個龐大而強悍的 AI 模型。現在,他要培養一位年輕學徒—小型 AI 模型。與其只是告訴小型模型正確答案,老師傅 (大模型) 會更直接傳授他做判斷時的「思考過程」跟「眉角」,例如「為什麼我會這樣想?」、「其他選項的可能性有多少?」。這樣一來,小小的學徒模型,用它有限的「腦容量」,也能學到老師傅的「智慧精髓」,表現就能大幅提升!這是一種很高級的訓練技巧,跟遷移學習有關。

舉個例子,當大型語言模型在收到「晚餐:鳳梨」這組輸入時,它下一個會接的詞語跟機率分別為「炒飯:50%,蝦球:30%,披薩:15%,汁:5%」。在知識蒸餾的過程中,它可以把這套機率表一起教給小語言模型,讓小語言模型不必透過自己訓練,也能輕鬆得到這個推理過程。如今,許多高效的小型語言模型正是透過這項技術訓練而成,讓我們得以在資源有限的邊緣設備上,也能部署愈來愈強大的小模型 AI。

但是!即使模型經過了這些科學方法的優化,變得比較「苗條」了,要真正在邊緣環境中處理如潮水般湧現的資料,並且高速、即時、穩定地運作,仍然需要一個夠強的「引擎」來驅動它們。也就是說,要把這些經過科學千錘百鍊、但依然需要大量計算的 AI 模型,真正放到邊緣的現場去發揮作用,就需要一個強大的「硬體平台」來承載。

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邊緣 AI 的強心臟:SKY-602E3 的三大關鍵

像研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,就是扮演「邊緣 AI 引擎」的關鍵角色!那麼,它到底厲害在哪?

一、核心算力
它最多可安裝 4 張雙寬度 GPU 顯示卡。為什麼 GPU 這麼重要?因為 GPU 的設計,天生就擅長做「平行計算」,這正好就是 AI 模型裡面那種海量數學運算最需要的!

你想想看,那麼多數據要同時處理,就像要請一大堆人同時算數學一樣,GPU 就是那個最有效率的工具人!而且,有多張 GPU,代表可以同時跑更多不同的 AI 任務,或者處理更大流量的數據。這是確保那些科學研究成果,在邊緣能真正「跑起來」、「跑得快」、而且「能同時做更多事」的物理基礎!

二、工程適應性——塔式設計。
邊緣環境通常不是那種恆溫恆濕的標準機房,有時是在工廠角落、辦公室一隅、或某個研究實驗室。這種塔式的機箱設計,體積相對緊湊,散熱空間也比較好(這對高功耗的 GPU 很重要!),部署起來比傳統機架式伺服器更有彈性。這就是把高性能計算,進行「工程化」,讓它能適應台灣多樣化的邊緣應用場景。

三、可靠性
SKY-602E3 用的是伺服器等級的主機板、ECC 糾錯記憶體、還有備援電源供應器等等。這些聽起來很硬的規格,背後代表的是嚴謹的工程可靠性設計。畢竟在邊緣現場,系統穩定壓倒一切!你總不希望 AI 分析跑到一半就掛掉吧?這些設計確保了部署在現場的 AI 系統,能夠長時間、穩定地運作,把實驗室裡的科學成果,可靠地轉化成實際的應用價值。

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研華的 SKY-602E3 塔式 GPU 伺服器,體積僅如後背包大小,卻能輕鬆支援語言模型的運作,實現高效又安全的 AI 解決方案。/ 圖片提供:研華科技

台灣製造 × 在地智慧:打造專屬的邊緣 AI 解決方案

研華科技攜手八維智能,能幫助企業或機構提供客製化的AI解決方案。他們的技術能力涵蓋了自然語言處理、電腦視覺、預測性大數據分析、全端軟體開發與部署,及AI軟硬體整合。

無論是大小型語言模型的微調、工業瑕疵檢測的模型訓練、大數據分析,還是其他 AI 相關的服務,都能交給研華與八維智能來協助完成。他們甚至提供 GPU 與伺服器的租借服務,讓企業在啟動 AI 專案前,大幅降低前期投入門檻,靈活又實用。

台灣有著獨特的產業結構,從精密製造、城市交通管理,到因應高齡化社會的智慧醫療與公共安全,都是邊緣 AI 的理想應用場域。更重要的是,這些情境中許多關鍵資訊都具有高度的「時效性」。像是產線上的一處異常、道路上的突發狀況、醫療設備的即刻警示,這些都需要分秒必爭的即時回應。

如果我們還需要將數據送上雲端分析、再等待回傳結果,往往已經錯失最佳反應時機。這也是為什麼邊緣 AI,不只是一項技術創新,更是一條把尖端 AI 科學落地、真正發揮產業生產力與社會價值的關鍵路徑。讓數據在生成的那一刻、在事件發生的現場,就能被有效的「理解」與「利用」,是將數據垃圾變成數據黃金的賢者之石!

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重力理論的演進與環繞黑洞的恆星
科學大抖宅_96
・2020/05/26 ・2647字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 524 ・七年級

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十七世紀末,牛頓提出的萬有引力理論象徵現代天體力學的開始;人們利用物理原理來描述天體運行,並藉由天文觀測逐步修正理論或計算方法的缺失。以天王星的發現為契機,科學家開啟了一連串對行星軌道的研究;這些事件不但成為天體力學發展史的重要標誌,最終竟促成重力理論的演進,甚至延續到現今,反應在我們對黑洞的觀察上。

這一切,都要從 1781 年,英國天文學家赫雪爾(William Herschel,1738-1822)在自家庭院,從望遠鏡中看到一顆彗星說起……

天王星的詭異行徑

在赫雪爾將發現回報給皇家學會後,其他科學家也紛紛對這顆彗星進行調查。很顯然的,它似乎沒有彗星尾巴,而且運行軌跡較接近圓形,不像其他彗星以非常扁的橢圓軌道繞行太陽;與其說是彗星,它更像是在土星軌道之外環繞太陽的行星──這就是天王星的發現。

儘管已驗明正身,天王星仍然困惑著接下來數十年的天文學者:它的實際軌道和牛頓萬有引力理論的預測並不相同。這是牛頓理論的失敗嗎?還是觀測錯誤了呢?1846 年,法國天文學家勒維耶(Urbain Le Verrier,1811-1877)利用數學計算提出預測:存在某個未知星體影響了天王星的運行,造成理論和觀測的差異;他也指出該星體的軌道、質量和位置大約為何。

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一陣子之後,柏林天文台收到勒維耶的報告,便馬上著手進行未知星體的搜尋工作;只花不到一個小時,海王星就被找到,與勒維耶預測的位置相差不到一度──史上第一次,單純憑藉數學計算發現新行星[1]

奧本‧勒維耶(圖片來源

水星的運行軌道也存在異常

隨著海王星的發現,牛頓萬有引力理論可說獲得空前勝利。然而,天文學家拿重力理論來推估行星運行的嘗試並未到此為止。1859年,勒維耶再度出擊,聲明水星軌道的進動也跟牛頓萬有引力理論的計算有所出入。

在理想狀況下,依據牛頓萬有引力理論,水星環繞太陽的運行軌道應該要固定不變;然而在實際上,因為受到其他行星的重力拉扯(和另外一些次要因素),水星軌道的近日點(以及軌道本身)會緩慢產生變化──這稱為水星的近日點進動。

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不止水星,其他行星也都會有進動;只是水星距離太陽最近,進動效應最明顯。圖為地球繞行太陽的軌道進動示意;進動效應被刻意放大。(圖片來源

勒維耶分析了從 1697 年到 1848 年的水星觀測資料,發現水星的近日點進動,與用牛頓萬有引力理論考慮其他行星的影響所算出來的進動數值,每世紀差了三千六百分之三十八(38/3600)度[2]──這是多麼微小的數值,卻又真實存在!

因為之前海王星的成功經驗,勒維耶猜想:介於太陽和水星軌道之間,可能存在未曾發現過的星體,影響了水星的運行;他將其命名為瓦肯星(Vulcan)[3]

無奈地,這一次任憑天文學家花費幾十年尋找,甚至勒維耶也已去世良久,瓦肯星始終不見蹤影;而水星近日點進動問題便懸而未決,延續到二十世紀。在 1915 年,愛因斯坦才利用廣義相對論成功將此問題劃上句點。

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愛因斯坦在1915年的論文中,運用廣義相對論解決了水星的近日點進動問題。(圖片來源

根據我們目前所知,水星的近日點每世紀會移動約 574/3600 度,其中牛頓萬有引力效應佔了 532/3600 度,而廣義相對論造成的效應幾乎剛好就是兩者之差。廣義相對論針對牛頓萬有引力定律所描述的重力,做出了細緻的修正──這個修正在大多數狀況下,微小到可以忽略;只有在水星近日點進動這樣的例子,差異才會顯現出來。可以說,水星近日點進動問題的解決,是幫助廣義相對論得到世人認可的重要原因之一。

廣義相對論的黑洞測試

科學家拿星體運行來測試重力理論的故事就到此為止了嗎?非也。既然原本得到廣泛驗證的牛頓萬有引力定律,因水星近日點進動現象而被找到缺陷,那麼現在大獲全勝的廣義相對論,自然也有可能在某種特殊環境下暴露弱點──科學家於是把腦筋動到了黑洞頭上。

黑洞堪稱宇宙裡數一數二極端的天體,龐大的重力吞噬一切,無疑是測試重力理論的理想選擇。就像水星繞行太陽會產生進動,是否,繞行黑洞的星體,其軌道也會有進動現象呢?又是否完全可以用廣義相對論來解釋?

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針對廣義相對論的正確性問題,一群科學家團隊花了二十七年,觀測環繞無線電波源人馬座A*(Sagittarius A*)運行的恆星S2,並於今年(2020)四月,在《Astronomy & Astrophysics》期刊發表最新成果

人馬座A*位於銀河系中心,距離地球約兩萬六千光年,質量估計為四百多萬倍太陽質量,據信極可能是超大質量黑洞;環繞於外的 S2 具有十多倍太陽質量,與人馬座A*的最近距離是十七光時(海王星到太陽距離的四倍),軌道週期為 16 年(海王星軌道週期是 165 年)。研究發現,S2近心點(pericenter,最靠近重力中心的點)的進動約為每軌道週期 12/60 度,與廣義相對論的預測相符──即使在重力如此強大的環境,廣義相對論依舊通過試煉。

藝術家描繪的S2繞行人馬座A*示意圖;為了清楚顯現 S2 軌道因為進動而逐漸改變位置,進動效應被特意放大。(ESO/L. Calçada

本次研究的意義

儘管沒有發現廣義相對論的破口,這次的成果仍然別具意義:它是人類第一次確認以黑洞為中心的進動現象;再者,若人馬座A*附近存在某些看不見的物質(如暗物質,或其他小型黑洞等等),科學家也能依據數據給出嚴格的質量上限。可以肯定的是,隨著觀測技術的發展,我們對於宇宙、或者黑洞的理解,將持續進步;說不定哪天,還真能發現廣義相對論的問題呢。

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註釋

  • [1] 實際上,勒維耶計算出的海王星軌道,與真正的海王星軌道仍有一些差距。但這並無礙於發現海王星的偉大成就。
  • [2] 多年後,其他科學家重新評估牛頓萬有引力理論和實際觀測的差距,得出每世紀三千六百分之四十三(43/3600)度的數值,跟現代觀測吻合。
  • [3] 就跟《星際爭霸戰》(Star Trek)裡的瓦肯星同名。不過可以確定勒維耶並不是因為看了《星際爭霸戰》才這麼命名的。
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科學大抖宅_96
36 篇文章 ・ 1868 位粉絲
在此先聲明,這是本名。小時動漫宅,長大科學宅,故稱大抖宅。物理系博士後研究員,大學兼任助理教授。人文社會議題鍵盤鄉民。人生格言:「我要成為阿宅王!」科普工作相關邀約請至 https://otakuphysics.blogspot.com/

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為什麼月曜日是星期一?七曜日的由來與「行星時」
htlee
・2017/10/26 ・4953字 ・閱讀時間約 10 分鐘 ・SR值 483 ・五年級

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圖/Pixabay

  • 關於作者:李昫岱(天文學博士,歡迎來「屋頂上的天文學家」臉書部落格,一起航向宇宙,浩瀚無垠!)

人類很早就知道天上有7顆會發亮的天體:太陽、月亮、水星、金星、火星、木星和土星,這些天體和一般的星星不一樣,它們在天空中的位置會移動。

古代的天文學家透過觀察,認為宇宙是由一層一層的球殼組成的,地球位在球殼的中心,最外側的球殼是天球,所有的星星都鑲在天球上,而這七顆發亮的天體,各自有一個球殼,它們繞著地球運行,由外而內排列的順序是土星、木星、火星、太陽、金星、水星和月球。

這7顆日月行星是人類最熟悉的天體,後來它們就成了每天生活的一部分,它們各代表一個星期中的一天,星期的「星」指的就是這七個天體,它們合稱七曜。

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七曜日的順序有邏輯嗎?

你可能知道日本將星期訂為日曜日(日)、月曜日(一)、火曜日(二)、水曜日(三)、木曜日(四)、金曜日(五)和土曜日(六),但是你知道為什麼是這樣的順序嗎?這個排列看起來似乎很混亂,其實是有邏輯的。

用一個簡單的七角形(下圖),順時針方向在每一個頂點上標示七曜由外而內的排列(土、木、火、日、金、水、月),然後沿著紅色箭頭的方向就是曜日的順序!

順時針轉是地心說中七曜由外向內的排列,沿著箭頭方向則是七曜日的順序。圖/作者提供

不過真正要探究曜日的來源,就要先了解古代的行星時(Planetary hours)。

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根據行星時的觀念,每天日出的時候,是一天24小時的開始,每一小時用一顆行星來代表,七曜依土、木、火、日、金、水、月的順序輪值。

下表中每一橫列代表一天,第一天中的第一個小時是土星,第二小時是木星,依序下去。輪替24小時後,第二天的第一小時是太陽,第三天的第一小時則是月亮,接下來幾天的第一小時就是火星、水星、木星和金星。每天第一個小時的行星也是當天的代表,這樣就會出現日、月、火、水、木、金、土的順序,這就是七曜日順序的由來。

【可以點擊圖片看大圖喔!】 最上方的一列是一天中的24小時,每一橫列代表一天,行星時中的每一個小時由七曜之一輪值,不同顏色是用來區分不同的七曜週期,每天的第一小時的日月行星作為當天的代表,所以就會出現日、月、火、水、木、金、土的七曜日順序。圖/作者提供

七曜日不僅僅代表日月行星,它們還有自己的符號以及代表的希臘眾神。

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另外古代有7種人類熟悉的金屬,它們是金、銀、汞、鐵、錫、銅和鉛,古代的人把這7種金屬和天上的日月行星相對應。接下來就對日月行星七曜做一一介紹。

太陽

星期日的英文字是Sunday,是由英文字Sun太陽這個字來的,也就是太陽日,日曜日代表日文的星期日。

太陽的符號是一個圓中間加一個點。圖/作者提供

☉這個符號你可能見過,它就像甲骨文的日,也就是太陽。它是一個圓和中間一個點組成,有人說中間的那個點代表太陽黑子,表示古時候的中國人就觀察到太陽表面的巨大黑點。

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不只是古代的中國人,現代的天文學家也用☉來代表太陽,M代表太陽的質量,而 L則代表太陽的光度,天文學家用這它們來作為量測恆星的單位,例如織女星的質量和光度分別是 2.1 M和 40 L,表示織女星的質量和光度是太陽的 2.1 倍和 40 倍。

阿波羅和黎明女神,Apollo and Aurora by Gerard de Lairesse at Metropolitan Museum of Art。圖/作者提供

希臘羅馬神話中的太陽神是阿波羅(Apollo),他代表著光明。

黎明時,他會駕駛著黃金馬車,從東方的海平面升起,往西方奔馳,展開一天的開始。不意外地,金黃色的黃金代表著太陽,就像阿波羅的馬車就是黃金打造的,而金這種元素的符號也就是

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月球

星期一是Monday,是從英文 Moon 月亮這個字來的,也就是月亮日,日文中的月曜日就是星期一。

月亮的符號是眉月。圖/作者提供

☽是日月行星中,最容易讓人辨識的符號,不用解釋就知道是月亮。☽也代表眉月,眉月出現在日落後的傍晚,比日出前凌晨的殘月☾還讓人熟悉。

阿提蜜絲(Artemis)與黛安娜(Diana)分別代表希臘與羅馬神話中的月亮女神,神話故事中阿提蜜絲和阿波羅是一對龍鳳胎,他們是宙斯和勒托(Leto)的小孩。

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神話中勒托是獨自一人生下他們,阿提蜜絲比阿波羅還早一天出生,勒托在生阿波羅時遇到難產,阿提密斯還幫忙接生阿波羅,阿提蜜絲體會媽媽生小孩的辛苦,所以決定終生不嫁。

黛安娜是月亮女神,也是狩獵女神,Diane the Huntress-School of Fontainebleau at Louvre。圖/作者提供

夜晚的月亮,雖然有眾星陪伴,但總是給人一種孤單的感覺。李白的詩中有「舉杯邀明月,對影成三人」,沒人作伴孤獨的詩人只能對著月亮和自己影子喝酒。

哪一種金屬最能代表月亮呢?沒錯就是銀,銀色月亮提供古往今來騷人墨客無盡的靈感,而銀的符號就是☽!

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火星♂

星期二是Tuesday,是從北歐神話中的戰神提爾Tyr來的,相當於羅馬神話中的瑪爾斯(Mars),星期二是火星日,日文中的火曜日就是星期二。

火星的符號是戰神的矛和盾。圖/作者提供

♂這個符號很常見,是代表雄性的符號,這個符號中的圓代表戰神的盾,而箭頭則是他的矛。天文上,火星的符號也是♂。

火星看起來是紅色的,它每2年多的時間會靠近地球一次,那個時候紅色的火星會特別明顯,為什麼火星是紅色的呢?因為火星的表面有許多的氧化鐵,也就是鐵鏽,紅色的鐵鏽讓火星看起來呈紅色。

戰神阿瑞斯。圖/作者提供,攝於奇美博物館。

羅馬的戰神稱為瑪爾斯,相當於希臘的阿瑞斯(Ares)。阿瑞斯是宙斯和天后希拉的兒子,他喜歡戰爭,無役不與,但是卻不善於打仗,比較像是有勇無謀的莽夫。7種金屬中就以鐵最適合代表戰神,因為鐵最堅硬,適合用來製造武器,所以鐵這種金屬的符號也就是♂。

水星☿

星期三是 Wednesday,是從北歐神話中的最主要的神奧丁 Woden,星期三也是水星日,日文則是水曜日。

水星的符號是信使之神手上拿的雙蛇杖。圖/作者提供

☿代表水星,也就是信使之神,☿是信使之神的信物,稱為雙蛇杖或商神杖,因為信使之神也是商業之神,圓形上的兩個像角的代表雙蛇杖上的一對小翅膀,兩條蛇就簡化成一個圓。

墨丘利(Mercury)和荷米斯(Hermes)分別是羅馬和希臘神話中的信使,他飛快的速度,負責為眾神傳遞訊息。

水星最靠近太陽,是行星中移動速度最快的,這和信使之神的形象相符。

手拿雙蛇杖的荷米斯,Mercury by Paul Pieter Rubens at Museo de Prado。圖/作者提供

哪一種金屬最適合代表水星?

其實從他的羅馬名字就看得出來,Mercury的另一個意思就是汞,也就是水銀。水銀在常溫下是流動的銀色液體,所以汞在英文上也稱為quicksilver,不意外地,汞的符號就是☿。

木星♃

星期四是Thursday,是用北歐神話的雷神索爾Thor名字命名的,星期四也就是木星日,日文則是木曜日。

木星的符號。圖/作者提供

♃這個符號很特別,有點像是阿拉伯數字的2,再加上一豎,或像阿拉伯數字的4。♃代表木星,有人說它是宙斯的老鷹,也有人說其中2的形狀,其實是Z,是宙斯Zeus名字的縮寫,中間的一豎代表宙斯的武器閃電,這個武器和雷神索爾相呼應。

木星是太陽系中最大、最重的行星,非常的有威嚴,它的衛星數量也最多,目前已知的衛星有69顆。木星的大氣也會出現閃電,它的威力最高可達到地球閃電的一千倍!可見宙斯閃電的威力!

朱庇特(Jupiter)是羅馬神話中的眾神之神,一般人比較熟悉的反而是希臘神話中的宙斯(Zeus),宙斯非常的風流,木星已命名的衛星中,大多都是以宙斯愛人的名字命名。

宙斯左手拿著雷電,右手拿著權杖,旁邊是他的老鷹。圖/作者提供,攝於奇美博物館。

錫這種金屬相當特別,除了顏色閃閃發亮外,當錫棒被彎折時,會發出喀喀的聲音,想像力豐富的古人就把錫和宙斯的雷電聯想在一起,所以錫就代表木星,而它的符號就是♃。

金星♀

星期五是Friday,是從北歐神話奧丁的妻子弗麗嘉Frigg名字來的,弗麗嘉是愛和美的女神,星期五是金星日,也是日文的金曜日。

金星的符號是美神維納斯的鏡子。

♀這個符號代表雌性,代表美神手上拿的鏡子。

♀和♂常常成對出現,不過美神和戰神並不是夫妻,他們常常背著另一半,偷偷地在一起。金星的符號是♀,是天空中第三亮的天體,僅次於太陽和月亮。

金星是距離地球最近的行星,它厚厚的大氣層中有硫酸雲,硫酸雲的反射率很高,就像是鏡子一樣會反射大量的太陽光,所以金星看起來會特別明亮。

維納斯(Venus)和阿芙蘿黛蒂(Aphrodite)指的都是同一位神,也就是愛神,只是前者是羅馬名,後者是希臘名。

阿芙蘿黛蒂相傳是從海中的泡沫中誕生,出生後就驚為天人,她成了眾神追求的對象,宙斯當然不落人後,不過被阿芙蘿黛蒂拒絕了,宙斯在惱羞成怒的情況下,把阿芙蘿黛蒂嫁給自己的兒子火神,於是造成不幸福的阿芙蘿黛蒂常常出軌。

照鏡子的維納斯,Venus with a Mirror by Titian at National Gallery of Art。圖/作者提供

阿芙蘿黛蒂的符號是手上的鏡子,古代鏡子是用銅做的,也就是銅鏡,所以銅的符號就是♀。

土星♄

星期六是Saturday,是從英文Saturn土星這個字來的,星期六是土星日,也是日文的土曜日。

土星的符號是把鐮刀。圖/作者提供

♄代表農業神手上拿的鐮刀,羅馬和希臘的農業神分別是撒頓(Saturn)和克洛諾斯(Cronus)。天文上,♄代表土星,土星是七曜中移動最緩慢的,大約30年才會在天球上移動一圈。

克洛諾斯用鐮刀打敗了父親烏拉諾斯(Uranus),取得統治世界的權力,於是鐮刀就成了克洛諾斯的象徵。當克洛諾斯取得權力時,就被他的父親詛咒,將來也會被自己的小孩擊敗,所以克洛諾斯把每個生下來的孩子都吞下肚子。宙斯的母親不忍小孩一個一個被克洛諾斯吃掉,所以用一塊包著布的石頭代替宙斯被克洛諾斯吞下。宙斯長大後,用計將克洛諾斯肚子裡的兄姐救出,最後打敗克洛諾斯,獲得世界的統治權。

克洛諾斯拿著鐮刀,正在吞食自己的兒子,Saturn devouring a Son by Paul Pieter Rubens at Museo de Prado。圖/作者提供

鉛是密度很高的金屬,因為像鉛一樣的沈重,所以土星在七曜中移動的最慢,鉛的顏色也最暗沈,就像農業神腳踩的土壤一樣,所以鉛的符號也就是♄。

太陽跟我們的日常作息密不可分,月亮則在夜晚守候著我們,水星和金星是比地球還靠近太陽的兩顆行星,火星很可能是人類移民的目標,而木星和土星則是太陽系裡最大的兩顆行星。曜日月行星並不是遙遠的天體,它們和我們每天的生活連結在一起,找個天氣好的夜晚,看看這些和我們息息相關的天體吧!

本文編修自作者部落格《屋頂上的天文學家

  • 編按:大家都記住七曜日了嗎?這樣以後突然被問到「月曜日是星期幾?」就不會答不出來了吧!

source:月曜日のたわわ @ニコニコ

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htlee
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屋頂上的天文學家-李昫岱,中央大學天文所博士,曾經於中央研究院天文所和美國伊利諾大學厄巴納-香檳分校從事研究工作。著有《噢!原來如此 有趣的天文學》、《天文很有事》,翻譯多本國家地理書籍和特刊。 目前在國立中正大學教授「漫遊宇宙101個天體」和「星空探索」兩門通識課。天文跟其他語文一樣,有自己的文法和結構,唯一的不同是天文寫在天上!現在的工作是用科學、藝術和文化的角度,解讀、翻譯和傳授這本無字天書,期望透過淺顯易懂的方式介紹天文的美好!