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光害,害在哪?─節電屏東篇

自己的電自己省_96
・2015/11/16 ・2207字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 521 ・七年級

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(本系列文章由經濟部能源局贊助,泛科學策劃執行。)

「喜歡嗎?讓我摘下一顆星星送你。」男生伸手抓向夜空中,手掌再度打開時,天上的星星已經化成星形墜鍊在女生面前。這浪漫的偶像劇橋段讓多少女生感動的熱淚盈眶!但在現實生活中,如果要複製這橋段的男生可要注意囉!

生活在流光溢彩都市中的我們,各式炫目的廣告招牌、複雜華麗的人造燈景早已經將天空中的星星「吃掉」了。為了能夠觀賞到完整的星座,許多觀星者都得要驅車前往高山或是海濱,遠離都市燈光的干擾。像是屏東縣的恆春半島算是近幾年最熱門的觀星點之一,每逢重要的天文景像,便會湧進上萬旅客,擠得街頭水洩不通。

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source:flickr / Forest Wander

消失的星星們,原來是被光吃掉的?

當室外空間的照明被過度使用時,這些過多的光線會直接、或是間接的照射到天空中的水氣、懸浮粒子與污染物,再往上散射(Dispersion),使得夜空被照亮,相對使星空的能見度下降,這種情形稱為「光污染」(Light pollution),又或是大家耳熟能詳的光害。城市中的街燈、廣告招牌、建築外牆的燈光佈置與人造燈景等,都是造成光污染的兇手之一。

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光污染最初僅是天文學者與觀星者所關切的課題,但近年來許多研究發現光污染除了會「吃掉」星星外,同時還會影響動植物的日夜規律,例如使鳥在一天中提早開始鳴叫、使路樹落葉與變色的時間延遲等。除此之外,光汙染也會干擾海洋生態,甚至對人體睡眠與健康有所影響。

別再讓「壞光」綁架星星!

那該如何讓消失的星星重新回到夜空中呢?其實很簡單,但也不容易。國際暗夜學會(The International Dark-Sky Association)是美國的一個非營利組織,目標在保護夜間環境與夜空,避免受到過多的光害干擾,他們指出了五項原則:

  1. 只在真正需要的時刻點燈(Only be on when needed)
  2. 只對真正需要的地方照明(Only light the area that needs it)
  3. 只用適度亮度的照明即可(Be no brighter than necessary)
  4. 將藍光外漏的可能性降到最低(Minimize blue light emissions)
  5. 將光源進行加蓋遮擋使其完全投射在地面(Be fully shielded pointing downward)

除了減少室外過度的夜間照明外,國際暗夜協會也指出燈具的挑選十分重要。設計不佳的燈具,如未加蓋、色光偏藍等,所產生的「壞光」,除了造成能源浪費外,未加蓋的光源直接照射眼睛,易使孩童眼睛受到傷害。

同時,過亮的光源會減弱人眼適應黑暗的速度,提高夜間駕車、活動等的危險性。最重要的是,這些「壞光」也使光更容易照射到天空中的懸浮粒子與水氣形成散射,產生光害,隱沒原本美麗的星空。

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圖片1
不優良的燈具使室外照明形成光污染示意圖。source:Astronomy Now

由民間到全國,再到全世界的熄燈響應活動

除了以上五個要點外,國際暗夜學會也聯合其他觀星家與學者,發起了「暗夜行動」(The dark sky movement)。

暗夜行動中,包含了2010年3月的「地球熄燈一小時」(Earth Hour),將近4,100個城市、87個國家參與響應。「夜空搜尋計畫」(Dark Sky Discovery Sites)則是試圖藉由教導民眾光害與夜空保存的重要性,喚醒社區意識來改善地區環境的照明與夜空的友善程度,建立一個夜空保護區,可由全世界各地的民眾自主申請認證點位。

圖片2
美國地區夜空搜尋計畫認證點位。source: International Dark-Sky Association

在日本,也有類似從民間發起的熄燈節能與觀星活動,又稱為「燭光夜」。每年6月21日到7月7日的晚上8點-10點,鼓勵民眾關掉電燈點起蠟燭,響應的人士與企業逐年增加。在燭光夜期間,也會同時舉辦燭光音樂會、提燈會與觀星講座等,在倡導熄燈的同時,也帶來了另類的觀光特色活動。

屏東縣智慧節能計畫:借我30分鐘,讓星空再現屏東

 屏東縣 (1)

隨著觀星與節電的熱潮,屏東縣政府近期開始推動「星空再現屏東」計畫,規劃將節電措施結合觀光產業,減少住宅與服務業部門的用電量。

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相較於全國用電情形,屏東縣工業部門用電比例相對較低,僅佔全縣的 29.83%。住宅部門佔整體用電將近 40%,高於全國比例甚多。服務業部門比例則與全國相當。其中800千瓦(Kw)以上的 17戶用電大戶中有 7戶為旅館飯店業,呈現屏東縣產業除了農漁業外,觀光業亦為主要產業。

圖片3
屏東縣與全國各用電部門占比比較表。source:屏東縣政府智慧節能計畫書

在「星空再現屏東」計畫中,期盼能夠藉由夜晚戶外觀星活動,將觀光人群帶離室內以減少用電量。同時配合觀星活動,鼓勵觀星地點的周圍地區關燈 30分鐘,以重現無光害環境。雖然對於實質節電成效幫助非常有限,但若是能學習國外經驗和結合觀光議題,喚起全民的節電意識,也許才是讓節能減碳精神深植在大家心中的最佳方式。

參考資料

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自己的電自己省_96
22 篇文章 ・ 0 位粉絲
台灣能源主要都是進口的,但你知道嗎,我國有98%都是仰賴國外能源,所以節電只能靠你我做起,自己的電自己省!! http://energy-smartcity.energypark.org.tw/

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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

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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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英仙座流星雨要怎麼看?
htlee
・2020/08/11 ・1038字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 488 ・五年級

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看英仙座流星雨需要做哪些準備呢?什麼時間、地點最適合呢?

飛過獵戶座附近的流星。攝影李昫岱

什麼時間?

根據國際流星組織的資料,英仙座流星雨發生的時間從 7 月 13 日到 8 月 26 日,將近一個半月的時間,這段時間都可以看見英仙座流星雨。不過英仙座流星雨的極大期則是 8 月 13 日前後幾天,觀測條件好的地方,每小時最多可看見大約一百顆的英仙座流星!

流星雨幾乎都是下半夜才會進入高峰,這時流星雨的輻射點較高,可以看見從輻射點向四面八方輻射的流星。

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什麼地點?

看流星雨其實不需要到高山上人擠人,找一個空曠、光害較少的地方就可以。

什麼設備?

眼睛最適合用來觀看流星雨,看流星雨不需要任何望遠鏡或昂貴的設備,不過一些簡單裝備可以讓你欣賞流星雨更輕鬆。

抬頭看流星,時間久了脖子就會痠痛,帶一把躺椅會讓你舒服很多。也可以帶睡袋或在地上鋪毯子,直接躺在上面觀看流星。

夏天的夜晚,蚊子還是很多,防蚊的東西不能少。記得要多帶衣服,尤其是前往高山看流星雨,入夜後會變冷。

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觀看流星時,要注意觀星禮節。沒有必要的燈要關閉,手電筒或手機的燈要往地上照,不要把燈光往人照。如果附近有人在拍攝流星雨,更要注意燈光,不要影響拍照的天文同好。

往哪個方向看?

流星會出現在哪裡?這是無法預測的,唯一知道的是,英仙座流星雨的流星都是從英仙座的頭頂附近輻射出來的,流星會出現在天空中的任何角落。

怎麼拍?

用手機相機或一般數位相機拍流星雨,難度相當高,建議使用數位單眼相機比較可行。

單眼相機要架在穩固的三腳架上,廣角鏡頭拍攝的範圍較大,捕抓到流星的機會較高。盡量把光圈開到最大,鏡頭進來的光愈多,就能拍到愈暗的流星。另外,把相機 iso 值提高到 1000 以上,這樣可以拍到較暗的流星,不過 iso 愈大,拍起來的影像雜訊也愈多,試試不同的 iso 值,看看影像中雜訊的狀況。

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把相機改為手動對焦,再把焦距調到無限遠,或對準一顆亮星,把影像中亮星大小調到最小。曝光的經驗值是 20mm 鏡頭約 10 秒,35mm 鏡頭約 6 秒,這樣影像中的星點會是圓的,不會拖出長線。

不要忙著拍照而忘了親身感受流星雨,用電子快門線設定每幾秒拍一張後,就讓相機自己去拍攝,回到家後再檢視拍照的結果。如果拍到流星,記得分享流星的美麗照片!

祝 流星滿天,觀星愉快

延伸閱讀:英仙座流星雨怎麼來的?

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本文轉載自作者部落格「屋頂上的天文學家」,原文為〈英仙座流星雨要怎麼看?

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htlee
19 篇文章 ・ 9 位粉絲
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!

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光害,害在哪?─節電屏東篇
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・2015/11/16 ・2207字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 521 ・七年級

(本系列文章由經濟部能源局贊助,泛科學策劃執行。)

「喜歡嗎?讓我摘下一顆星星送你。」男生伸手抓向夜空中,手掌再度打開時,天上的星星已經化成星形墜鍊在女生面前。這浪漫的偶像劇橋段讓多少女生感動的熱淚盈眶!但在現實生活中,如果要複製這橋段的男生可要注意囉!

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source:flickr / Forest Wander

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消失的星星們,原來是被光吃掉的?

當室外空間的照明被過度使用時,這些過多的光線會直接、或是間接的照射到天空中的水氣、懸浮粒子與污染物,再往上散射(Dispersion),使得夜空被照亮,相對使星空的能見度下降,這種情形稱為「光污染」(Light pollution),又或是大家耳熟能詳的光害。城市中的街燈、廣告招牌、建築外牆的燈光佈置與人造燈景等,都是造成光污染的兇手之一。

光污染最初僅是天文學者與觀星者所關切的課題,但近年來許多研究發現光污染除了會「吃掉」星星外,同時還會影響動植物的日夜規律,例如使鳥在一天中提早開始鳴叫、使路樹落葉與變色的時間延遲等。除此之外,光汙染也會干擾海洋生態,甚至對人體睡眠與健康有所影響。

別再讓「壞光」綁架星星!

那該如何讓消失的星星重新回到夜空中呢?其實很簡單,但也不容易。國際暗夜學會(The International Dark-Sky Association)是美國的一個非營利組織,目標在保護夜間環境與夜空,避免受到過多的光害干擾,他們指出了五項原則:

  1. 只在真正需要的時刻點燈(Only be on when needed)
  2. 只對真正需要的地方照明(Only light the area that needs it)
  3. 只用適度亮度的照明即可(Be no brighter than necessary)
  4. 將藍光外漏的可能性降到最低(Minimize blue light emissions)
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除了減少室外過度的夜間照明外,國際暗夜協會也指出燈具的挑選十分重要。設計不佳的燈具,如未加蓋、色光偏藍等,所產生的「壞光」,除了造成能源浪費外,未加蓋的光源直接照射眼睛,易使孩童眼睛受到傷害。

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除了以上五個要點外,國際暗夜學會也聯合其他觀星家與學者,發起了「暗夜行動」(The dark sky movement)。

暗夜行動中,包含了2010年3月的「地球熄燈一小時」(Earth Hour),將近4,100個城市、87個國家參與響應。「夜空搜尋計畫」(Dark Sky Discovery Sites)則是試圖藉由教導民眾光害與夜空保存的重要性,喚醒社區意識來改善地區環境的照明與夜空的友善程度,建立一個夜空保護區,可由全世界各地的民眾自主申請認證點位。

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美國地區夜空搜尋計畫認證點位。source: International Dark-Sky Association

在日本,也有類似從民間發起的熄燈節能與觀星活動,又稱為「燭光夜」。每年6月21日到7月7日的晚上8點-10點,鼓勵民眾關掉電燈點起蠟燭,響應的人士與企業逐年增加。在燭光夜期間,也會同時舉辦燭光音樂會、提燈會與觀星講座等,在倡導熄燈的同時,也帶來了另類的觀光特色活動。

屏東縣智慧節能計畫:借我30分鐘,讓星空再現屏東

 屏東縣 (1)

隨著觀星與節電的熱潮,屏東縣政府近期開始推動「星空再現屏東」計畫,規劃將節電措施結合觀光產業,減少住宅與服務業部門的用電量。

相較於全國用電情形,屏東縣工業部門用電比例相對較低,僅佔全縣的 29.83%。住宅部門佔整體用電將近 40%,高於全國比例甚多。服務業部門比例則與全國相當。其中800千瓦(Kw)以上的 17戶用電大戶中有 7戶為旅館飯店業,呈現屏東縣產業除了農漁業外,觀光業亦為主要產業。

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屏東縣與全國各用電部門占比比較表。source:屏東縣政府智慧節能計畫書

在「星空再現屏東」計畫中,期盼能夠藉由夜晚戶外觀星活動,將觀光人群帶離室內以減少用電量。同時配合觀星活動,鼓勵觀星地點的周圍地區關燈 30分鐘,以重現無光害環境。雖然對於實質節電成效幫助非常有限,但若是能學習國外經驗和結合觀光議題,喚起全民的節電意識,也許才是讓節能減碳精神深植在大家心中的最佳方式。

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古人是怎麼觀測天體的?過去和未來的天空會長的一樣嗎?——《關於夜空的 362 個問題》
PanSci_96
・2019/07/23 ・3119字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 511 ・六年級

編按:本文摘自《關於夜空的 362 個問題》,蒐集了英國最長壽科普節目《仰望星空》的觀眾提問。所有你對太空宇宙會有的疑問,都將在本書中為你解答。本節討論的是「過去和未來的天空」。

 

古文明如何準確測量星星的運動?

太陽、月球和星星的移動,在古代就已經為人所知,此外黃道帶上的那些星座也是最早被發現的。圖/pxhere

巴比倫人和蘇美人是世界上最古老的天文學家,他們在三千多年前居住於現在的阿拉伯地區。

太陽、月球和星星的移動,在古代就已經為人所知,此外黃道帶上的那些星座也是最早被發現的。當時的人可能已經知道,在不同的時間會看到不同的星星排列,但他們應該還不知道這是為什麼。這些文明是最早注意到天象變化的文明。他們可能注意到有些行星好像會在星星之間移動,特別是最亮的那顆:金星。當時也已經知道在夜晚或早上都看得到金星,蘇美人還發現了它的周期性。當然,他們並沒有因此思考到其他行星,而是聯想到神祇的活動。

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巴比倫人知道各種不同的周期,主宰月相改變的周期就是其一;不過更重要的是日食和月食的周期。這些周期也流傳下來,到了在天文學方面非常有條理、邏輯的古希臘人手中。最令人震撼的天文事件自然是日食與月食。

最令人震撼的天文事件自然是日食與月食。圖/pexels

事實上,許多古代文明都對這種現象感到害怕。雖然因為太陽與月球在天空中的運動方式不同,日月食發生的時間間隔似乎並不規律,但其實大約是每十八年發生一次。這段時間被稱為沙羅周期,是太陽、地球、月球三者形成的幾何系統回到相同配置的時間。再加上地球的自轉,就必須使用三個沙羅周期來計算,所以是大約五十四年發生一次。這表示,如果你觀察到一次日食或月食,那麼在一萬九千七百五十六天(或是五十四年又一個月)之後,在地球上同一個地點就能再看到一次幾乎一模一樣的日食或月食。

古代天文學留下令人著迷的遺產之一,就是安提基瑟拉儀,大約是西元前一世紀或二世紀左右建造的。銅製的安提基瑟拉儀是一九○○年在希臘的安提基瑟拉島發現的,經過深入研究後,學界發現這是由大約三十個細心配置的鑲齒排列而成的儀器,用來預測太陽、月球、行星在任何一天的方位。

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安提基瑟拉儀,大約是西元前一世紀或二世紀左右建造的。圖/wikipedia

製造者想必不知道太陽系的配置,因為這個儀器的設計是以地球為中心的模型為基礎,可是它對位置預測的準確度卻讓人驚訝。過去從來沒發現過類似的儀器;本質上而言,這是目前已知最古老的科學計算機。

至於星星本身的運動,在古代來說,是無法在某人的有生之年內測量出來的。古人很精細地測量了太陽在天空中的位置,所以能確定像是冬至、夏至這樣的至點以及春分、秋分的二分點時間。二分點出現在太陽通過天球赤道的時候,而有非常多的古代天文學家都會觀測太陽在天空中的位置。

地球自轉的歲差怎麼算?

西元前二世紀的希臘天文學家希巴克斯(Hipparchus)指出,和前人觀測到的結果相比,太陽在二分點的位置出現了相對性的改變,這個發現被稱為「分點歲差」。現在我們知道這是因為地軸相對於星星的移動所造成的,而這個發現成為了精密天文學的轉捩點。歐洲太空總署(ESA)的衛星伊巴谷(Hipparcos)就是利用這位天文學家姓名的發音,但是字母的拼法不同,因為其實這是「高度精密視差測量衛星」的縮寫。

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伊巴谷是最早踏出第一步,排除地球是所有運動的中心的人。他觀察到太陽在全年中移動的速度會變化,而且計算出太陽中心的運動,一定會輕微地偏離地球。大約兩千年後,科學家才真的拋棄成見,推翻地球中心論,建立出地球以橢圓形軌道環繞太陽轉動的理論。

地球中心說。圖/wikipedia

巴比倫人和希臘人都是最早在天文學上跨出一大步的民族,他們會測量太陽、月球和行星的移動。兩千多年後,哥白尼、第谷,還有克卜勒才又往前邁了一大步,拋棄地球是宇宙中心的理論。我(諾斯)認為,我們現在即將跨出在天文學與宇宙學方面重大的第三步,開始了解宇宙的真實規模。

英國最適合看極光的地方是哪裡?

唯一一個算得上看得清楚的地方是蘇格蘭。一旦越過北方的邊界,極光就沒那麼少見了,不過也沒有像挪威北部或阿拉斯加那麼頻繁。重點是要到一個真的很暗的地方,而蘇格蘭有些地方還能滿足這個條件。

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所以定期觀測是值得的,不過也得準備好可能要等好一段時間。如果你去到挪威北部像是特浪索這樣的地方,那麼你在一整年裡,除了永晝的日子以外,幾乎每個晚上都能看到極光。

在《仰望夜空》播出的期間裡,天空有些什麼改變?夜空中有沒有新的天體出現,或者有沒有星星或其他天體的位置、外觀發生了改變?

很顯然,就算是在比《仰望夜空》節目播出時間更長的期間裡,星星和行星都不會改變。我們的確有看到幾顆彗星,一、兩顆明亮的新星。除此之外,情況都沒什麼改變。

我在主持《仰望夜空》的期間看過最壯觀的景象,應該是海爾波普彗星,那真的很壯麗,而且有超過一年的時間都能用肉眼看到它。我想當它離開我們時,我們都很傷心。別難過,它四千年後還會回來!

當然有些行星總是在改變,尤其是木星和土星。木星的雲帶在過去幾年中一直出現強烈的變動,而土星上則發生了劇烈的風暴。相當值得持續關注。

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圖/wikipedia

未來的觀星者會看到如我們現在所看到的北斗七星、獵戶座腰帶、老鷹星雲等這些星星的排列嗎?

根據我們目前的預測,未來不會有可偵測到的改變,但是當然如果是一萬年或是更久之後,這些星座一定會有改變。舉例來說,大熊座會扭曲,因為它的兩顆星(瑤光與天樞)在太空中是以與其他五顆相反的方向移動,遠離對方的。但是這些星星在太空中的移動實在太慢了,所以很難用肉眼看出來。

提醒你,一百萬年之後再回來,天空就會變得很不一樣。隨著時間過去,星座會因為星星的移動而變形,新的排列也會變得明顯。就連星雲也會隨著它們的中心出現氣體與塵埃生成的星星而改變,不過這個過程會需要幾百萬年的時間。

如果我們可以把時間快轉十億年,那時候的天空會是什麼樣子?會有多少星星不再存在?

如果快轉那麼長的時間,所有星座都會有非常大的改變,到時候我們已經認不出來那片天空了。除此之外,我們也無法辨識一些我們熟悉的星星,例如獵戶座的參宿七,到了那時候一定已經經歷了紅巨星的階段,也許在超新星的爆炸中死去。同樣的事也會發生在我們鄰近星系中的很多大質量的恆星上,不過也會有更多的恆星在天空中的其他位置出現。

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如果把太陽系從銀河中拔出來,然後完整地放在太空中另外一個空曠的區域,我們會變好還是變糟?

這個嘛,我們會悲慘很多,因為我們只能看到自己太陽系的天體,對於星星會一無所知。事實上,我們的知識會被局限在很小的範圍內,有點像是去倫敦但只參觀維多利亞車站而已。一定要記得,天文學是最古老的科學之一,是古代文明不斷地重寫,增進我們對宇宙的了解的成果。

——本文摘自《關於夜空的 362 個問題:從天文觀測、太陽系的組成到宇宙的奧祕,了解天文學的入門書》,2019 年 4 月,貓頭鷹出版

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