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星系生命力取決於能不能回收氣體再利用

臺北天文館_96
・2011/11/29 ・1108字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 506 ・六年級

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天文學家分析哈柏太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)、和位在夏威夷的凱克望遠鏡(Keck)、智利的麥哲倫望遠鏡(Magellan)等的光譜儀器所觀測的銀河系和其他40幾個星系的資料,發現星系會持續回收大量氫氣和重元素,讓星系的燃料庫得以持續補充,進而使星系能製造新恆星的年限延長了10億年以上。相關的3篇論文都發表在2011年11月18日出刊的科學(Science)期刊中。

天文學家相信星系的顏色和形狀受制於星系周圍的銀暈(halo )中的氣體流進流出的影響。這3篇論文,就是用3種不同的觀點來探索星系中的氣體回收狀況。

經由哈柏的COS(Cosmic Origins Spectrograph )光譜觀測,天文學家發現銀河系周圍巨大的銀暈有大量雲氣落往銀河系,使得銀河系中的恆星形成持續進行,每年至少可新增一顆新恆星。這些熱氫氣雲距離銀河盤面約20,000光年以內,所含有的物質可以形成約1億顆的太陽。其中有些氣體是回收物質,透過恆星形成或新星、超新星爆炸的能量,將元素種類豐富的氣體送回銀暈中。

COS觀測資料也顯示許多恆星形成相當活躍的星系周圍都擁有龐大的熱氣體暈。這些氣體暈富含重元素,從可見的星系盤面邊緣向外延伸了450,000光年遠。COS資料顯示其中一個星系的氣體暈總質量高達10億倍太陽質量,相當於星系盤面中恆星間的物質總量,而這個龐大氣體暈中約1000萬倍太陽質量的物質居然都是氧。在星系以外很遠的地方還發現有這麼多重元素物質,讓天文學家相當驚訝。在這類星系中,若有這麼大量的重元素被放逐到離星系盤面這個新恆星主要製造廠很遠的銀暈中,則必須藉由重元素才能形成的行星、生命等等,都必須延後了。

此外,研究學者也發現:在停止形成新恆星的星系中相當缺乏氣體。這些星系在回收氣體的過程中,點燃一陣猛烈而快速的恆星形成過程,一不小心就把剩餘的氣體給推離星系,後繼乏力的結果,當然就無法再繼續形成新恆星了。從哈柏資料,天文學家估算出:當一個星系的恆星誕生率高達每年100顆太陽質量的話,就可將溫度高達200萬度的氣體以每小時360萬公里的速度趕離到星系際空間中;這個速度已足以讓氣體永遠逃離星系重力場,不再加入資源回收的行列。所以,驅離星系際氣體,或拉攏星系際氣體,決定了一個星系的命運。

雖然天文學家早已知道星系會產生所謂的星系風,不過卻不知到這些熾熱氣體會向外延展到離星系這麼遠的地方,也不知道逃跑的氣體質量會如此之多。有些熱氣體移動速度比較慢,可以被星系重力場捕捉回來而重複使用。當氣體含量豐富的螺旋星系一旦停止新恆星製造工作時,就可能會逐漸演化成橢圓星系。

資料來源:

  1. KECK, MAGELLAN & HUBBLE TELESCOPES FIND GALACTIC RECYCLERS
  2. NASA’s Hubble Confirms that Galaxies Are the Ultimate Recyclers[2011.11.17]

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
482 篇文章 ・ 27 位粉絲
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發現最靠近地球的黑洞:Gaia BH1
全國大學天文社聯盟
・2022/11/30 ・2897字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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  • 文/林彥興|清大天文所碩士生、EASY 天文地科團隊主編、全國大學天文社聯盟監事

本月初 [1],「最靠近地球的黑洞」這個紀錄被刷新了!以天文學家 Kareem El-Badry 為首的團隊,利用蓋亞(Gaia)衛星極度精準的天體位置資料,加上多座望遠鏡聯合進行的徑向速度量測,成功確認了約 1550 光年外位於蛇夫座的一顆恆星,正與黑洞互相繞行,打破離地球最近的黑洞紀錄。

狩獵隱身巨獸的方法

人類搜尋黑洞已經有數十年的歷史。對於正在「進食」,也就是正在吸積物質的黑洞,由於其周遭的吸積盤和噴流等結構會在無線電、X 射線等多個波段發出強烈的電磁輻射,因此相對容易看到;但沒有在進食的黑洞,就要難找許多。

畢竟黑洞之所以被叫做黑洞,就是因為它本身幾乎不會發光。想要尋找這些「沉默」黑洞的方法,通常只能靠著黑洞的重力對其週遭的影響,間接推測黑洞的存在。

其中最常見的方法,就是尋找「繞著看不見的物體旋轉的恆星」。一般來說,恆星在天空中移動的軌跡應只受恆星的視差和自行影響,但如果恆星在與另一個大質量的天體互相繞行,比如我們的目標:沉默的黑洞,那恆星的軌跡就會受到黑洞影響。

因此觀測恆星的移動軌跡,是尋找沉默黑洞的重要方法之一。這個方法最著名的例子,就是 2020 年諾貝爾物理獎得主 Reinhard Genzel 與 Andrea Ghez 藉由長時間觀測銀河系中心的恆星運動(位置與徑向速度),從而確認了銀河系中心超大質量黑洞的存在。

UCLA 的銀河中心觀測團隊即是以觀測恆星的運動確認銀河系中央超大質量黑洞的存在。圖/UCLA Galactic Center Group – W.M. Keck Observatory Laser Team

但由於方法間接,用這類方式尋找黑洞時往往很難確定那個「看不見的物體」到底是不是黑洞。舉例來說,2020 年歐南天文台的天文學家宣布發現 HR 6819 是一個包含黑洞的三星系統,卻在更多更仔細的研究後遭到推翻。因此從恆星的運動來尋找「黑洞候選者」相對不難,但是想要消滅所有其他的可能性,「確定」黑洞的存在,就不是一件容易的事。

多方聯合|鎖定真身

那麼,這次的新研究是怎麼「確定」黑洞的存在的呢?

第一步,天文學家們先把目標鎖定在「形跡詭異」的恆星。因為當一顆恆星與黑洞互相繞行時,恆星在天上的運行軌跡會因為黑洞的引力而有週期性的擺盪。所以,如果我們看到有個恆星的軌跡歪歪扭扭,這顆恆星很可能就是受到黑洞重力影響的候選者。

而目前,蓋亞衛星(Gaia)提供的天體位置資料是當之無愧的首選。蓋亞是歐洲太空總署(ESA)於 2013 年發射的太空望遠鏡,與著名的韋伯太空望遠鏡一樣運行在日地第二拉格朗日點。

但與十項全能的韋伯不同,蓋亞是「天體測量學 Astrometry」的專家,專門以微角秒等級的超高精確度測量天體的位置。每隔幾年,蓋亞團隊就會整理並公布他們的觀測結果,稱為資料發布(Data Release)。目前最新的「第三次資料發布 DR3」之中,就包含了超過 18 億顆天體的海量資料。

歐洲太空總署(ESA)的蓋亞衛星(Gaia)是當前測量天體位置和距離無庸置疑的首選。圖/ESA/ATG medialab; background: ESO/S. Brunier

經過篩選,團隊發現一顆名為 Gaia DR3 4373465352415301632 的恆星看起來格外可疑。這是一顆視星等 13.77(大概比肉眼可見極限暗 1300 倍,但以天文學的角度來說算是相當亮)、與太陽十分相似的恆星,距離地球約 1550 光年。

畫面中央的明亮恆星即是這次的主角 Gaia BH1。圖/Panstarrs

找到可能的候選者後,團隊一方面翻閱過去觀測這顆恆星的歷史資料,另一方面也申請多座望遠鏡,進行了四個月的光譜觀測。同時使用從蓋亞衛星的位置(赤經、赤緯、視差)以及從光譜獲得的徑向速度資訊,團隊可以精確地計算出這顆恆星應當是正在繞行一個 9.6 倍太陽質量的天體運轉。

這麼大的質量,卻幾乎不發出任何光,黑洞幾乎是唯一可能的解釋。

但以現有的觀測資料,天文學家仍不能確定它到底是一顆黑洞,還是有兩顆黑洞以相當近地軌道互相繞行,然後恆星再以較大的軌道繞著兩顆黑洞運轉。但無論是一顆或兩顆,Gaia BH1 都刷新了離地球最近黑洞的紀錄,距離僅有 1550 光年,比上一個紀錄保持人(LMXB A0620-00)要近了三倍。從銀河系的尺度來看,這幾乎可說是就在自家後院。

結合蓋亞與其他多座望遠鏡的光譜觀測,天文學家可以計算出 Gaia BH1 在天空中的移動軌跡(左圖黑線)與其軌道形狀(右圖)。注意除了恆星與黑洞互繞所造成的移動外,恆星在天上的位置也受視差和自行影響,兩者在左圖中以藍色虛線表示。圖/El-Badry et al. 2022.
天文學家計算出的 Gaia BH1 徑向速度(RV)變化(黑線)與觀測結果(各顏色的點)。圖/El-Badry et al. 2022.

更多黑洞就在前方

最後讓我們來聊聊,找到「離地球最近的黑洞」有什麼意義呢?

「離地球最近的黑洞」這個紀錄本身是沒有太多意義的。雖然說從銀河系的尺度來說,1550 光年幾乎可說是自家後院,但是這顆黑洞並不會對太陽系、地球或是大家的日常生活產生任何影響。既然如此,為什麼天文學家還會努力尋找這些黑洞呢?

其中一大原因,是因為尋找這些與恆星互相繞行的黑洞,可以幫助天文學家了解恆星演化的過程。在銀河系漫長的演化歷史中,曾有數不清的恆星誕生又死亡。我們看不到這些已經死亡的恆星,但可以藉由這次研究的方法,去尋找這些大質量恆星死亡後留下的黑洞 [2],從而推測雙星過去是如何演化,留下的遺骸才會是如今看到的樣子。

除了 Gaia BH1,天文學家也在持續研究 Gaia DR3 之中其他「形跡可疑」的恆星/黑洞雙星候選系統。而隨著蓋亞衛星的持續觀測,更多這類黑洞候選者將會越來越多。研究這些系統,將幫助天文學家進一步了解雙星系統演化的奧秘。

註解

[1] 嚴格來說,論文九月中就已經出現在 arXiv 上了。

[2] 嚴格來說,恆星質量黑洞(stellar mass black hole)是大質量恆星的遺骸。超大質量黑洞(supermassive black hole)就不一定了。

延伸閱讀

  1. El-Badry, K., Rix, H. W., Quataert, E., Howard, A. W., Isaacson, H., Fuller, J., … & Wojno, J. (2022). A Sun-like star orbiting a black hole. Monthly Notices of the Royal Astronomical Society518(1), 1057-1085.
  2. [2209.06833] A Sun-like star orbiting a black hole
  3. Astronomers Discover Closest Black Hole to Earth | Center for Astrophysics
  4. The Dormant Stellar-Mass Black Hole that Actually Is | astrobites
  5. Astronomers find a sun-like star orbiting a nearby black hole
  6. 狩獵隱身巨獸:天文學家發現沉默的恆星質量黑洞? – PanSci 泛科學
  7. 「最靠近地球的黑洞」其實不是黑洞
  8. 人們抬頭所遙望的星空是恆定不變嗎? – 科學月刊Science Monthly

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解析韋伯太空望遠鏡第一批影像背後的科學意義
EASY天文地科小站_96
・2022/07/14 ・4350字 ・閱讀時間約 9 分鐘

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  • 作者:林彥興|EASY 天文地科小站主編、清大天文所碩士生,努力在陰溝中仰望繁星

萬眾矚目的詹姆士韋伯太空望遠鏡,在經過半年的校準與測試後,終於公開了它拍攝到的第一批成果。這些五彩斑斕、美麗絕倫的照片究竟是什麼樣的天體,照片的背後又有哪些深藏的意義?就讓我們一起深入解密,韋伯的第一批照片吧!

韋伯望遠鏡是什麼?

詹姆士.韋伯太空望遠鏡是美國、歐洲與加拿大太空總署合作開發的新一代旗艦級紅外線太空望遠鏡,也是無數天文學家夢寐以求、能幫助人類破解許多未解天文迷團的利器。

韋伯的研發其實早從 1996 年就已經開始,但是由於開發時遇到諸多困難,導致嚴重的預算超支與進度延宕,這台耗資上百億美金的超級望遠鏡,直到去年年底才終於從法屬圭亞那發射中心,用一枚亞利安 5 號運載火箭發射升空,前往距離地球 150 萬公里的日地第二拉格朗日點。

拉格朗日點是什麼?

日地拉格朗日點一共有五個。當物體在這些點上,其受到來自太陽與地球的重力恰到好處,因此太空船只需要少量的燃料,就可以長期與地球和太陽保持穩定的相對位置,可謂是地球軌道附近的風水寶地。

而韋伯繞行的,是位於地球後方的第二拉格朗日點,簡稱 L2。之所以選擇這裡,是因為只有 L2 的位置剛好會讓地球、太陽、月亮都在同一側,而這三個星體正是天文望遠鏡的主要紅外線光害來源。位在 L2 的韋伯,就可以用它的遮陽帆一次把三顆星體全部擋住,認真凝望遠方而不受干擾,因此 L2 可以說是觀測宇宙的絕佳地點。升空的幾個月之間,韋伯已經完成一系列的儀器校準工作,一步步把望遠鏡調整到最佳狀態。

相比知名前輩「哈伯太空望遠鏡」,韋伯的優勢不只是擁有比哈伯大六倍的鏡面,更重要的是它是以紅外線為主力觀測波段。宇宙膨脹造成嚴重紅移,但哈伯望遠鏡的守備範圍主要是可見光,波長範圍是 90 – 2500 奈米,可說是鞭長莫及啊。

這時換上以波長 600 – 28500 奈米的紅外線為守備範圍的韋伯,就可以讓我們看到更遙遠、更古老的宇宙。此外,同一個天體在可見光和紅外線看起來,往往長得相當不一樣。這個強大的紅外線觀測能力,正是韋伯最引以為傲的武器。

作為深具儀式感的第一批科學影像,韋伯這次公布的影像分別對應四個主要科學主題:早期宇宙星系演化恆星的生命循環系外行星

1. 早期宇宙—— 星系團 SMACS 0723 與重力透鏡效應

星系團 SMACS 0723。圖/Webb Space Telescope

畫面中心黃白色的天體,是由成百上千的星系共同組成的星系團 SMACS 0723。在韋伯之前,哈伯太空望遠鏡就曾經花費數個禮拜的時間拍攝這個星系團。然而擁有更大鏡面、更精良儀器的韋伯,僅用了 12.5 個小時就拍出了解析度更高、畫面品質更好的照片,讓我們看到許多以前難以辨識的黯淡星系。可見哈伯與韋伯在觀測能力上的差距。

對天文學家來說,圖中最令人興奮的其實不是前景壯闊的星系團,而是後方這些經過重力透鏡扭曲和放大的小小星系們。星系團龐大的質量扭曲了周圍的時空,讓整個星系團好像一塊巨大的放大鏡一樣,可以偏折和聚焦通過的星光,稱為「重力透鏡效應」。

當星系團後方更遙遠、更古老的星系發出的光線通過星系團時,就會被星系團的重力透鏡效應偏折和聚焦,形成而圖中無數弧形的扭曲影像。

紅圈為照片上受重力透鏡影響的區域之一,可以看到星系被拉長。

這些仍在襁褓中的小小星系,往往正在快速的孕育新的恆星,或是互相合併,因此有著混沌不規則的形狀。離我們越遠的星體發出的光,需要越長的時間才能到達我們的眼中。因此研究這些遙遠且古老的星系,能幫助天文學家理解宇宙早期的模樣。

2. 星系演化——史蒂芬五重奏(Stephan’s Quintet)

上一張照片讓我們認識星系的起源,這張「史蒂芬五重奏(Stephan’s Quintet)」則可以讓天文學家更仔細地研究星系內的複雜結構,以及星系與星系之間的交互作用。

史蒂芬五重奏(Stephan’s Quintet)。圖/Webb Scape Telescope

正如其名,「史蒂芬五重奏(Stephan’s Quintet)」是由五個視覺上相當靠近的星系所組成。但其實最左邊的這個星系(NGC7320)與另外四者並無關聯,只是從地球上看剛好位在天空中差不多的位置而已。

圖片中偏向黃白色,感覺如絲綢般順滑的部分是在近紅外線波段拍攝,主要顯示的是星系中恆星的分布;而醒目的橘紅色,則是來自中紅外波段的資料,展示的是星系中的高溫塵埃,以及星系中的氣體高速對撞時產生的震波(Shock wave)。

除了影像,韋伯還使用光譜儀仔細檢視了影像中右上方的星系(NGC 7319)中心,因為那裏有一顆比太陽重 2400 萬倍的超大質量黑洞,正在吸食周遭的氣體,並在過程中釋放巨大的能量。

藉由觀察光譜的細節,韋伯可以分辨出像是氬離子、氖離子或是氫分子等等化學組成,甚至知道氣體的溫度、運動速度這些從一般照片難以辨識的資訊。

史蒂芬五重奏就像一個天然的實驗場,讓天文學家研究星系演化的詳細過程。

3. 系外行星——WASP-96 b 的大氣光譜

這一張照片可能是整批影像中,視覺上最不起眼的一張,它是系外行星 WASP-96 b 的大氣光譜。

WASP-96 b 的大氣光譜。圖/Webb Scape Telescope

最近 20 多年來,人類對太陽系以外行星的認識越來越多。截至今日,人類已經發現超過 5000 顆系外行星。然而,以現有的觀測技術,天文學家通常只能用一些間接的方法,測量它們的質量、半徑、軌道週期等粗略的特性。想知道這個行星是否適合生命生存,就不能少了行星大氣層的化學組成和溫度資訊。

那要怎麼取得行星的大氣資訊呢?當行星通過恆星跟地球中間時,恆星的一部分星光將會通過行星的大氣層,並被行星的大氣吸收。吸收的多寡和波段,取決於行星大氣層的溫度和化學組成等特性。此時,天文學家就可以藉由分析光譜中的各種特徵,去回推行星大氣層的性質。

圖片中的白點,即是韋伯實際觀測 WASP-96 b 時取得的光譜資訊。而藍色的線,則是天文學家認為最貼合觀測數據的理論模型。

根據這個觀測結果,天文學家計算出 WASP-96 b 的大氣溫度約為 725°C,大氣中明顯有著水氣,並推測可能還有雲和霾存在。未來進一步的分析和觀測,將為世人揭開更多系外行星的神祕面紗。

4. 恆星的生命循環——「南環狀星雲」與「船底座大星雲(Carina)」

最後兩張照片都與恆星的生命循環有關。正如人會有生老病死,恆星也是一樣。

恆星一般誕生在巨大分子雲中,氣體在重力吸引下逐漸塌縮、升溫並點燃核融合,成為一顆恆星。

當小質量的恆星步入晚年,其結構容易變得不穩定,最終將自己的外層氣體拋射出去,形成美麗的行星狀星雲,也將氣體吐回到星際空間中,成為下一代恆星的養分。氣體都拋射完之後留下的核心,就是白矮星。

各位現在看到的,是暱稱「南環狀星雲」的行星狀星雲,左右兩張圖分別於近紅外線與中紅外線拍攝。

南環狀星雲。圖/Webb Scape Telescope

我們可以看到,左圖中的影像比右圖要更清晰一些,這是因為在相同的望遠鏡口徑下,波長越短所能達到的理論解析度就越高。

有趣的是,在左圖中看起來位於星雲中心的明亮恆星,其實並不是行星狀星雲的核心。真正的核心其實是在其左下方,一顆被塵埃包裹著的黯淡白矮星。在近紅外線波段的影像中,這顆白矮星幾乎淹沒在隔壁恆星的炙烈星芒之中。

但在中紅外波段,由於恆星的亮度相對降低,包裹著白矮星的塵埃發出的光就變得清晰可見。再次展示即使是同一個天體,使用不同的波段進行觀測,往往可以看到不同的東西。

最後這片壯麗的宇宙山崖,則是位於「船底座大星雲 Carina」西北角的 NGC3324 恆星形成區。在這裡,源自星雲中無數初生恆星所發出的炙烈輻射、恆星風與噴流,吹散、游離了星雲中原有的濃密氣體與塵埃。交織出這片壯闊而複雜的結構。

船底座大星雲(Carina)。圖/Webb Scape Telescope

這張照片一共結合了這六個不同的濾鏡的影像拍攝而成。每個濾鏡涵蓋的波段各不相同,代表的物理意義也不一樣。比如(F090W、F200W、F444W)這三個寬帶濾鏡,分別在影像中按照波長順序,以藍色、綠色和紅色這三原色呈現,為照片打下骨幹。而在此之上,照片的製作團隊又疊上青色代表氫原子的(F187N)濾鏡影像,以黃色代表氫分子的(F470N)濾鏡影像,以及用橘色代表甲烷和多環芳香烴的 (F335M) 濾鏡影像,為照片再添更多的細節。

想要將這麼多個波段的影像全部結合起來,仔細調整讓細節更加突出,最終呈現出一張如此絢麗又震撼的照片,是非常不容易的。這展示了韋伯太空望遠鏡不僅在科學上相當重要,在藝術上也價值非凡。

最後別忘了,以上只挑選介紹了第一批資料中最具代表性的幾張,更多關於五個目標的照片和光譜,可以在韋伯的官網上找到。而這批照片,又只是韋伯未來二十年服役生涯中,前兩個月的小試牛刀而已。韋伯的時代,才剛剛要開始!

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什麼是「可逆電轉氣儲能系統」?臺灣有機會發展嗎?
台灣科技媒體中心_96
・2022/05/05 ・1883字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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  • 本文與台灣科技媒體中心合作,內文經泛科學改寫。
  • 本文轉載整合自台灣科技媒體中心《「可逆電轉氣儲能系統」專家意見
  • 資料更新至 2022 年 4 月 18 日,完整文章請見上方連結
圖/envato elements

最近,國際期刊《自然:通訊》發布一篇新研究〈可逆電轉氣系統用於能源轉換於儲存〉(Reversible Power-to-Gas systems for energy conversion and storage)。研究中提到,電轉氣(Power to Gas, PtG)是一個將電力轉為氣體,以更有效儲存能源的技術,可逆電轉氣系統則可在電力不足時,反向提供電力。

過去這項技術因成本較高,而未被視為普遍的儲能系統。因此這項研究開發了一個模型,來確定可逆電轉氣系統的經濟可行性,發現在美國德州當前的氫價格下,可逆電轉氣系統已有經濟競爭力。

一般將餘電用來電解水產生氫氣的系統,稱為電轉氣(PtG);而將氫氣在需要用電時,轉換為電力的系統,稱為氣轉電(GtP)系統。這是使用兩套不同系統的兩種技術,目前氣轉電是成熟的技術,電轉氣則是仍在發展中的技術。而可逆電轉氣技術則是將這兩個系統整合,使單一的系統具有電轉氣與氣轉電兩種功能,是新興發展的儲能技術。

在走向零碳電力的過程中,儲能系統是讓電力調度更有彈性的關鍵,據此,台灣科技媒體中心也邀請專家,解析台灣「電轉氣儲能系統」的技術進展。

台灣為什麼需要「電轉氣儲能技術」?

元智大學機械工程學系教授 鐘國濱元智大學機械系教授暨燃料電池研究中心主任 翁芳柏 說明,因應 2050 國際淨零排碳的共同目標,以國際上與台灣的碳中和規劃時程,未來各國都將會有大於 60% 的高比率再生能源佔比,所以即使可逆電轉氣技術難度非常高,世界各國(包括台灣)仍是爭相投入這項新興儲能技術。

中央大學工學院能源科技研究中心主任暨台灣氫能與燃料電池學會理事長 曾重仁 進一步解釋,台灣在未來 3-5 年內因再生能源佔比不高,PtG 尚不具在大電網中的實用性。但 2030 年後,當再生能源佔比增加至一定比例,PtG 將在部分地區與部分時段具有可行性,例如在與氫氣相關的產業園區中可部署 PtG 系統,將日常工業餘氫再回收利用於調節供電系統,綠電佔比過高時也可逆向轉換為氫氣儲存。

未來電網之儲能需求應不會由單一技術滿足,其中鋰電池在短時間、快速反應方面具有優勢,但 PtG 在大規模與長時間儲能,將扮演更重要的角色。

因應未來再生能源的比例增加,台灣也須發展氫氣產業。圖/envato elements

台灣的電轉氣技術發展到哪裡了?

所謂 PtG 是以多餘的(或是電網無法容納的)電能電解水產生氫氣與氧氣,以氫氣形式儲存能量。當需要用電時再將氫氣之能量以燃氣輪機或燃料電池轉換為電能。

不過,鐘國濱教授 認為,目前台灣再生能源比例偏低,九成以上的氫氣來自石化業的低價灰氫(Gray Hydrogen)。且台灣的電力相對便宜,沒有多餘再生能源電力供應電轉氣,因此電轉氣的綠氫(Green Hydrogen)價格偏高。同時氣轉電的價格也偏高。上述這三點,是台灣近短期發展電轉氣或可逆電轉氣遇到的最大困難。

翁芳柏主任認為,台灣短期內除了政策性的經費補助推廣儲能技術外,還需要進一步突破性發展儲能技術,才可能達成國際訂定的再生能源使用目標。但是台灣政府的能源決策單位,過去對於氫能的示範推廣落後國際,因此,翁教授認為台灣氫能技術還未成熟,應將資源投入氫能研發及其他能源領域的補助。

圖/envato elements

不過,目前國際上最大的固態氧化物燃料電池(SOFC)發電應用公司 Bloom Energy 的量產,是在台灣進行產業代工。這篇論文所評估的 SOC 電轉氣儲能系統與 Bloom Energy 技術相同,國內在研發與產業量產技術,應有國際競爭能力與優勢。

台灣的問題與瓶頸,還是在於產官學的整合,以及落後於國際的氫能產業發展政策,以至台灣投資在氫能的研發與示範推廣,大幅落後於已開發國家。

鐘國濱教授補充,雖然台灣短期的大環境不利這個儲能技術的發展,然對於綠(儲)能與綠氫有大量需求的產業,如半導體產業的台積電與鋼鐵業的中鋼,預期將率先於短期內投入採用這個技術,中長期將由儲能業者以此技術取代部分鋰電池儲能。

參考資料

註解

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星系生命力取決於能不能回收氣體再利用
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天文學家分析哈柏太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)、和位在夏威夷的凱克望遠鏡(Keck)、智利的麥哲倫望遠鏡(Magellan)等的光譜儀器所觀測的銀河系和其他40幾個星系的資料,發現星系會持續回收大量氫氣和重元素,讓星系的燃料庫得以持續補充,進而使星系能製造新恆星的年限延長了10億年以上。相關的3篇論文都發表在2011年11月18日出刊的科學(Science)期刊中。

天文學家相信星系的顏色和形狀受制於星系周圍的銀暈(halo )中的氣體流進流出的影響。這3篇論文,就是用3種不同的觀點來探索星系中的氣體回收狀況。

經由哈柏的COS(Cosmic Origins Spectrograph )光譜觀測,天文學家發現銀河系周圍巨大的銀暈有大量雲氣落往銀河系,使得銀河系中的恆星形成持續進行,每年至少可新增一顆新恆星。這些熱氫氣雲距離銀河盤面約20,000光年以內,所含有的物質可以形成約1億顆的太陽。其中有些氣體是回收物質,透過恆星形成或新星、超新星爆炸的能量,將元素種類豐富的氣體送回銀暈中。

COS觀測資料也顯示許多恆星形成相當活躍的星系周圍都擁有龐大的熱氣體暈。這些氣體暈富含重元素,從可見的星系盤面邊緣向外延伸了450,000光年遠。COS資料顯示其中一個星系的氣體暈總質量高達10億倍太陽質量,相當於星系盤面中恆星間的物質總量,而這個龐大氣體暈中約1000萬倍太陽質量的物質居然都是氧。在星系以外很遠的地方還發現有這麼多重元素物質,讓天文學家相當驚訝。在這類星系中,若有這麼大量的重元素被放逐到離星系盤面這個新恆星主要製造廠很遠的銀暈中,則必須藉由重元素才能形成的行星、生命等等,都必須延後了。

此外,研究學者也發現:在停止形成新恆星的星系中相當缺乏氣體。這些星系在回收氣體的過程中,點燃一陣猛烈而快速的恆星形成過程,一不小心就把剩餘的氣體給推離星系,後繼乏力的結果,當然就無法再繼續形成新恆星了。從哈柏資料,天文學家估算出:當一個星系的恆星誕生率高達每年100顆太陽質量的話,就可將溫度高達200萬度的氣體以每小時360萬公里的速度趕離到星系際空間中;這個速度已足以讓氣體永遠逃離星系重力場,不再加入資源回收的行列。所以,驅離星系際氣體,或拉攏星系際氣體,決定了一個星系的命運。

雖然天文學家早已知道星系會產生所謂的星系風,不過卻不知到這些熾熱氣體會向外延展到離星系這麼遠的地方,也不知道逃跑的氣體質量會如此之多。有些熱氣體移動速度比較慢,可以被星系重力場捕捉回來而重複使用。當氣體含量豐富的螺旋星系一旦停止新恆星製造工作時,就可能會逐漸演化成橢圓星系。

資料來源:

  1. KECK, MAGELLAN & HUBBLE TELESCOPES FIND GALACTIC RECYCLERS
  2. NASA’s Hubble Confirms that Galaxies Are the Ultimate Recyclers[2011.11.17]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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