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政權轉移,天機早已透漏?──「熒惑守心」與歷史上的政治陰謀

歐柏昇
・2016/08/10 ・5691字 ・閱讀時間約 11 分鐘 ・SR值 507 ・六年級

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你是否注意到,最近(2016年8月)晚上的南方天空,有兩顆紅色的星星靠得非常近?你是否疑惑那是什麼呢?

深夜無人的時候,紅色的星總會給人一點畏懼,帶著一點血氣,或帶著人對廣漠宇宙的敬畏。開門見山地告訴你答案,這兩顆星是火星心宿二(天蝎座的心臟),一個是紅色的行星,一個是紅超巨星。今年兩顆紅星相依,而且火星一度停留在心宿二附近,這就是古人認為最兇惡的天象──「熒惑守心」。

火星
「熒惑守心」:2016 年 5 月 7 日凌晨 2 時的火星與心宿二。圖/陳麒瑞先生拍攝於溪頭鳳凰山天文台(85mm,f/2.5,ISO5000,30s*50)。

古人眼中的熒惑守心:影響帝王命運的異象

古人有「天人感應」的說法,認為天象與人事有強烈的對應關係,所以對於天象的每一分變化都非常留意。每顆星星有不同的星占意義,可根據它的運行、明暗、顏色來探知人事。

「熒惑守心」天象的兩位主角,在星占上代表什麼意思呢?火星古稱「熒惑」,與飢荒、疾病、亂事有所聯繫。星占上會利用火星的「行度」去判斷,這又是什麼意思?我們知道火星是顆行星,而所謂的「行星」,顧名思義就是會不斷行走,在群星之中的位置日日月月地移動,有時候在獅子座、有時候跑到天蝎座。古人就觀察到,行星在天空中多半是往同一個方向「行走」,但是偶爾會突然「倒退嚕」,逆著走一段,這個現象稱為「逆行」。當火星「倒退嚕」的時候,古人認為它偏離了理想的運行軌道,脫離了正常的運行方式,代表國家失去了禮,是一個不祥的徵兆。

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另外一個主角是心宿二,這顆星在西洋星座中屬於天蠍座,在中國古代則劃在二十八宿的「心宿」當中。心宿代表天子祭祀的明堂,與君主有很大關係,另也是「熒惑之廟」。可想而知,兩顆紅色的星星接近的時候,在古代星占裡是多麼嚴重的事情!

當火星的運行從順行轉向逆行(往前跑轉為倒退跑的瞬間),或從逆行轉向順行(倒退跑轉為往前跑的瞬間)的時候,就會暫時停了一下子,這稱為「守」或是「留」。如果火星暫時停留下來的地方在心宿,就稱為「熒惑守心」。熒惑守心的天象出現,直接影響到君王的命運,將發生「大人易政,主去其宮」,也就是帝王要遭殃了!

宋景公說好話的故事

我們就從春秋時代宋景公的故事說起。《呂氏春秋》記載,宋景公 37 年(西元前 480 年),由於熒惑在心宿,景公非常緊張,跑去問子韋。子韋說:「這是老天爺要懲罰景公了,但是這個災禍可以轉移給宰相。」

景公說:「宰相要治理國家,讓宰相死是不好的事啊!」

子韋又說:「那可以轉移給人民。」

景公則說:「人民死了,那我當誰的君王呢?寧可我一個人死。」

子韋又說:「可以轉移給今年的收成。」

景公說:「歉收人民就會飢餓,挨餓就會死。當個君王要殺人民來讓自己活,有誰還能把我當作君王呢?」

結果子韋恭賀景公:「您今天說了三句有功德的話,老天爺一定會有三個賞賜,今天晚上火星會遷徙三舍,您也會延長壽命 21 年。」這個故事從今天來看,你一定會覺得太好笑了,一定是編出來的嘛!古代早就有許多人質疑了,例如東漢的王充就說,如果說三句好話就延壽 21 歲,那堯舜說了那麼多好話,不就活到一千歲了嗎?

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宋景公
古代的人們認為,宋景公以蒼生為念,因此打動了上天,解決了熒惑守心的災象。圖/rocidea

但是,這樣的故事在古代有特殊的意義,後世有很多臣子引用這個故事來說理。這是因為古人相信天與人的相應關係,並以此來規範君主的德行。也就是說,人做錯事,老天爺會譴責;人做好事,老天爺會嘉許!連君王都必須戰戰兢兢,以「謙卑、謙卑再謙卑」的心態治理國家。所以古人觀察天象,其實經常不在於解釋天象本身,而是用來說明一些人事的道理,這是人和老天爺的對話。

用天文科學破解歷史謎團

什麼?天文科學可以破解歷史謎團?沒錯,宋景公時熒惑在心的故事,歷代皆有人討論,直到最近,我們有了新的方法來探究這些謎團。現在我們很清楚行星運行的軌道,可以精準地計算天象發生的時間,包括日食、月食、火星逆行等,天文館都會在一年之初把確切時間告訴大家,我們都可以準備好望遠鏡,等著這些天象出現。今天也可以精準地推算出古時候的天象,這就幫助我們解答很多歷史謎團了。

清華大學歷史所黃一農教授,利用天文科學的精確計算,考證中國古代 23 次「熒惑守心」的紀錄,結果發現一項驚人的結果:23 次裡面有 17 次根本沒有發生!雖然後來有學者進一步研究,說明有一部份只是寫錯時間或位置,但這些天象紀錄仍然有嚴重的失真情形。宋景公時期不只沒有「徙三舍」、延壽 21 年這些誇張的事,而且當時本來就沒有發生熒惑守(在)心!所以,我們不必太嚴肅看待這些說好話的結果,把它當作一個民胞物與的寓言故事來讀就可以了。

宋景公說好話的故事還不夠吸引人嗎?更精彩的在後頭啦!現在要來告訴你漢朝的熒惑守心故事,現代天文學提供了證據,再配合史書記載的人事洞察,不但發現某些古代天象紀錄失真,更揭露了故事背後的政治陰謀,讓我們解答歷史謎團。

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熒惑守心與丞相翟方進之死

臺灣大學張嘉鳳教授、清華大學黃一農教授曾詳細研究西漢末年的熒惑守心與丞相翟方進之死,揭開了古代宮廷精彩的政治鬥爭。天文科學在這項研究中,成為歷史考證的重要依據,讓我們看到中國古代的天文,與政治有相當密切的關聯。

事情的背景是這樣的。漢代有強烈的天人感應思想,使得天文與政治脫離不了關係。天人感應對異常天象的解釋在漢代盛行,天象的「符瑞」與「災異」都與王者之治有關。也就是說,只要「天有異象」,可能就代表皇帝做得不好,他必須立刻檢討,才不會再遭受老天爺的懲罰。所以這種天人感應的觀點,原本有個很重要的功能,就是限制皇帝的權力。皇帝如果殘暴,上天會透過災變來懲罰他,所以皇帝必須有德行。

不僅皇帝需要承擔,丞相也有「理陰陽,順四時」的責任。而實際上的行政責任,常常是丞相負責的。發生天災總要有人承擔政治責任,就好比現在有時颱風、地震還是會讓官員下台,差別則在於古人把異常天象當作一種天災。既然天象與政治責任有關,當然就可能遭到有心人士利用,把它當作政治鬥爭的工具了。

漢成帝像
漢成帝像。圖/互動百科

故事發生在西漢末年,漢成帝綏和二年(西元前 7 年),當時的丞相是翟方進。史書記載,懂星曆的李尋用熒惑守心來指責翟方進的罪狀,寫了很多誇張的天象描述,就是要叫翟方進出來負責。

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皇帝趕緊召見翟方進,談完之後就發布了一份詔書,來檢討熒惑守心的發生。漢成帝這份詔書先是說,他從即位以來,發生了很多災難,人民餓死、病死,盜賊肆虐。接著皇帝就矛頭就指向翟方進了:「我看你根本沒有要輔佐我讓人民富足啊!」皇帝的語氣非常強烈嚴厲,雖然看起來說的是皇帝、丞相兩人共同承擔責任,但最後拋下一句話:「我已經改正過錯了,至於你就自己去想想看吧!

結果是詔書一發出去,翟方進就自殺了!就在一個月後,漢成帝也死了。翟方進真的是畏罪自殺嗎?還是受到什麼政治詭計的作用呢?

天象與歷史上的政治陰謀

我們來看看西漢末年朝廷的政治是怎麼一回事。漢武帝的時候,出現了一批與皇帝親近,隨時幫忙處理國事的人。這些人的實權漸漸超過了丞相,於是稱為「內朝」。而西漢後期是個外戚政治盛行的時代,許多外戚就利用內朝來掌權,丞相也拿他們沒辦法。

漢成帝的時候,外戚王氏氣焰高漲,王鳳用「大司馬大將軍領尚書事」這個頭銜來掌權。在他死後,王家人還是持續握有大權,王音、王商、王根接連輔政。到了綏和元年,也就是「熒惑守心」與翟方進自殺事件的前一年,王家的下一代接任大司馬了,你一定聽過這個人,他就是後來篡位的王莽!

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張嘉鳳與黃一農的研究指出,根據行星運行軌跡的計算,這次熒惑守心根本是造假的事件!

在淳于長垮台之後,翟方進大概就是王莽的頭號政敵。又有許多證據顯示,王莽早與翟方進結仇。至於上奏記的李尋,可能也投向王莽這一派了。整個事件,可能是王莽為了攬權,故意打擊翟方進而策畫的!大家都知道王莽後來篡漢建立新朝,卻沒看到王莽獲得大權的過程中有這麼多次政治鬥爭的過程,而天象紀錄的研究竟然揭開了這些事實。

原來,古代天文與政治息息相關,這原本應該是發自對老天爺的敬畏,並用「天」來制衡皇帝,可惜有心人士把天象作為工具,發動一場政治陰謀。

行星逆行:一場不公平的賽跑

古代的人觀察天象,有相當明顯的人文色彩;現在的人觀察天象,則多從科學的角度出發。是什麼樣的科學原理,幫助我們揭開王莽的政治陰謀呢?

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今天我們終於知道,行星的「逆行」與「留」,並不是一個脫離常軌的現象,而是火星與地球共同繞著太陽轉,地球人必定會看到的視覺現象。設想有兩個小朋友在比賽跑步,一個叫作小弟,一個叫作小伙。小伙明明就跑得比較慢,卻不自量力地說要跑外圈。今天在這個圓形操場的 12 點鐘方向之外站了一排觀眾,觀眾從右到左依序是 A、B、C、D、E。萬眾矚目下,跑得快的小弟、跑得慢的小伙開始賽跑囉。

這場賽跑實在太不公平了,小弟明明跑得快,卻是跑內圈。於是,小弟雖然從比較後面出發,但很快就要「倒追」過小伙了。在跑步過程中,小弟看到小伙的位置如何變化呢?就來看看他擋到的觀眾吧!從圖中可以看到,小弟還沒「倒追」過小伙的時候,小伙擋到的觀眾依序是 A、B、C、D,這個就是「順行」。但是「倒追」過去的那段期間,小伙看起來「倒退嚕」,沿著 D、C、B 倒退回去了,這就是視覺上的「逆行」現象了。這樣說來,大家平常用「倒追」這個詞,還真是貼切呀!因為被追過去的人,看起來真的倒退回去了。小弟追過小伙之後,漸漸小伙又開始「順行」了,再繼續依照英文字母順序C、D、E走下去。整理下來,我們發現小弟看見小伙的位置變化是這樣的:A→B→C→D[→C→B]→C→D→E,中括號內的就是逆行階段。

行星逆行
行星逆行的賽跑圖解,第 5 到 7 時刻為逆行。賽跑「倒追」對手的時候,對手看起來就好像「倒退嚕」。圖/歐柏昇

不講這個沒意思的賽跑故事了,我們回歸現實。我們講的小弟其實就是地球,小伙其實就是火星。地球內圈而跑得快,火星在外圈而跑得慢。行星總是有這種規律,在外圈的跑得比較慢,所以是一場不公平的賽跑。這種賽跑當中,地球不斷「倒追」過火星,於是經常看到火星逆行的現象。當火星順行轉逆行或逆行轉瞬行的時候,看起來暫停了一會兒,這就是「留」或稱為「守」。「留」的那個點,若正好位在心宿二周圍,那就是「熒惑守心」了。現在我們知道,這是行星運轉的常規,是視覺上一定會出現的現象,而不是異常天象。

火星逆行的原理。

兩顆紅星毗鄰:2016 年再度發生「熒惑守心」

2016 年的天空中,再次發生了「熒惑守心」的天象。今年春、夏季,火星來到了天蝎座,於是火星、心宿二這兩顆紅星離得相當近。其實2016年土星也在這兩顆星附近,使得天蝎座附近看起來更加耀眼。精確來說,這次的熒惑守心發生在2016 年 4 月 17 日,這是火星順行轉逆行的「留」。4 月 17 日以後,火星轉為逆行,切過天蝎座的頭部,並且在 5 月 22 日達到「衝」。這是 11 年來最大的火星衝,近期非常適合觀察火星。火星逆行到 6 月 29 日,之後才轉為順行。回到順行之後,火星再度來到心宿二附近,而到了 8 月下旬,才是今年火星最接近心宿二的時候

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2016 年 8 月 23 日晚上 8 時臺北地區星空。圖/截圖自 Stellarium 天象軟體

今年 8 月中下旬,兩顆紅星靠得非常近,晚上七、八點出門散步,往西南方天空看,很容易就能發現這個「異象」。嚴格來說,今年 4 月火星才是「停留」在心宿二,稱為「熒惑守心」;今年 8 月火星是順行「通過」心宿二,應稱為「熒惑在心」。不過,就肉眼觀察的精彩程度而論,8 月這次兩顆紅星較為接近,當然比較精彩囉!

熒惑守心是平均數十年才會發生一次的天象。火星與地球的會合週期約 779 天,也就是地球兩年多就倒追過火星一圈,就會發生一次逆行,並在追過去的那瞬間達到「衝」。逆行經常發生,然而每次逆行時火星的位置都不太一樣,偶爾才會正好在心宿二附近逆行。所以,熒惑守心不是那麼容易發生的天象,上一次是 2001 年,下一次要到 2048 年了,也難怪古人會把它當作異常天象來看待了。

結語

聽完宋景公、翟方進的故事,又聽完賽跑的故事之後,再看見天上的熒惑守心,你想到的是什麼呢?

我們現在很清楚,熒惑守心是行星正常運行之下的視覺現象。我們經常開個玩笑,說今年的熒惑守心恰逢臺灣政局的改朝換代。但這只是莞爾一笑了,拜今天科學之賜,熒惑守心不太可能被有心人士拿來當作政治鬥爭的工具了。西漢末年的朝廷官員和我們用完全不同的角度來看待熒惑守心的天象,從前的天文有濃厚的政治與人文色彩,今天的天文則從科學的態度出發。

親身到荒野仰望星空,總是給人遐思,這時你卻又能體會到,人們看到兩顆紅色的星,總會很直覺地對這些天體產生一點恐懼──或更明確地說,是敬畏之情。宇宙無比浩瀚,今天人們可以運用發達的天文科學,聰明地破解了古人留下的謎團,但我們有時卻遺忘了古人那樣對宇宙的敬畏之情。敬畏的心情,仍然該是我們面對浩瀚宇宙至人間的基本態度。

中國古代的天文,充滿著天人之間的關懷,人們並隨時在檢討自己與天地的關係;今天的天文科學,則精確地揭開了自然運行的法則,給我們更清澈的眼光來面對人與自然。熒惑守心的故事,在古今天文學的對話之下,留下對人事、對宇宙的深刻洞察。

 

  • 特別感謝:陳麒瑞先生提供2016年熒惑守心之攝影作品

參考資料

  1. 黃一農,〈星占、事應與偽造天象──以「熒惑守心」為例〉,《自然科學史研究》第10卷第2期(北京:1991),頁120-132。
  2. 張嘉鳳、黃一農,〈中國古代天文對政治的影響──以漢相翟方進自殺為例〉,《清華學報》新20卷第2期(新竹:1990)頁361-378。
  3. 劉次沅、吳立旻,〈古代「熒惑守心」記錄再探〉,《自然科學史研究》第27卷第4期(北京:2008),頁507-520。
  4. 傅樂成,《中國通史》(臺北:大中國,2008)。
  5. 盧央,《中國古代星占學》(北京:中國科學技術,2008)。
  6. 陳美東,《中國古代天文學思想》(北京:中國科學技術,2008)。
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文章難易度
歐柏昇
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台大物理與歷史系雙主修畢業,台大物理碩士。現為台大物理系、中研院天文所博士生,全國大學天文社聯盟理事長。盼望從天文與人文之間追尋更清澈的世界觀,在浩瀚宇宙中思考文明,讓科學走向人群。

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從奈米微塵到化學氣體, HEPA 與活性碳如何聯手打造純淨空氣?
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/17 ・4433字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 Amway 委託,泛科學企劃執行。

很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網
在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢 / 圖片來源:envato

到底怎樣才算是「乾淨」?這不是什麼靈魂拷問,而是一個價值上億的商業命題。

在半導體產業的無塵室中,「乾淨」的定義極其殘酷:一粒肉眼看不見的灰塵,就足以讓造價數百萬美元的晶圓直接報廢。空氣品質的好壞,甚至能成為台積電(TSMC)決定是否在當地設廠的關鍵性指標。回到你的家中,雖然不需要生產精密晶片,但我們呼吸系統中的肺泡同樣精密,卻長期暴露在充滿 PM2.5、病毒以及各種揮發性氣體的環境中。為了守護健康,你可能還要付費購買「乾淨的空氣」來用。

因此,空氣議題早已超越單純的環保範疇,成為同時影響國家經濟與個人健康的重要問題。

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很多人可能沒想到,無論是家用的空氣清淨機,還是造價動輒百億的頂尖晶圓廠,它們對抗污染的核心武器並非什麼複雜的雷射防護罩,而是同一件看起來平凡無奇的東西:一片外觀像紙一樣的 HEPA 濾網。但你真的相信,就憑這層厚度不到幾公分的板子,能擋住那些足以毀滅精密晶片、滲透人體細胞的「奈米級刺客」嗎?

這片大家都聽過的 HEPA 濾網,裡面到底是什麼?

首先,我們必須打破一個直覺上的誤解:HEPA 濾網(High Efficiency Particulate Air filter)在本質上其實並不是一張「網」。

細懸浮微粒 PM2.5,是指粒徑在 2.5 微米以下的污染物,它們能穿過呼吸道直達肺泡,並穿過血管引發全身性發炎。但這只是基本,在工廠與汽車尾氣中,還存在粒徑僅有 1 微米的 PM1,甚至是小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」(UFP,即 PM0.1)。 UFP 不僅能輕易進入血液,甚至能繞過血腦屏障(BBB),進入大腦與胎盤,其破壞力十分可怕。

如果 HEPA 濾網像水槽濾網或麵粉篩一樣,單靠孔目大小來「過濾」粒子,那麼為了攔截奈米微粒,濾網的孔目只能無限縮小到幾乎不透氣的程度。更別說在台積電或 Intel 的製程工程師眼裡,一般人認為的「乾淨」,在工程師眼裡簡直像沙塵暴一樣。對於線寬僅有 2 奈米3 奈米(相當於頭髮直徑萬分之一)的晶片而言,空氣中一顆微小的塵埃,就是一顆足以毀滅世界的隕石。

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因此,傳統的過濾思維並非治本之道,我們需要的是原理截然不同的過濾方案。這套技術的雛形,最早可追溯至二戰時期的「曼哈頓計畫」。

HEPA 的前身,誕生於曼哈頓計畫!

1940 年代,製造濃縮鈾是發展原子彈的關鍵。然而,若將排氣直接排向大氣,會導致致命的放射性微粒擴散。負責解決這問題的是 1932 年諾貝爾化學獎得主歐文·朗繆爾(Irving Langmuir),他是薄膜和表面吸附現象的專家。他開發了「絕對過濾器」(Absolute Filter),其內部並非有孔的篩網,而是石綿纖維。

有趣的來了,如果把過濾器放到顯微鏡下,你會發現纖維之間的空隙,其實比某些被攔截的粒子還要大。那為什麼粒子穿不過去呢?這是因為在奈米尺度下,物理規則與宏觀世界完全不同。極微小的粒子在空氣中飛行時,並非走直線,而是會受到空氣分子撞擊,而產生「布朗運動」(Brownian Motion),像個醉漢一樣東倒西歪。

當粒子通過由緻密纖維構成的混亂迷宮時,布朗運動會迫使它們不斷轉彎、移動,最終撞擊到帶有靜電的纖維上。這時,靜電的吸附力會讓纖維就像蜘蛛網般死死黏住微粒。那些狂亂移動的奈米刺客,就這樣被永久禁錮迷宮中。

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現在最常見的 HEPA 材料,是硼矽酸鹽玻璃纖維。

現代 HEPA 濾網最常見的核心材料為硼矽酸鹽玻璃纖維。這些玻璃纖維的直徑通常介於 0.5 至 2 微米之間,它們在濾網內隨機交織,像是一座茂密「黑森林」。微粒進入這片森林後,並非僅僅面對一層薄紙,而是得穿越一個具有厚度且排列混亂的纖維層,微粒極有可能在布朗運動的影響下撞擊並黏附在某根玻璃絲上。

除此之外,HEPA 濾網在外觀上還有一個極具辨識度的特徵,那就是像手風琴般的摺紙結構。濾材會被反覆摺疊、摺成手風琴的形狀,中間則用鋁箔或特殊的防潮紙進行結構支撐,目的是增加表面積。這不僅為了捕獲更多微粒,而是要「降低過濾風速」。這聽起來可能有點反直覺:過濾不是越快越好嗎?

其實,這與物理學中的流速控制有關。想像一條水管,如果你捏住出口,水流會變得湍急;若將出口放開並擴大,雖然總出水量不變,但出水處的流速會變得緩慢。對於 HEPA 濾網而言,當表面積越大,單位面積所需承載的空氣量就越少,空氣穿透濾網的速度也就越低。

低流速代表微粒停留在濾網內的時間也更久,增加被捕捉的機會。此外,越大的表面積也為 HEPA 濾網帶來了高「容塵量」,延長了使用壽命,這正是它能夠稱霸空氣清淨領域多年的主因。

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然而,即便都叫做 HEPA 高效率空氣微粒子過濾網 (High Efficiency Particulate Air filter),但每個 HEPA 的成分與結構還是會不一樣。例如 安麗逸新空氣清淨機 SKY ,其標榜「可過濾粒徑最小至 0.0024 微米」的污染物,去除率高達 99.99%。

0.0024 微米是什麼概念?塵蟎、花粉、皮屑或黴菌孢子,大小約在 2 至 200 微米;細懸浮微粒  PM2.5 大小約 2.5 微米,細菌也大概這麼大。最小的其實是粒徑小於 0.1 微米的「超細懸浮微粒」,大多數的病毒(如流感、新冠病毒)都落在此區間。對安麗逸新 的HEPA濾網來說,基本上通通都是可被攔截的榜上名單。

在過敏防護上,它更獲得英國過敏協會(Allergy UK)認證,能有效處理 19 大類、102 種過敏原,濾除空氣中超過 300 種氣態與固態污染物。

同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」 / 圖片授權:Shutterstock

然而,同樣的過濾邏輯一旦進入半導體無塵室,就必須換一條更為嚴苛的技術路線。因為硼矽酸鹽玻璃纖維對晶圓來說有個致命傷,就是「硼 (Boron)」。

在半導體製程中,硼是常見的 P 型摻雜物,用來精準改變矽晶圓的電性。如果濾網有任何微小的破損、老化或化學侵蝕,進而釋放出極微量的硼離子,就可能直接污染晶圓,改變其導電特性,導致晶片報廢。

此外,無塵室要求的是比 HEPA 更極致的 ULPA(超低穿透率空氣濾網) 等級的潔淨度。ULPA 的標準通常要求對 0.12 微米 的粒子達到 99.999% 甚至 99.9999% 的超高攔截率。在奈米級的競爭中,任何多穿透的一顆微塵,都代表著一筆不小的經濟損失。

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為了解決「硼」的問題並追求極限的過濾效率,材料學家搬出了塑膠界的王者,PTFE 也鐵氟龍。鐵氟龍不僅耐酸鹼、耐腐蝕,還能透過拉伸製成直徑僅 0.05 至 0.1 微米 的極細纖維,其細度遠勝玻璃纖維。雖然 PTFE 耐化學腐蝕,但它既昂貴且物理上也很脆弱,安裝時若不小心稍微觸碰,數萬元的濾網就可能報銷。因此,你只會在晶圓廠而非一般家庭環境看到它。

即便如此,在空氣濾淨系統中,還有一樣是無塵室和你家空氣清淨器上面都有的另一張濾網,就是活性碳濾網。

活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附?

好不容易將微塵擋在門外時,危機卻還沒有解除。因為空氣中還隱藏著另一類更難纏的大魔王:AMC(氣態分子污染物)

HEPA 或 ULPA 這類物理濾網雖然能攔截固體微粒,但面對氣態分子時,就像是用網球拍想撈起水一樣徒勞。這些氣態分子如同「幽靈」一般,能輕易穿過物理濾網的縫隙,其中包括氮氧化物、二氧化硫,以及來自人體的氨氣與各種揮發性有機物(VOCs)。

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為了對付這些幽靈,我們必須在物理防線之外,加裝一道「化學濾網」。

這道防線的核心就是我們熟知的活性碳。但這與烤肉用的木炭不同,這裡使用的是經過特殊改造的「浸漬處理(Impregnation)」活性碳。材料科學家會根據敵人的不同性質,在活性碳上添加不同的化學藥劑:

  • 酸鹼中和:對付氮氧化物、二氧化硫等酸性氣體,會在活性碳上添加碳酸鉀、氫氧化鉀等鹼性藥劑,透過酸鹼中和反應將有害氣體轉化為固體鹽類。反之,如果添加了磷酸、檸檬酸等酸性藥劑,就能中和空氣中的氨氣等鹼類。
  • 物理吸附與凡德瓦力:對於最麻煩的有機揮發物(VOCs,如甲醛、甲苯),因為它們不具酸鹼性,科學家會精密調控活性碳的孔徑大小,利用龐大的「比表面積」與分子間的吸引力(凡德瓦力),像海綿吸水般將特定的有機分子牢牢鎖在孔隙中。
活性碳如何從物理攔截跨越到分子吸附? / 圖片來源:Amway

空氣濾淨的終極邏輯:物理與化學防線的雙重合圍

在晶圓廠這種對空氣品質斤斤計較的極端環境,活性碳的運用並非「亂槍打鳥」,而是一場極其精密的對戰策略。

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工程師會根據不同製程區域的空氣分析報告,像玩 RPG 遊戲時根據怪物屬性更換裝備一樣——「打火屬性怪要穿防火裝,打冰屬性則換上防寒裝」。在最關鍵的黃光微影區(Photolithography),晶圓最怕的是人體呼出的氨氣,此時便會配置經過酸性藥劑處理的活性碳進行精準中和;而在蝕刻區(Etching),若偵測到酸性廢氣,則會改用鹼性配方的濾網。這種「對症下藥」的客製化邏輯,是確保晶片良率的唯一準則。

而在你的家中,雖然我們無法像晶圓廠那樣天天進行空氣成分分析,但你的肺部同樣需要這種等級的保護。安麗逸新空氣清淨機 SKY 的設計邏輯,正是將這種工業級的精密防護帶入家庭。它不僅擁有前述的高規 HEPA 濾網,更搭載了獲得美國專利的活性碳氣味濾網。

關於活性碳,科學界有個關鍵指標:「比表面積(Specific Surface Area)」。活性碳的孔隙越多、表面積越大,其吸附能力就越強。逸新氣味濾網選用高品質椰殼製成的活性碳,並經過高溫與蒸氣的特殊活化處理,打造出多孔且極致高密度的結構。

這片濾網內的活性碳配重達 1,020 克,但其展開後的總吸附表面積竟然高達 1,260,000 平方公尺——這是一個令人難以想像的數字,相當於 10.5 個台北大巨蛋 的面積。這種超高的比表面積,是市面上常見濾網的百倍之多。更重要的是,它還添加了雙重觸媒技術,能特別針對甲醛、戴奧辛、臭氧以及各種細微的異味分子進行捕捉。這道專利塗層防線,能將你從裝潢家具散發的有機揮發氣體,或是路邊繁忙車流的廢氣中拯救出來,成為全家人的專屬空氣守護者。

總結來說,無論是造價百億的半導體無塵室,還是守護家人的空氣清淨機,其背後的科學邏輯如出一轍:「物理濾網攔截微粒,化學濾網捕捉氣體」。只有當這兩道防線同時運作,空氣才稱得上是真正的「乾淨」。

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【成語科學】動如參商:參宿和商宿是哪兩顆星星?帶你認識古代中國的星座系統!
張之傑_96
・2023/09/08 ・1105字 ・閱讀時間約 2 分鐘

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西元 759 年,大詩人杜甫經過老友衛八的家鄉,屈指數來,兩人已 20 年沒見過面。當年衛八還沒結婚,如今已子女成行。杜甫在衛八家過了一夜,翌日匆匆告別,寫下膾炙人口的〈贈衛八處士〉,頭兩句「人生不相見,動如參與商。」就是成語「動如參商」的出典。

唐代習慣以家族的排行稱呼人;處士,對隱士的尊稱。參(ㄕㄣ),指參宿;商,即商星,是心宿的主星。參、心二宿都是二十八宿之一,參宿位於西方時,心宿位於東方,不會同時在天上出現。

參宿位於西方時,心宿位於東方,不會同時在天上出現。圖/高魯《星象統箋》

動如參商,比喻見面不易。我們先談到這裡,造兩個句吧。

畢業後同學們動如參商,再也無法朝夕相處。

您遠渡重洋後咱們動如參商,已難得見上一面。

造完句,接下去要說明什麼是星宿了。無論哪個民族,都會將天上的星星分成組,每組之間作些連線,然後比附成英雄人物、動物、器物等等。這種分組,有利於天文觀測。

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星座,是西方所發展出的天文觀測體系,總共有 88 個,最為人們熟知的是黃道十二宮。太陽在天球上的軌道稱為黃道,黃道上有 12 個星座,在您生日那段時間,太陽在天球上所對應的星座,就是您的生日座。

中國古代將一組星星稱為一個星宿(又稱星官),魏晉時統合成 283 個,含有星星 1464 顆。在這 283 個星宿中,最為人熟知的是二十八宿,也就是月亮運行軌道(白道)所經過的星宿。

二十八宿是:角亢氐房心尾箕,斗牛女虛危室壁;奎婁胃昴畢觜參,井鬼柳星張翼軫。

二十八星宿。圖/wikimedia

在二十八宿中,角亢氐房心尾箕是東方七宿,奎婁胃昴畢觜參是西方七宿。商星是心宿的星星,和西方七宿的參宿是不會同時出現天際的。

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中國的星宿,每一星宿的星星數目不等,以心宿和參宿來說,心宿有 3 顆(第二顆就是商星),參宿則有 7 顆。星宿的星星以數字編號,有時另有專名。以心宿的商星來說,編號是「心宿二」,商星是它的專名。

心宿二(即天蝎座 α 星)是顆紅巨星,會發出火紅色的亮光,所以還有一個專名——大火。我們的祖先早就觀察到,每到夏末秋初,大火星就會落向夜空的西邊,表示天氣將逐漸轉涼了。

心宿二又被稱為大火。圖/wikimedia
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張之傑_96
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張之傑,字百器,出入文理,著述多樣,其中以科普和科學史較為人知。

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致我們青澀的初戀——踏入晴道、也英的火星世界
Mia_96
・2022/12/26 ・1800字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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「也英,你還好嗎?但願你沒有感冒,今年的火星看起來特別亮,是本世紀火星距離地球最近的時候,當我看到明亮的星星時,就覺得你彷彿在我身旁。」晴道在少年時寫給也英的信中這麼說道。

接近人生半百,當晴道再次與也英相遇後,這麼恰好的,火星再次接近地球,劇中晴道與也英於札幌天文台享受著天文景象,究竟在望遠鏡中,他們看到的景象為何會產生?

晴道與也英的人生彷彿都與天文現象班暗示性的相像,也都與天文現象彼此相關。圖/IMDb

揭開接近地球的火星之時——火星衝

太陽系中的八大行星皆繞著恆星太陽公轉,但因各行星距離太陽的遠近不同,造成公轉軌道路徑長度差異,而行星的公轉軌道與速度進一步影響著其公轉週期。八大行星中每一顆行星的公轉週期皆不一樣,也因此,造成每天行星與恆星、行星與行星間的相對位置也都有所差異。

「衝」在天文現象中意指行星(地球軌道外)與太陽、地球,連成一直線的現象。當衝發生時,代表此顆行星整夜可見,且在天空中的亮度極亮!但正如同上文所述,因每顆行星之公轉週期有所差異,所以並非每一年都會發生衝。例如劇中晴道與也英所觀測的「火星衝」,週期約為 780 天,大約每經過 2 年 49 天便會發生一次。 

衝(opposition)為太陽、地球與外行星連線之位置,若太陽、內行星與地球連線時則會稱為合(conjunction)。圖/Wikipedia

長大後的晴道、也英所觀測的火星衝發生在 2018 年,亮度極亮的火星配上恰好的觀測時間,便是觀測火星的最佳時間點!

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火星公轉太陽一圈約需 687 個地球日,代表在火星上度過的一年接近於地球的兩年(代表如果在火星上等待下一次跨年的時間會更長!)圖/Pixabay

而在 2022 年 12 月初時,也發生了一次火星衝!這次火星的視星等亮度達到 -1.9 等,預測將會是未來十年內最亮的火星衝,但如果錯過這次也沒有關係,在 2033 年時會發生亮度更亮的火星衝,目前預估視星等亮度可以達到 -2.5 等呢!(星等值越小越亮!)

因火星公轉太陽軌道並非正圓形,故每一次的火星衝亮度也皆會稍有不同。圖/臺北市立天文科學教育館

滿載希望的希望號

除卻火星衝外,日本 1998 所發射的希望號探測器(のぞみ)也是年少的也英殷切期待的天文任務。當時日本為促使國民對於火星產生興趣與探索,舉辦於希望號中搭載姓名的活動,也英的名字也跟著希望號一起進行宇宙探索。

希望號原本的目標與任務是觀察火星上大氣層,與火星受太陽風作用的影響。但在 1998 年發射後,希望號的推進器出現故障,不只大量消耗燃料,還造成希望號進入火星軌道的時間延長,後又於 2002 年受到太陽劇烈活動的影響電力系統受到破壞。最終,希望號於 2003 年 12 月失聯,未能順利完成火星的探測任務。

希望號未能順利完成任務,彷彿暗示著也英的人生也同樣遇到瓶頸與挫折。圖/IMDb

未完待續的火星之旅

火星因其醒目的紅色外觀一直為人們所關注與追尋的星球(西方更將其取名為 Mars,即為羅馬神話中的戰神),且因火星具有與地球相似的環境條件,科學家一直將火星作為移居星球的選項之一,也設想過將火星「地球化」,使其更加適合人類居住。

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但人們是否有改變火星的權利,又或者我們對於火星是否有足夠的了解,或許等到未來更多次嘗試的火星任務後才能知曉答案,正像是晴道說的:「要想知道是不是命中註定,你必須全心投入進去。」

參考資料

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Mia_96
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喜歡教育又喜歡地科,最後變成文理科混雜出生的地科老師