科學月刊試閱版 2022-6月號 630期-供電告急!

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630 2022 6 月號

天文快訊

「甜甜圈」黑洞又來了!

直擊關鍵推手「EHT臺灣團隊」

焦點評論

經典專欄

該怎麼走?

罹患異位性皮膚炎的關鍵?

臺灣的「與病毒共存之路」

皮膚上的菌群組成是

NT$249 ISSN:0250-331X

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Contents 14 16

2022 JUNE 630 期

封面故事引言

啊,停電了 封面故事・前情提要

電力何時引進臺灣? 從零探索臺灣電力的發展 黃巧盈、許馨文、吳政憲

20 26

封面故事 1

為什麼會停電? 臺灣電力供給的現況與挑戰

32

封面故事 3

停電後的電力從哪裡供給? 不斷電系統的運作

葉宗洸

陳仕偉

封面故事 2

封面故事 4

誰是用電殺手?

省錢又安全的居家用電策略

36

醫院的供電架構與停電對策大解析 王榮坤

黃福坤

40 封面說說話

停電時醫院該怎麼辦?

封面故事 5

讓 AI 來節能! 由人工智慧調控的冰水空調系統

練光祐

〈房屋君〉

遠方一處突然傳來爆炸

聲,緊接而來「啪!」的一聲,讓

原本燈火通明的城市,無預警陷入了黑暗。

「停電了!停電了!」受到驚嚇的房屋君趕緊查看屋內

的狀況,幸好沒有立即的危險與物品損壞,房屋內唯一的光是黑

貓那雙冷冷地目視一切的眼睛。它鬆了口氣後望向剛剛發出爆炸聲的遠方正 冒著火花與煙霧,內心擔憂著「發生什麼事了呢……?」

本期封面以房屋的視角看電力事故的發生,賦予房屋卡通擬人化的緊張表情,加上背景的細節給

讀者暗示本次主題。背景是繁榮的城市在停電後漆黑的模樣,設定的停電意外是用電過量造成電塔爆炸 起火的狀況。畫面左上方也一併繪製了本期文章提及的不斷電系統。

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No. 6

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Contents-2 特別報導

6

再次看見「甜甜圈」黑洞!

事件視界望遠鏡解密銀河系中心的「巨獸」/採訪撰稿|趙軒翎

思辨之評

10

「Living with COVID-19」,

臺灣準備好與病毒一起生活了嗎?/施信如

News Focus

12

海水淡化新方法?過濾海水的選擇性奈米膜/

13

從致幻植物合成的新型精神藥物成分/

44 專

46 52 58 64 專

70

科學家首次在月球土壤中種植出植物

76 書

78

2

只要於 2022 年 6 月 30 日前,完

整填寫讀者問卷調查,就有機會 獲得麥田出版的新書《食慾科學 的祕密,蛋白質知道》。

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獲獎名單將於 2022 年 7 月 5 日

之 前 公 布 於《 科 學 月 刊 》 網 站 (www.scimonth.com.tw)。

防曬乳成分「二苯甲酮- 3」為什麼會傷害珊瑚和海葵?

M31 仙女座星系/錢昕

數不勝數:從敷衍數學到成為程式語言的先驅

世上首位程式設計師 勒芙蕾絲/蘇意雯、宋致論 生生不息:異位性皮膚炎是微生物在作怪? 認識皮膚上的細菌室友/陳俊堯

潛移默化:製造出跟蠶絲一樣輕柔的纖維!

人造纖維的演進與發展/朱政崑

物換星移:為什麼會看見「華」?雲的光影魔術秀/江秉城、林彥興

解密臺灣的「恐龍博士」與他的竊蛋龍研究

科博館研究員楊子睿博士專訪/採訪撰稿|羅億庭

青年尬科學

74

填問卷.拿新書

光速行動/鄭國威

生命密碼的駭客任務/黃貞祥 摘

《食慾科學的祕密,蛋白質知道》

科學月刊

2022.6

reurl.cc/k1OWrb


臺北市科學出版事業基金會 董事長:劉源俊

走進編輯室

事:于宏燦

朱慶琪

邱韻如

林翰佐

問:王文竹

周成功

林基興

郝玲妮

胡維平 高涌泉

高甫仁 羅時成

曾耀寰

來場宇宙搖吧!

蔡孟利

上個月初,久違地看了場電影。儘管目前放映廳內未禁飲食,一場近 150 分鐘 長的電影,多數觀眾仍選擇全程緊戴口罩避免飲食。自從嚴重特殊傳染性肺炎

出版者:科學月刊社

(COVID-19)疫情爆發以來,日常的吃飯、逛街、看電影都令人惴惴不安,更不

理事會

理事長:蔡孟利 理

事:曲建仲 邱韻如

于宏燦 紀延平

朱慶琪

用說會助長病毒跨境傳播的出國旅行了。

林翰佐

曾耀寰

蔡政修

COVID-19 影響、改變我們的生活已超過二年。近期,面對傳染性強的 Omicron

執行總監:趙軒翎

變種病毒強勢入侵,臺灣也無法躲過這波疫情,每日確診人數節節上升。不過, 由於它的致命性已不如以往,再加上全民疫苗接種率提升,使 COVID-19 的重症

編輯部

總編輯:林翰佐

副總編輯:趙軒翎

李依庭

李志昌

李精益

編輯委員:王文竹

林秀玉 金必耀 倪簡白 張敏娟

陳藹然

程一駿

楊正澤

劉宗平

鄭宇君

嚴如玉

死亡率大幅下降,也大大地降低病毒在公眾的危害程度,這也讓多個國家開始擬

王伯昌

曲建仲

江建勳

林宮玄

邱韻如

金升光

門立中 高啟明 陳妙嫻

單維彰

程樹德

葉李華

蔡兆陽

鄭運鴻

嚴宏洋

阮明淑 紀延平 高憲章 陳彥榮

景鴻鑫

黃正球

廖英凱

蔡孟利

周鑑恆 范賢娟 張大釗 陳鎮東

曾耀寰

黃相輔

管永恕

蔡振家

鄭宜帆

韓德生

蘇逸平

編輯顧問:王明蘅

古宏海

朱麗麗

吳明進

洪裕宏

胡進錕

孫維新

吳家誠 張勝祺 曾惠中

魏耀揮

輯:羅億庭

美術編輯:黃琳琇

周延鑫 陳文屏 楊玉齡 蘇益仁

張樂妍

周榮泉 陳章波 劉仲康 蘇振隆

洪萬生 復

陳國成 駱尚廉

定「與病毒一起生活」(living with COVID-19)的策略。 即使目前世界各國相繼提出各種不同的應對策略,但不論是哪一種方式,都不代 表我們能完全回到 COVID-19 爆發前的生活。面對瞬息萬變的 COVID-19,我們只 能在勤洗手、維持環境整潔之餘,快速地調整自己的心態、適應新型態生活,在 病毒來襲前早一步做好準備。 除了 COVID-19,這期《科學月刊》也想跟讀者聊聊電力。雖然這二個月氣候忽冷 忽熱,但我們仍不得不為即將到來的夏季上緊發條。近年臺灣用電需求逐年攀升, 夏季高峰期用電量更是屢創新高,加上至今未見停歇的俄烏戰事更衝擊著全球天 然氣供給,導致能源價格大漲。這讓能源高度仰賴進口的臺灣,也開始出現缺電、 限電和電費即將調漲的風聲。 但捫心自問,我們享受著電所帶來便利生活的同時,真的了解臺灣能源供給和發 電系統嗎?是否有好好地認識並妥善地使用電力?為了不再有下一次停電,我們

業務部

業務專員:廖本翔

能做些什麼?

整合行銷專員:林承勳

寫到這裡,突然很想跟著電影中的王秀蓮來場宇宙搖(Verse Jumping),搖到另 一個沒有 COVID-19、沒有物價齊漲、沒有戰爭的平行宇宙。 副總編輯

創刊於 1970 年

本期為第五十三卷第六期

第 630 期

發行於 2022 年 6 月

中華郵政北台字第 0677 號執照登記為雜誌類交寄 行政院新聞局版台誌第 0934 號

科學月刊社

地址:106013 臺北市大安區羅斯福路三段 77 號 7 樓 電話:(02)2363-4910

傳真:(02)2363-5999

網址:www.scimonth.com.tw

李依庭

製版印刷:赫偉有限公司 總經銷 : 聯華書報社

電郵:scimonth@scimonth.one

圖文版權有任何疑慮請洽編輯部,廣告刊登及雜誌訂閱請洽業務部。本刊所刊登文章內容皆為版權所有,非經本刊同意不得作任何形式的轉載或複製。

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特別報導

再次看見「甜甜圈」黑洞!

事件視界望遠鏡 解密銀河系中心的「巨獸」

Sgr A* 距離地球 2 萬 7000 光年,具有 400

萬個太陽質量,是目前已知離我們最近的 超大質量黑洞。(EHT Collaboration)

4

科學月刊

2022.6

採訪 撰稿 趙軒翎

本刊副總編輯。


特 別 報 導

Take Home Message

• 今年 5 月,事件視界望遠鏡團隊發布最新的研究成果,為「銀河系中心的人馬座 A 星(Sgr A*)是個超大質量黑洞」提供直接證據。 • 由於光無法從黑洞中逃出,要看見黑洞就必須觀測黑洞周圍發光的氣體。Sgr A* 黑 洞與第一個拍攝到的黑洞相比較小,氣體繞黑洞一圈只要幾分鐘,因此在觀測時黑 洞的結構會因為氣體不停旋轉而快速變化,提升了影像分析的難度。 • 事件視界望遠鏡連結全球多處的電波望遠鏡,組成一個虛擬的大型望遠鏡做觀測, 未來將納入更多望遠鏡來提升解析度,看到更多黑洞的細節。

2019 年 4 月第一張室女座 A 星系(Messier 87, M87)

產出。同一個時段,EHT也觀測了另外一個位於銀

像,讓黑洞從神祕且難以想像的概念中鮮活地展現

緻密天體⸺人馬座 A 星(Sagittarius A*, Sgr A*)。

中心的超大質量黑洞(supermassive black hole)影

在世人面前。然而,這僅僅是廣大宇宙中的一個黑

河系中心那個很可能是黑洞,但仍缺直接證據的大質量

這幾年間,EHT 團隊陸續發表了多幅 M87 星系黑洞

洞,我們能否看見其他黑洞?

的相關影像,卻一直沒有 Sgr A* 的消息。

三年後,事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope,

直到今(2022)年 5 月 12 日臺北時間晚間 9 點 7 分,

EHT)團隊揭開了第二個超大質量黑洞的影像。

EHT 將全球多座毫米波/次毫米波望遠鏡陣列連結

起來,形成一個有如地球般大小的巨大虛擬電波望 遠鏡,以此看見黑洞。在 2019 年所發表的 M87 星 系黑洞,是以他們在 2017 年為期十天的觀測數據所

EHT 舉辦全球同步的記者會。位於臺灣的中央研究

院、美國華盛頓特區、德國慕尼黑、智利聖地牙哥、

日本東京、墨西哥市,以及中國上海七處的團隊成

員,共同宣布一個重大成果 ⸺EHT 用觀測數據證 實了銀河系中心的 Sgr A*,就是個黑洞!

「40 年前,我剛拿到博士學位,有人問我『我們能 研究黑洞嗎?』,我回答他『不可能,黑洞太小、

訊號太微弱,也太遠了。』40 年後,我們做到了!」 中央研究院院士暨中研院天文所特聘研究員、同時

2019 年 4 月拍攝到的第 一張黑洞影像⸺室女座

A 星系中心的超大質量黑 洞。 ( T h e

Event Horizon

Telescope Collaboration)

也是代表臺灣團隊出任 EHT 董事的賀曾樸這麼說。

這個黑洞好難拍

上次看見的 M87 星系黑洞,與地球距離 5500 萬光年, SCIENCE MONTHLY

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海水淡化新方法? 過濾海水的選擇性奈米膜 水資源短缺的問題日漸嚴重,是世界各國必須面對的重大課題,而使用海水淡化 (desalination)技術也許是其中一個解決方法。目前主要的海水淡化方式可分為 兩種:加熱與反滲透。加熱是利用熱量蒸發海水,使海水冷凝為純水;反滲透則

是利用壓力,迫使海水通過能阻擋鹽分的滲透膜。但這兩種方式都需要消耗大量 (Photo by Thierry Meier on Unsplash)

Vol. 376(6594): 738–743, 2022.

nanochannels with a densely fluorous interior surface, Science,

Yoshimitsu Itoh et al., Ultrafast water permeation through

NEWS FOCUS

能量,在淡化海水的過程中會伴隨著龐大的能源成本。

為了解決這項問題,研究團隊合成了一種以氟為基底的奈米結構(fluorine-based nanostructures)做為過濾膜,成功過濾了海水中的鹽分。而且與目前的海水淡化

技術相比,這些含氟的奈米通道工作效率更快、過濾時需要的壓力與能量也更少。 由於目前測試的樣品僅有單一個奈米通道,未來團隊也希望能夠製造出尺度範圍 更寬、更廣的奈米膜,並探索是否可以應用於其他產業上,例如用於減少工業排 放的二氧化碳或其他不良廢棄物。

科學家首次在月球 土壤中種植出植物 充足的陽光、適當的環境溫度、肥沃土壤等條件是 一株植物長得頭好壯壯的關鍵。想像一塊貧瘠、缺

乏雨水、不是遭到陽光直射就是完全沒有太陽的土 地,有辦法讓植物存活嗎?

近期美國佛羅里達大學(University of Florida)的研 究團隊,嘗試利用 1969 年阿波羅 11 號(Apollo 11)

帶回來的月球表面泥土種植植物,並成功讓阿拉伯 芥(Arabidopsis thaliana)種子發芽。不過在種子成

功發芽的一週後,可能是由於月球表面泥土過於粗 糙、未含地球土壤特有的有機物質或土壤缺乏固有 的含水量等因素,使得這群幼苗看起來有些發育不 良、枝葉與根系的生長速度也比對照組來得緩慢。

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(Jucember, CC BY-SA 3.0, Wikimedia Commons)

研究團隊進一步利用遺傳學技術,分析種植於月球 土壤中的阿拉伯芥,發現這些植物正處於逆境反應, 這顯示月球土壤中的高鹽分、高氧化壓力、高金屬

含量等地球土壤裡不常見的特徵,可能對植物來說 是較大的壓力來源。由於月球是一個非常乾燥的環 境,因此月球土壤中的礦物質如何影響植物的生長、

加入水和養分是否使月球土壤中的礦物更有利於植 物生長?這些都是科學家亟欲探究的答案。

Anna-Lisa Paul et al., Plants grown in Apollo lunar regolith present stress-

associated transcriptomes that inform prospects for lunar exploration, Communications Biology, Vol. 5, 382, 2022.


從致幻植物合成的 新型精神藥物成分 僅生長在巴布新幾內亞(Papua New Guinea)與澳 洲北方的白玉蘭(Galbulimima belgraveana)是一 種致幻植物,它的樹皮長期以來都被當地土著用於

已經開發出一種能合成白玉蘭中化學物質「GB18」 的方法。在研究 GB18 對人類腦細胞的影響時,更發現

GB18 會與鴉片類受體(opioid receptor) 結合,和許

多止痛藥針對的目標相同。不過一般止痛藥會活化 鴉片類受體與它的下游反應,以達到止痛效果;但

GB18 反而會關閉鴉片類受體,研究人員認為這可能 有助於治療憂鬱症與焦慮症。

目前他們也準備進一步研究 GB18 與鴉片類受體結合

治療和宗教儀式。以白玉蘭樹皮沖泡出的茶不僅會

後,究竟會對人體產生哪些其他生理影響。若想將

痛與發燒。為了找出白玉蘭影響人體生理的祕密,

行更多研究才能確認它對於人體是否安全無虞。

讓人產生如夢似幻的感受,據說還可以用於緩解疼

研究人員從樹皮中分離出 40 種化學物質,並嘗試複 製出這些化合物、了解其中的生物學與化學原理。

目前美國斯特克里普斯研究所(Scripps Research)

GB18 應用於抗憂鬱或抗焦慮藥物的話,仍需要再進

Stone Woo & Ryan A. Shenvi, Synthesis and target annotation of the alkaloid GB18, Nature, 2022.

防曬乳成分「二苯甲酮- 3」 為什麼會傷害珊瑚和海葵? 過往許多論文皆指出,防曬乳中的某些化學成分會

Djordje Vuckovic et al., Conversion o f o x y b e n z o n e s u n s c re e n t o

phototoxic glucoside conjugates by sea anemones and corals, Science, Vol. 376(6593): 644–648, 2022.

海葵暴露在含有二苯甲酮- 3 的人造海水裡,並以模

傷害珊瑚,近日發表在《科學》(Science)上的一

擬 24 小時光照進行實驗。他們發現所有在照光情況

(oxybenzone)的化學結構使它能夠吸收紫外線,

死亡;但那些在沒有照光的情況下暴露於二苯甲酮-

的成分。但近年來,一些研究報告指出二苯甲酮- 3

共生藻的海葵,會在暴露於二苯甲酮- 3 和陽光後七

篇研究,找出其中一項可能的原因。二苯甲酮- 3

防止對皮膚細胞的傷害,是一種常添加於防曬乳中 會損害珊瑚 DNA、干擾牠的內分泌系統,並導致珊

下暴露於二苯甲酮- 3 環境的生物,都會在 17 天內

3 的海葵,則活了下來。此外,研究團隊還發現缺乏

天左右死亡,有共生藻的海葵則為 17 天。進一步分

瑚幼蟲畸形。

析海葵和共生藻,發現共生藻體內添加葡萄糖的二苯

anemones)、真蕈珊瑚(mushroom coral)會在二苯

吸收二苯甲酮- 3,保護海葵免於化學物質的影響。

研 究 人 員 發 現, 這 些 與 珊 瑚 密 切 生 活 的 海 葵(sea

由於在實驗室中使用的二苯甲酮- 3 濃度較高,比較

3 轉變為水溶性化合物,並能透過陽光的激發產生自

偏向於模擬「最壞的情況」,因此目前仍不清楚此研

在實驗中,團隊將「有共生藻」和「沒有共生藻」的

視防曬乳對珊瑚的危害。

由基(free radical)造成珊瑚白化、殺死珊瑚。

NEWS FOCUS

甲酮- 3 上添加葡萄糖(glucose) ,使得二苯甲酮-

甲酮- 3 濃度高於海葵細胞,這顯示了共生藻能幫忙

究有多接近真實的珊瑚礁生態系統,不過我們仍需正

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啊,停電了 COVER STORY

近年來臺灣停電頻繁,缺電、限電風聲四起。 但是,對於臺灣的民生用電,我們所知多少? 為了不再停電,我們又該做些什麼?

或許在用電之前, 我們應該先好好認識「電力」。

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!!


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封面故事 · 前情提要

電力何時引進臺灣? 從零探索臺灣電力的發展 黃巧盈 就讀中興大學歷史系,我是雨都的 孩子黃巧盈,感謝電力貢獻,我才 能晚餐享用燒肉。

許馨文 就讀中興大學歷史系,出生於臺南,

人類文明悠久,但使用電力的歷史還不到 200 年;儘管 人類用電歷史不長,但對於電力的應用卻很豐富。即使

到了現代,能源種類繁多,但在使用煤、風、太陽、核能、 天然氣、石油等不同的能源時,仍都是以電力⸺電能 的形式來傳輸,可見電力對人類社會的重要性。

比起糖更喜歡歷史。

吳政憲 中興大學歷史系教授,電子科畢業, 在歷史系教書,研究領域為臺灣科 技與電力通訊史。

隨手可得的電力從哪裡來?

人類最早對電力的探索可能是從遠古時代令人敬畏的閃 電開始,隨著人類文明的成長,科學家發現了靜電和動

物在被解剖時會產生抽搐的動物電,但當時尚未有電力 的概念。到了 18 世紀,美國科學家富蘭克林(Benjamin

Take Home Message 1752 年,富蘭克林的風箏實驗證明了放 電反應,開啟人類長達 200 多年的電力 探索,以及 19 世紀末直流電與交流電爭 奪「標準化」的時代。 19 世紀末,歐美社會逐漸導入電力作為 動力來源,交流電也因具有遠距離傳輸 的優勢,而成為現今的標準電力系統。 歐美電力的發展在 19 世紀末抵達臺灣, 經歷兩次的世界大戰和經濟泡沫化後, 日月潭發電所的電力終於足以 支持社會運轉,發電結構也 往多元配比的趨勢發展。

16

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Franklin)在雷雨中放風箏的實驗,發現了閃電的放電反 應,但仍因為當時技術尚未成熟,無法將閃電的放電轉

為電力。直到美籍塞爾維亞裔物理學家特斯拉(Nikola

Tesla)、美國發明家愛迪生(Thomas Alva Edison)、 美國西屋電氣公司(Westinghouse Electric)將電磁、 線圈、馬達等原理和產品付諸實踐後,才開啟了人類的 用電時代。

19 世紀末,以美國為首的電力發展開始向全美各地及歐 洲擴散,從照明生活到經濟生產,社會逐漸導入電力作

為主要的動力來源。1880 年,在當時美國電燈公司只有 三家的年代,推崇直流電(direct current, DC)的愛迪生 在美國加州門洛帕克(Menlo Park)的實驗所裝上 500


前情 提要

1

2

3

4

5

個電燈,觀者川流不息,甚至在歐洲的工程師還遠

在電力如火如荼的發展趨勢下,更大的發電廠能

可被稱為奇蹟般的景象。1881 年,在第一次啟用

規模愈大的發電廠,發電單價成本也愈低,能提

渡大西洋,從紐約乘專車趕去,只為一睹這在當時 水力發電廠後,對直流電充滿信心的愛迪生更在美

國紐約曼哈頓的珍珠街(Pearl Street)建設六座 大型直流發電機,共用了約 900 馬力(hp)的蒸氣

安裝的發電機組更多,單機裝置容量也不斷擴大;

供國家產品更豐沛的國際競爭力。在此趨勢下, 德國、瑞士、美國都成為大型機電設備的主要研發 與生產商,也讓 20 世紀成為電力科技不斷推陳出

機作為動力,掘開好幾公里的街道鋪設電線,更在

新的世代。

第一次看到 2300 盞光明燦爛的電燈。

電力引進臺灣

然而,這場直流電和交流電(alternating current,

這時電力剛引入日本與中國清朝,隨後也由劉銘傳

勝利。在歷經彼此以電刑、電死大象等手段爭取社

公司營運,開創臺灣第一盞電燈,更開啟臺灣電力

85 座房屋中接上電燈。1882 年 9 月 4 日,紐約人

AC)標準化的爭奪戰,最終卻不是由直流電取得

會輿論、轟擊對手陣營等波折後,交流電最終以能 遠距離傳輸的特性,成為現今的標準系統。而堅持 推廣直流電的愛迪生,直到晚年仍不願接受交流電

讓我們將時間軸往回拉一些,回到 1880 年代前後,

引進臺灣,並聘請丹麥工程師負責規畫,成立興市 時代的新體驗。但由於當時並未開放民間申請電燈

的建置,於是隨著劉銘傳於 1891 年去職,這個所費

不貲的電燈案也隨之結束。接著在 1896 年,臺灣

優於直流電的事實;推廣交流電的西屋電氣,也因

總督府製藥所一邊生產專賣鴉片,另一邊也在廠區

最終破產;發明交流電的特斯拉則因為將專利給

觀,宣揚所謂的文明化與近代性。而在 1896 年另

初期建置成本高,在資金流無法循環流通情況下,

內引進電燈,使用小型燃煤機組並開放臺灣士紳參

予賞識他才華的西屋電氣,晚年窮困潦倒,最後在

外有一個臺北電燈會社的成立案,計畫在大稻埕接

的代名詞。

用電史上第一份市場調查,後因籌資不順而解散。

1940 年代過世,如今他的名字卻成為現代電動車

從這場爭奪戰可以看到,電力從實驗室到商品化的 過程中克服了很多行銷上的困難,而我們現在視為

理所當然的使用習慣,都是當時雙方彼此摸索、不

近淡水河畔的地方興建火力電廠供電,並做了臺灣

這時在世界各地的發電方式也隨著電力的迅速擴展 而開始改變,從火力機組逐漸轉變為水力機組,因 此荒僻山野的水力發電資源調查也隨之展開。

斷修正、改良後的成果。例如燈泡內的燈絲,愛迪

到了 1900 年代,日本商人土倉龍次郎在臺灣建立

才選出碳絲與鎢絲兩種主要材料,但在固著化的科

龜山電廠,這是第一個有史料可考的交流電開發

生與同時代的研發者們可能試過上百種材料,最後 技史論述中,這些細節都已被忽略。

了第一家水力發電公司,並計畫在新店溪上游興建

案,後來因資金問題,由總督府加以收購。在中間

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封面故事 1

為什麼會停電? 臺灣電力供給的現況與挑戰 葉宗洸 核子工程博士,核能系統安全專 業,長期關注國家能源安全與電 力供給。

今(2022)年 3 月 3 日全臺發生大停電,台電公司宣稱,

興達電廠開關廠爆炸當時的供電備轉容量率高達 24.61%

〔註〕 ,而停電的主因則是位於臺南的龍崎超高壓變電所

輸配線路故障,並非缺電所致。不過經濟部事後向行政

院提交的《303 停電事故檢討報告》中,卻明白指出在龍

Take Home Message 臺灣為天然資源不足的國家,因此「能

崎超高壓變電所故障後,中部及北部電網立即與南部電 網切離,隨後因中、北部自身供電不足,最終才會導致 全臺大規模停電。

源取得是否順利」、「備用存量是否充 足」兩大問題,不僅攸關能源安全,更 足以左右電力供給。 從臺灣的發電量趨勢來看,在 2015 ~

供電備轉容量是為了供應突發狀況所預留的可發電 量,備轉容量率則是用於衡量每日供電的指標,大於

10%代表供電餘裕充足。

2021 年期間的火力發電量占比都在八 成以上,未來若再生能源發展未獲得突 破,在核電機組陸續停用後,火力發電 占比持續攀升的情況恐怕難以避免。 關於未來供電,因應非核政策降低核能 發電量,火力及再生能源需補足缺口, 但是再生能源的發展卻不如預期,第三 天然氣接收站也因生態考量延宕完工期 程。面對迭創新高的用電量,第四、第 五天然氣接收站需準時完工才可能應對 供電難題。

缺乏能源的臺灣 電力從哪裡來?

充足且穩定的電力供給關係到整個國家的經濟發展命脈, 各國政府無不因此竭盡心力地確保各式能源的取得無虞。 如果我們檢視世界各國採取的發電方式,可以發現即使 各國來自潔淨能源(泛指再生能源與核能)的電力占比,

相較於上一個世紀已明顯提升,但是對全球絕大多數的 國家而言,會衍生碳排的化石燃料仍是當前的發電主力。

對於化石燃料蘊藏量豐富的國家而言,能源取得並不是 難事,除了自給自足,更有餘量可供出口;至於天然資 源不足的國家,除了全力開發僅有的少量自主性能源,

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前情 提要

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5

不足的部分只能依賴進口能源補齊。臺灣屬於缺乏

源?讓我們先從過去的供電方式看起。依據經濟部

本的用電需求,更必須優先評估各類能源取得的難

發電為主,核能發電及再生能源發電為輔,另搭配

天然資源的國家,因此在電力布局上,除了滿足基 易程度,以及儲存足夠能源量的可行性。

臺灣能源供給高度依賴進口,根據經濟部能源局的

統計資料,去(2021)年的能源進口量占了總供

能源局的資料,臺灣過去十年的電力供給均以火力

略高於 1%的抽蓄水力發電,年發電量在此期間從

2012 年的 2504 億度增加至去年的 2909 億度,上 升幅度高達 16.2%(圖一)。

給量的 98%,而能源總供給量的 45%則用於公用

從能源類別來看,火力發電量在 2012、2013 年略

煤炭及天然氣發電占了最大部分,兩者合計超過八

2017 年甚至較 2016 年大幅增加 157 億度;到了去

發電及汽電共生(cogeneration)〔註〕 ,其中又以

成。由此可知,目前臺灣的發電方式仍以燃煤及燃

氣(天然氣)為大宗,因此「能源取得是否順利」、 「備用存量是否充足」這兩大問題,不僅攸關能源

安全,更足以左右電力的供給。在臺灣,因用量大 小、儲存腹地、儲存方式等不同考量,各類進口能

源的安全存量不盡相同,其中石油為 150 天、煤 炭為 36 天,天然氣則因季節差異為 7 ~ 10 天。如果未來發電方式想要邁向增氣

減煤的道路,那麼現行的安全存量也就 需要再進行調整。 註

低於 2000 億度,占比約為78%;之後便逐年增加, 年,火力發電量已經突破 2400 億度,創下歷史新 高,占比已超過 83%(圖二)。值得留意的是,火

力發電占比曾於 2017 年創下 85.9%的最高值,主

因是當年度部分核電機組的提前除役及政治因素干

擾,使得核能發電量與前一年相比驟減了 93 億度, 因此才會增加火力發電量以滿足需求。

圖一|臺灣過去十年的總發電量變化

(資料來源:經濟部能源局)

汽電共生是一種能源再利用的技 術,將工業製造時產生的多餘熱能用

於發電,例如需要高溫的玻璃工廠,製 造玻璃後剩下的熱能可以提供發電,電 量可以再繼續供給工廠或賣回台電。

火力發電居高不下? 臺灣電力供給的改變

隨著永續發展的聲浪四起,臺灣的電力 供給是否能夠從化石燃料邁向潔淨能

臺灣在 2012 ~ 2021 年的年發電量呈現上升趨勢,從 2504 億度增加

到 2909 億度,增幅度高達 16.2%。

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顯 影

M31 仙女座星系 圖.文|錢昕

全國大學天文社聯盟理事,希望讓更多人能認識觀星 的美妙,畢竟這些東西不能只有我看到。

秋季時朝著北方星空的仙女座方向望去,我們可以透過望遠鏡看到圖中的天體⸺仙女座星系 (Andromeda Galaxy),天文學家和天文愛好者也常用它的編號「M31」稱呼它。

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顯 影

將同樣視野的照片,處理成類似眼睛在望遠鏡中看到的 樣子。如此一來是不是比較能理解為什麼以前的天文學 家,認為仙女座星系是看起來「霧霧的」東西了呢?

大約從 17 世紀開始,天文學家大量地發現夜空 中除了星點外,還有許多看起來「霧霧的」東西, 他 們 稱 這 些 東 西 為「 星 雲 」(nebula, 即 拉 丁 文 中 「雲霧」的意思)。其中一些星雲呈圓形或橢圓形,且帶 有一些螺旋型的亮帶或暗帶,被稱為「漩渦星雲」(spiral nebula)。當時的人們認為,漩渦星雲也許是恆星形成的地方, 而 M31 就是當中最大最亮的一個,因此得名「仙女座星雲」。 但在18 世紀時,德國哲學家康德(Immanuel Kant)等人漸漸開始 挑戰這種說法。康德認為如果從很遠的地方看向當時已知的宇宙(也 就是繁星遍布的銀河系空間),也許就如同這些漩渦星雲一般;漩渦星雲 其實不是星雲,而是一個個「島宇宙」(island universe)〔註〕 。 到了 20 世紀初,隨著科學家對漩渦星雲的分布、 形態、光譜特徵等認識增加,支持漩渦星雲是獨立 星系的證據逐漸增多,但這些發現卻和當時人們對宇 宙的認識有極大衝突。1920 年,美國天文學家沙普利 (Harlow Shapley)和柯蒂斯(Heber Curtis)針對宇宙的 大小以及漩渦星雲的本質進行了公開辯論,後世稱為「大辯

島宇宙是指在大海般

的虛空中,如同島嶼般的 「 宇 宙 」, 在 20 世 紀 初 表示類似銀河系的系統, 也就是星系。

論」(the Great Debate)。雖然這場辯論本身沒有結果,但卻讓這個問題引起大眾關注。 而這場辯論的答案來得比想像中快。美國天文學家哈伯(Edwin Hubble)在1924 年觀測到了 M31 中的造父變星(Cepheid),這種恆星亮度會週期性變化,而且亮度變化的週期與絕對星等存在 對應關係,與視星等相比較便可得到與地球間的距離。由此得知 M31 其實遠在當時已知的宇宙之外, 證實了島宇宙的想法,仙女座星雲也因此被正名為「仙女座星系」。

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專欄文章

從敷衍數學到成為程式語言的先驅

世上首位程式設計師 計師 勒芙蕾絲 蘇意雯

臺北市立大學數學系教授,喜 歡與大、小朋友分享有趣的數

勒芙蕾絲的

水彩肖像畫。

學史故事。

宋致論

政治大學畢業,即將赴聖路易 華盛頓大學攻讀經濟學碩士, Co mm on s)

對學術研究充滿熱忱。

,W

iki m ed ia

Take Home Message

n ai m o D lic ub (P

• 勒芙蕾絲是英國著名詩人拜倫與數學家安娜 貝拉的女兒,母親安娜貝拉安排數學、邏輯課 程,打下她日後研究程式語言的基礎。 • 1833 年的勒芙蕾絲在英國數學家巴貝奇身邊 協助研究,並被巴貝奇設計的計算器「差分 機」吸引,後續也投入他的另一項發明—— 「分析機」的研究。 • 勒芙蕾絲在翻譯一篇分析機的論文時,納入她 自己對機器原理的說明,以及一張通常被稱為 「第一份電腦程式」的表格。她預見了電腦的 潛能,更被計算機科學界公認為先驅人物。

相信讀者都知道每年 5 月的第二個星期日是母親

節,但你是否曾留意過每年 10 月的第二個星期 二呢?

每年 10 月的第二個星期二其實是「愛達.勒芙蕾

絲日」(Ada Lovelace Day),人們會在每年的這 一天慶祝女性在科學、技術、工程、數學(science, technology, engineering and mathematics,

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數不勝數

STEM)領域取得的成就,除了激勵已從事這些行

然而鮮為人知的是,這個當今充滿男性工作者且極

域。儘管目前 STEM 在性別平等方面已取得了進展,

一位女性之手,也就是前面出現過的勒芙蕾絲,因

業的女性外,更希望能鼓舞女性學生投入 STEM 領

蕾絲(Ada Lovelace)是誰,又為何可以成為 STEM 女性努力的典範?

Mathematics

但仍然值得我們繼續努力並做出改變。不過,勒芙

具商業價值與發展潛能的產業,最初可說是出自於 為在科技史上,勒芙蕾絲常被視為是世界上最早的 程式設計師。

一位數學家的誕生

首位程式設計師

相信只要一提到坐在電腦前以精湛邏輯編寫程式的 工程師,大多數人第一個想像到的都是身穿白色或 藍色襯衫、打著領帶的男性上班族。中國工程師學

會於 2020 年釋出「工程師職涯發展與性別差異調

勒芙蕾絲是英國著名詩人拜倫(George Gordon Byron)唯一的婚生子女,但是在她的母親安娜貝

拉(Anne Isabella Noel Byron)刻意安排之下,她 並沒有走上和父親一樣的文學創作之路。

查」的報告內容就指出,在全臺灣各領域工程師中,

勒芙蕾絲的母親對於她成長過程至關重要,熱愛數

對於工程師普遍為男性的印象似乎並非空穴來風,

主」,但是在這段婚姻的後期,信仰虔誠而且生活

女性占比僅 13%;在電子電機類則僅占 8%。大眾 而是確有其事。

學的安娜貝拉在婚前被拜倫稱為「平行四邊形公 保守的安娜貝拉由於無法忍受拜倫的放浪行徑,決 定帶著勒芙蕾絲回到娘家居住。為了不放任孩子成 為像父親那般行事總引發爭議的浪子,安娜貝拉鼓

勵年幼的勒芙蕾絲培養對於數學和科學邏輯的研究 愛好,並投入時間鑽研,這對勒芙蕾絲日後的成就 打下了穩健基礎。

安娜貝拉認為數學是訓練思維的好科目,因此花費 很多精力關注勒芙蕾絲的數學學習。即使安娜貝拉 非常重視數學,但年僅六歲的勒芙蕾絲其實更喜歡 地理,算術對當時的她來說,只是勉強學習以取悅

母親的工具。當安娜貝拉發現勒芙蕾絲更喜歡地理 七歲的勒芙蕾絲肖像畫。(Alfred Commons)

d'Orsay, Public Domain, Wikimedia

而不是算術後,她便堅持抽換一節地理課為算術 課,不久後連當時的家教老師也被撤換了。安娜貝

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專欄文章

圖一:月亮周圍的可疑光暈。(江秉城攝影)

為什麼會看見「華」? 雲的光影魔術秀 江秉城

林彥興

常常不看路,以抬頭發現大氣

就讀清大天文所,努力在陰溝

EASY 天文地科團隊成員,走路

光象為樂,現就讀臺大電機系。

Take Home Message • 當光線穿過一顆水滴時會發生繞射,呈現 明暗相間的同心圓光環圖形,此時光環中 心較亮,愈往周圍愈暗。而當太陽光或月 光穿過很多水滴(雲)產生繞射後,便會 形成我們所看到的「華」。 • 當月光穿過雲中各個不同位置的水滴,使 不同位置的水滴呈現不同的顏色,並從不 同角度進入眼睛後,觀察者就會看到彩色 的月華。 • 月華不易被觀察,主要是因為雲不會由大 小相同的水滴組成。當雲內不同區域的水 滴大小不同時,便不會看到一整圈的華, 而是一片五顏六色的彩雲。

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EASY 天文地科團隊總編輯,現 中仰望繁星。

雲來雲往的月夜裡高掛橘黃色的月亮,相信是多數 人的生活都出現過的場景,不會覺得有什麼特別之 處。但有時那些圍繞在月光周圍的雲卻不是單純被 照亮,而是在月亮外圍呈現一個完美卻有些可疑的 圓盤(圖一)。

其實這些圓盤也不單單是同一種顏色,更不一定只 會出現在月亮旁。當你用屋簷擋住太陽後,會發現

太陽周遭的雲也不是白色的,而是呈現一圈一圈的 彩色光暈(圖二)。太陽周遭先是橘黃色的圓盤, 接著是內藍外紅的一圈,再外圍則愈來愈黯淡。這

究竟是怎麼一回事呢?其實一切都是雲內水滴變的 魔術。接下來,就讓我們一起認識這個有趣的大氣 光學現象⸺華(corona)。


物換星移

天空中的大氣光象

波的繞射原理

知的彩虹與霓。當大氣中存在豐富的水滴,進入水

現象,我們可以從水波通過狹縫的情形了解波的繞

大氣光象是發生在大氣中的光學現象,比如廣為人 滴的陽光經過折射和反射後,不同波長的光會以不 同角度離開水滴。而來自不同方向、不同顏色的光

進入眼睛後,你就會在天上看到彩虹;月亮產生的

月虹也是相同道理,只是月虹往往比太陽照射產生

至於本文的主角「華」,同樣也是與水滴有關的大

氣光象。它看起來就像靠近太陽或月亮的彩色光

盤,中心非常亮,外圈則快速變暗。彩虹的原理是 折射與反射,華則是因為「繞射」(diffraction)。

射。想像將尺橫放在水面上並規律地拍打水面,製 造一列列在水面上前進 的波紋。當波紋撞上有 狹縫的牆面時,絕大部 分的水波都被擋了下

來,唯獨狹縫處能讓波 紋通過(圖三)。不過 當水波通過狹縫之後, 怎麼感覺有點散開了

呢?尤其是狹縫邊緣,

Astronomy

的彩虹黯淡許多,所以難以看見。

「繞射」顧名思義是波可以繞過障礙物繼續前進的

圖三:水波通過單狹縫後的繞射 圖形。狹縫邊緣的波紋是以狹縫 為中心的同心圓,而在狹縫中軸 線上的波比較接近原本的平面 波。白色是波峰、黑色是波谷, 灰色是波峰和波谷的抵銷處。

(Dicklyon, public domain, Wikipedia)

圖二:在太陽周圍、色彩鮮艷的日華。(江秉城攝影)

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科博館研究員楊子睿博士專訪 羅億庭

採訪 撰稿

喜歡科博館裡會動的大恐龍, 本刊編輯。

Take Home Message 楊子睿與研究團隊以質譜儀分析了一窩在江西發

現的竊蛋龍蛋化石,發現在恐龍蛋殼裡具有紅棕

知名科幻電影《侏羅紀公園》(Jurassic Park)、

有顏色」。

對於恐龍的認識與想像,希望能揭開這些遠古巨

最好、也最適當的研究場所,當這些珍貴的化石

的人呢?

藏品,有機會為世人所見。

走入臺中國立自然科學博物館(簡稱科博館),

本也能進行的研究。例如用非破壞性方式分析琥

石標本、研究工具排列在一旁,令人不禁感到興

羽毛顏色與恐龍的樣貌。

楊子睿的工作場所。

色、藍綠色色素,進一步推斷出「恐龍蛋殼其實

《侏羅紀世界》(Jurassic World)開啟了不少人

楊子睿認為「博物館」是對古生物學研究者來說

獸的神祕面紗。那在臺灣,有沒有專門研究恐龍

標本進入博物館,它就屬於國家而非一項私人蒐

70

(123RF)

在疫情期間,楊子睿開始發展不需要親自挖掘標

在研究人員辦公的長廊,可以看到大大小小的化

珀中恐龍羽毛中的黑色素體,就能夠進一步重建

奮又好奇,而這裡就是臺灣的「恐龍博士」——

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科博館的恐龍博士楊子睿,在碩士班研究竊蛋龍類的孵蛋

行為兩年後,進入德國波昂大學古生物學家桑德實驗室, 持續進行恐龍研究。(蔡聿家攝影)

當初為什麼會開始進行恐龍研究?

顧地質與生命科學專業知識的研究領域,而古生物

問起當初會開始研究恐龍的原因,楊子睿娓娓道來。

學便是其中一個選擇。

以前「恐龍」在臺灣是個較為冷門的研究領域,從 事恐龍研究的學者也一直僅有一位,那就是目前已

在 碩 士 班 研 究 竊 蛋 龍 類(Oviraptoridae) 的 孵 蛋

退休的科博館研究員程延年。為了增加臺灣民眾對

行 為 後, 楊 子 睿 遠 赴 德 國 波 昂 大 學(Rheinische

恐龍的了解,程延年在 2000 ~ 2013 年陸續於科博

Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn)攻讀博士,

館策畫四個與恐龍有關的特展,分別是千禧恐龍、

並在古生物學家桑德(Martin Sander)實驗室持續

與龍共舞、水中蛟龍、從龍到獸,並到成功大學開

進行恐龍研究。此外,他也到北京的中國科學院的

設「化石與演化」課程。也是因為這堂課程開啟了

古脊椎動物與古人類研究所中,與古生物學家徐星

楊子睿對恐龍研究的興趣,當時在成大地球科學系

共同研究恐龍化石,期望透過科學分析的方式解開

雙主修生命科學系的他,畢業後一直想找到一條兼

更多恐龍身上的謎團。 SCIENCE MONTHLY

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將遭受哪些阻礙?

科學扮演什麼樣的角色?如果沒有基礎科學,永續發展

何謂永續發展?又該如何實踐?在實踐的過程中,基礎

礎科學永續發展年」(IYBSSD)。

月,聯合國更通過一項決議,宣布2022年為「國際基

有永續發展項目都需要基礎科學的投入。2021年12

能維護環境、保護地球,並表示為了實現這些目標,所

永續發展目標,期望世界各國在追求經濟發展之餘,也

2015年9月,聯合國(United Nations, UN)提出17項

永續發展

根基在基礎科學上的

《科學月刊》631期精采預告