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癮科學：鋰離子電池

由 Andy Yang 於 24 days 之前發表

小薑上上個禮拜去工研院進行了一次訪問，題材是「不會爆的鋰離子電池」（猜薄膜喇叭的都猜錯啦 XD）。不過在講到怎麼且阻止鋰離子電池爆炸前，讓我們先來了解一下鋰離子電池的原理，以及為什麼它會爆炸吧！

為什麼用鋰離子電池？

相較於其他種類的充電電池，鋰離子電池有許多優點，這其中最重要的一個，就是它的能量密度。鋰離子電池的電極一般是用鋰化合物和石墨（純碳）所構成，兩者都是非常輕的材料，同時鋰也是一個反應性非常強的元素，因此原子的鍵結中可以存放更多的能量。這兩者相加，就意味著在現有的充電電池中，想擁有同樣的蓄電量的話，鋰離子電池是最輕的，適合手機、筆電、數位相機等隨身物品使用。此外，鋰離子沒有記憶效應，也就是說鋰離子電池不必先把電力放光才能再充電，而且蓄電量也不會太快減少，大約每個月減少 0.1% 的電力（算上保護回路的需求也才 5%，鎳氫電池大約每個月減少 20%）。最後，它還可以歷經數百次的充放電，依然生龍活虎。

但鋰離子電池也有缺點。其中最主要的一個，就是它的總蓄電力（最大電量）會隨著出廠時間增加而減少 -- 無論你用不用鋰離子電池，出廠 2~3 年後電池的最大蓄電力都會大幅降低，甚至無法使用，因此「買了放著」是完全錯誤的做法。其次，鋰離子電池很怕熱，在高溫的環境上最大蓄電量降低的效應會被加速，這部份後面會再補充。再者，鋰離子電池也怕過放電，一但放電超過某個程度，電力可能會再也充不進去。當然，鋰離子電池還有會爆炸的危險，這是大家都知道的。

為什麼鋰離子電池會爆炸？這要從它的化學性質談起...

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癮科學：失敗率超高的火星任務

由 Andy Yang 於 1 month 之前發表

一個新的禮拜，一張新的科學好圖。只是為什麼最近的好圖都是以太空探險為主題，就不得而知了XD。

在火星周圍一共有五個虛線的圈圈，最內圈是有可移動的探測機器人的任務，目前只有三個，分別是 Sojourner (Pathfinder)、Sprit 和 Opportunity。後兩者於 2003 年發射，竟然到現在還在火星上活躍著，真是個非常了不起的成就。向外的第二圈是成功降落火星表面的任務，算上 Sojourner 的基地（所以這個任務有兩個點)，歷來一共也才只有六個而已。其中蘇聯佔了兩個，美國佔了四個。美國的前兩個任務是維京 1 號和 2 號，是一組以尋找火星生命為目標的探測船，可惜因為科學家對收集來的資料有爭議，最後得到的結論是「沒有結論」。從此以後地球上的人們在好長一段時間內都失去了對火星的興趣。最近重啟的火星探測計畫，打算從基礎開始一步步的確認火星是否有支持地球類生物存在的可能，這部份以鳳凰號任務尋找火星表面有沒有水的存在起頭，接下來則是有能力做更進一步完整分析的地表探測機器車 Mars Science Laboratory ，預計 2011 年底發射。

[全圖]

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癮科學：逃脫重力井 - 50 年來離開地球軌道的太空任務

由 Andy Yang 於 1 month 之前發表

哈哈哈，標題訂得很龐大，但其實只是一張出自 National Geographic 的圖啦！在這張圖上，每一次的太空任務皆用一條線表示，其中（這部份是根據我自已的判斷，因為好像沒有圖說）淺黃色是成功的美國任務，深黃色是失敗的美國任務；淺紅色是成功的蘇聯任務，深紅色是失敗的蘇聯任務。以此類推，綠色系是歐洲太空總的任務，藍色系是日本太空署的任務。

大部份的任務都集中在月球、金星和火星上。前往月球的任務總數是當仁不讓的第一，共有 73 次之譜，其中代表阿波羅任務的那一系列淺黃色的線頗為耀眼。前往金星的任務共有 43 次，竟然比去火星的任務還多 3 次，只是似乎只有蘇聯對金星特別感興趣，除了稀稀疏疏的 7 個美國任務外，其他都是蘇聯的任務。另一邊，火星任務的失敗率是出了名的高，所以火星周圍的光環好像也特別暗淡。17 次成功對上 23 次失敗，火星真是個燒錢的行星啊 XD，所幸近來的幾個任務都很成功，為我們帶來了不少新的科學資訊。

離開內行星的探測衛星就少了，而且都是美國的天下。先鋒 10 號、11 號和航海家 1 號、2 號先後拜訪了木星，但先鋒 10 號卻沒能繼續前往土星，超越土星的行星天王星和海王星則只有航海家 2 號拜訪過。這四顆探測衛星是目前最遠離地球的人造物體，下面的圖上可以看到它們在太陽系中的相對距離。以固定行星為目標的探測衛星還有前往木星的伽利略號和前往土星的卡西尼號，其中伽利略號在完全任務後撞毀於木星，卡西尼號則還在土星軌道上努力工作著。最後一個前往外行星的探測衛星是「新地平線號（New Horizons）」，2006 年初發射的它，短短兩年多就已經衝過了土星的軌道，目前在土星和天王星之間，預計 2015 年抵達目標冥王星。

其他任務包括兩次前往水星、9 次前往太陽（應該說是以太陽為任務目標）、還有 17 次前往小行星或彗星。我們目前對太陽系的了解大多來自於這些探測任務，但是除了火星、木星和土星外，大部份的任務都是在上一世紀 60、70 年代，太空探險的黃金時代進行的。不知道什麼時候人類才能重拾太空探險時代的雄心，為這張圖再多增添幾個圈圈？

[大張的圖 ]

癮科學：下一個足以比肩登月的成就是什麼？

由 Andy Yang 於 4 months 之前發表

這個禮拜，我們慶祝了人類登月四十周年。在緬懷前人的勇氣、精神和成就的同時，我們不禁要捫心自問：在這四十年間科技進步了這麼多，但我們做了什麼事情，能和當年登月的成就相比？有什麼事，是我們可以大聲的對先輩們說「你看，我們一點也不比你們差」？Popular Science 提出了五個或可比肩登月的「成就」，這五個都是要政治、經濟、科學，和最重要的，一般民眾的鼎力支持才有可能成功，一如當年的登月計畫。從甘迺迪總統提出，到人類終於站上月球花了約十年，因此我們也以十年為期，探討這些成就達成的可能性。

只能說，前途漫漫啊...

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癮科學：哈伯太空望遠鏡（下）

由 Andy Yang 於 6 months 之前發表

下集從 1993 年哈伯終於修復完成開始說起，來談哈伯太空望遠鏡的太空觀測與重要貢獻。上集由此去

哈伯處在相當低的軌道，離地僅 559 公里。之所以在這麼低的軌道，是為了要方便太空梭在未來進行維修工作（事實證明這是個正確的決定），而且目前為止已經進行過四次的維修任務，而第五次則是正在進行中。但是哈伯的低軌道，也意味著哈伯的觀測作業會受到各式各樣的限制 -- 在一邊是地球，不僅被地球遮到的物體無法觀測，地球反射的太陽光也會對哈伯造成類似「光害」的效果，因此地球周圍一定範圍內的太空觀測效果也會打折扣。另一邊是太陽，和地球一樣，太陽周圍也有一大塊的範圍是無法觀測的。除了太陽和地球之外，月球偶爾也會出現來露個臉，但隨著月相的變化，月球對哈伯觀測的影響也是不定的。因此，哈伯只有在遠離黃道面，朝向上方（大約是地球的北方）和下方（南方）兩個方向才能持續地觀測。其他方向就算沒有太陽和月球搗亂，每一圈軌道（96~97 分鐘）都會有一半的時間是被地球遮著的。

除了這些天文上的因素的限制外，哈伯本身的低軌道意味著哈伯會持續和大氣磨擦。磨擦的力道很小，但卻會讓哈伯的軌道飄浮不定，六個禮拜（一個半月）的預估位置可以誤差到 4000 公里以上。因此哈伯的觀測都是幾天前才預定的，太早設計好觀測計畫，反而可能時間到了會剛好被什麼擋到。

哈伯還有一個很奇妙的額外限制，就是通過南大西洋上空時也無法觀測。這是因為范艾倫幅射帶剛好在這裡碰觸到地球的上層大氣，如果開啟觀測儀器的話，很容易不小心把儀器給燒了。

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癮科學：哈伯太空望遠鏡（上）

由 Andy Yang 於 6 months 之前發表

世界上的著名天文台很多，大望遠鏡也不少，但卻沒有一個望遠鏡能像哈伯一樣家喻戶曉。前兩天亞特蘭提斯號太空梭升空，準備進行哈伯太空望遠鏡第五次，也是最後一次的維修/升級任務，所以小薑打出兩篇癮科學來紀念這個重要的里程。上篇是哈伯簡短的歷史，下篇則是哈伯的觀測與成就。

這次的維修任務預計將哈伯的服務年限延長到了 2013 年，但在那之後，我們還是要面臨著哈伯望遠鏡該何去何從的問題。哈伯能不能有好個結局？沒人知道，但在這之前，我們先來看看哈伯的故事吧！

p.s. 下集由此去

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癮科學：比貴金屬更稀有

由 Andy Yang 於 7 months 之前發表

原圖

傳統上以來，金、銀、鉑等金屬因為不容易氧化、變性，因此被當作是重要的貨幣和交易媒介。但隨著科技發展，不僅這些金屬找到了新的用途，許多本來用途不大或用途不明的金屬也漸漸進入了我們的視野。現代的「貴」金屬是什麼？New Scientist 整理了一張圖，告訴我們幾種在現代科技中佔大頭的元素，大約在地球上還有多少存量 -- 相較之下，石油算是存量豐富的了 @@。

圖中的棒子中，靠外側的淺色棒子是依現行消耗速度的存量，而內側的深色棒子是依照美國消耗速度的一半來計算的存量。實際上的數字大約會介於這兩者之間，因為開發中國家在未來幾年會繼續發展，所以要維持現狀是不現實的，但大概也很難到美國消耗量的一半。同時，這個估計值是照著現有的技術計算的，當新的技術出來後，可能會有某些元素的消耗量增加，某些會減少。

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癮科學：無中子核融合（就是鋼彈裡用的那種）

由 Andy Yang 於 7 months 之前發表

因為核融合那篇出乎意料之外的熱門，而且很多人都有提到鋼彈裡的氦3 - 氘反應和「米諾夫斯基物理學（呃...）」，所以小薑就特地查了一下資料。看看這兩者有沒有科學真實性的存在。顯然的米諾夫斯基粒子（和延伸而來的 I-Field、米加粒子）完全是虛構的，但氦3 - 氘反應卻是非常真實的一個存在，是幾種稱為「無中子核融合（Aneutronic Fusion）」反應中的一種。先前提到過最容易實現的 D-T 反應和 D-D 反應的產物中都有中子，因而各有各的安全顧慮 -- D-D （氘-氘）反應會產生中子轟炸周圍的材料，使周圍的材料幅射化，而 D-T （氘-氚）反應除了同樣會產生中子之外，氚還有幅射性。相較之外，無中子核融合追求的是不僅原料沒有幅射性，反應本身也不會產生中子，成為完全「乾淨」的核融合。

然而，美好的事物通常只存在於紙上...

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癮科學：核融合

由 Andy Yang 於 7 months 之前發表

就當這是科幻與現實的番外篇吧！只是好像核融合比較接近現實一點 :p。

現代的核電廠使用的發電技術，稱為「核分裂」，是利用中子撞擊一顆重原子（通常為鈾或鈽）後，重原子會「分裂」成兩顆輕的原子，並在過程中放出能量。核融合則是相反的過程，將兩顆輕的原子核對撞後，形成一顆較重的原子，並在過程中放出能量。不論哪一種，能量的來源都是核反應的過程中減少的質量，透過愛老的著名公式 E=mc² 轉換。

核分裂技術最早在 1940 年代初試驗成功，1954 年蘇聯就有第一個核能發電廠在運轉了。相較之下，核融合（亦稱核聚變）技術大約在 1950 年代初試驗成功，但直到五十多年後的今天，仍然是個近在眼前，卻搆之不及的夢想。核融合技術到底是為什麼這麼吸引人？為什麼經過這麼久的研究還沒有個結果？

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科幻與現實：終章

由 Andy Yang 於 8 months 之前發表

終章要來談什麼呢？就來談談科幻本身吧！科幻小說和幻想小說最大的不同，就是幻想小說給我們的是一個「不可能」的世界，而科幻小說給我們的，卻是個「不可行」的世界。不可行只是暫時的 -- 很多時候是某種新發現的科學原理，或是某種新技術，就能讓從前的不可行，變成可行。從某些程度上來說，科幻小說就像是一部預言書，小說的作者用合理的方式，預言出一個未來，去推測未來這些技術成熟後，對人類、對世界的影響。而事實證明，這些預言不僅很多都已經成真，甚至有更多，是因為科幻小說裡提過某些概念，才有人去真的將它實現出來的。

最早期科幻小說和幻想小說的分界是很模糊不清的，畢竟對以前的作家來說，「科學」和鍊金術差不多，都和魔法沒兩樣吧？一千零一夜裡有些故事或許可以歸類為很早期的科幻小品，還有像格列弗遊記這種努力將幻想的元素合理化的小說。進了現代科學的年代裡，才有真正可以安全的「科幻」這個名詞的作品，其中的第一部大概是刻卜勒的作品 Somnium，於 1634 年出版。刻卜勒並沒有打算寫一部科幻小說 -- Somnium 的故事旨在描述一位觀察者站在月球上觀察地球時的景像，用以解釋地動說，但因為刻卜勒還加了一點故事描述人是怎麼到月球上的（做了個夢），所以被當成是現代科幻小說的開山始祖。

第一部嚴格定義的科幻「小說」，一般認為是英國作家 Mary Shelley（女生喔～）在 1818 年出版的名作科學怪人（Frankenstein）。科學怪人橫跨了很多領域：恐怖故事、瘋狂科學家、人體實驗、創造生命，而且帶有很重的道德與社會批判成份 -- 這其中很多都是未來科幻小說中一再出現的元素。（補充一提，英文的書名 Frankenstein 指的是那個瘋狂科學家，不是他創造出來的科學怪人。科學怪人從頭到尾都沒有名字。）有趣的是，Mary Shelley 還寫了另一本小說 The Last Man，講的是全世界遭受瘟疫，故事中的主角們一個一個死去，只剩下最後一個人的故事。在現代看來這是個老掉牙的劇情（但多少是票房保證），但當時竟然賣得非常不好，被批評的一文不值。不知道那些評論家到了現代看到我們的這些災難片，會不會暈倒？

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