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天文學家在遙遠恆星系統中發現複雜有機分子

臺北天文館_96
・2015/05/02 ・1401字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 572 ・九年級

美國哈佛史密松恩天文物理中心(Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics,CfA)天文學家Karin Öberg等人利用位在智利高原上的阿塔卡瑪毫米/次毫米電波陣列(Atacama Large Millimeter/submillimeter Array,ALMA)首度在一個年輕恆星周圍的原行星盤(protoplanetary disc)中,發現與生命築基有關的複雜有機分子,顯見宇宙中能孕育出類似地球與所在的太陽系的環境並不是獨一無二的。

Artist impression of the protoplanetary disc surrounding the you

這個年輕的恆星編號為MWC 480,年齡僅約100萬歲,與我們太陽步入中年的50億歲相較之下,簡直就像剛誕生的小娃娃一樣。這顆恆星位在金牛座恆星形成區(Taurus star-forming region),距離地球約455光年,質量大約為太陽的2倍。它周圍的塵埃盤是新近才從又冷又暗的塵埃氣體雲凝聚而成,從ALMA觀測資料中還看不出有行星正在形成的訊息,不過應該與以前曾研究過的金牛座HL星處在類似的年齡階段,且有著類似的結構。(註:MWC是「威爾遜山B型與A型星表(Mount Wilson Catalog of B and A stars)」的縮寫,這些恆星的光譜有非常明亮的氫譜線。)

ALMA觀測發現MWC 480周圍的原行星盤中含有大量的氰甲烷(或稱乙氰或乙腈,methyl cyanide,CH3CN),數量多到足以將地球的海洋填平。氰甲烷是種複雜的碳基分子,和它的表親氰化氫(hydrogen cyanide,HCN)都曾在恆星新形成的原行星盤外圍寒冷區域中被發現過,天文學家們相信這個地方應該相當於太陽系的古柏帶(Kuiper Belt)所在之處,而太陽系的古柏帶是眾多冰質微行星(planetesimal)和彗星的家鄉。

彗星內部含有太陽系早期行星形成階段的原初物質。一般認為年輕地球上的水和有機分子是來自太陽系外圍的彗星和小行星帶來的,所以地球最初的生命必定有這些天體的參與。而藉由研究彗星和小行星,天文學家已知太陽系由中誕生的太陽星雲充滿了水和複雜有機分子。而MWC 480原行星盤中偵測到大量氰甲烷,顯示宇宙中也有其他地方類似太陽系誕生的化學環境;再進一步的暗示,就是:宇宙中除了地球或太陽系外,必定還有其他能形成生命發展條件的恆星星統,換言之,地球在宇宙中一點也不特別!

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天文學家已經知道那些低溫黑暗的星際雲中有時是非常有效的複雜有機分子製造廠,包括氰化物家族。氰化物,尤其是氰烷是非常重要的有機分子,因為它們含有碳-氮鍵結,是形成氨基酸的必備原料,而氨基酸又是建構蛋白質的基礎,而蛋白質正是生命建構的基石。

在此之前,天文學家還是沒搞清楚同樣的複雜有機分子一般形成後,是否能在新形成的太陽系的嚴酷環境下生存下來?因為,畢竟這些新恆星會發出能輕易摧毀化學鍵結的強烈輻射和震波。在ALMA的幫助下,天文學家終於有機會搞清楚了!這些複雜有機分子不僅能逃過新生恆星輻射和震波的摧殘,甚至還能繁衍得愈來愈茂盛。

重點是:ALMA偵測到的這些複雜有機分子的含量比在星際雲發現的還豐富許多,這讓天文學家們瞭解到原行星盤是合成複雜有機分子非常有效率的地方,在很短的時間內就可以形成大量複雜有機分子,使得形成的量超過被破壞的量,這才能在這些原行星盤中偵測到如此大量的複雜有機分子。此外,ALMA的觀測也發現這些複雜有機分子大多數聚集在離中央星約45~150億公里之處(相當於海王星軌道至朝銀心方向的太陽系邊界),這個距離雖然以太陽系的標準而言相當遠,但以質量約為太陽2倍的MWC 480而言,卻正好是它的彗星形成區。

由於這些行星系統還在持續演化,天文學家推測未來這些有機分子可能可以安穩的鎖在彗星和其他冰質天體中,並運送到能培植生命的環境中。

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資料來源:

本文轉載自網路天文館

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臺北天文館_96
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快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

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連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

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在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

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地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

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地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

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許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

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地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

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此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

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