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天文學家發現迄今最迷你的系外行星系統

臺北天文館_96
・2012/01/17 ・1168字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 516 ・六年級

PlanetLineupKOI961

天文學家從克卜勒太空任務(Kepler mission)的觀測資料中,發現一個迷你行星系統:新發現的3顆系外行星體積大約介在火星至地球之間,甚至比才宣布不久的地球級系外行星Kepler-20e還小,而且非常靠近中間的母恆星。這是到目前為止所發現規模最小的系外行星系統。這些發現不僅顯示銀河系中的行星系統性質相差非常大,也代表克卜勒任務的偵測能力,遠超過天文學家原本預期的程度。

這個迷你行星系統編號為KOI-961,母星KOI-961是顆紅矮星(red dwarf),直徑僅有太陽的1/6,換言之,只比我們太陽系最大的行星—木星還大70%而已。此外,KOI-961距離地球僅約130光年,故從地球上觀察,這顆恆星在天空中的位置變化相當明顯,天文學家藉此查探KOI-961是否受到其他恆星的影響而造成亮度變化,但最後都予以排除,確定發現的的確是行星。

SystemJupiterComparisonKOI961

KOI-961周圍新發現的這3顆系外行星編號分別為KOI-961.01、KOI-961.02和KOI-961.03,其半徑分別為0.78、0.73和0.57倍地球半徑;其中最小的KOI-961.03,只比火星(0.53倍地球半徑)大一點點。這個迷你太陽系的尺度,其實說起來,和木星與其衛星的系統還比較像呢!

克卜勒任務是以凌日法(transit)來搜尋系外行星,也就是當行星經過母恆星前方時,會使母恆星亮度些微下降的現象來偵測行星;必須觀測到3次以上具週期性的亮度下降現象,才能列為可能是行星的訊號。之後再利用地面大型望遠鏡進行後續觀測,確認是否真為系外行星。KOI-961系統的發現,是由美國加州理工學院(California Institute of Technology)天文學家Phil Muirhead領軍的研究團隊,利用克卜勒任務已公開的觀測資料,再利用位在美國聖地牙哥附近的帕洛瑪天文臺(Palomar Observatory)和位在夏威夷的凱克天文臺(W.M. Keck Observatory)進行後續觀測而找到的。他們利用性質與KOI-961幾乎相同的另一顆紅矮星—著名的巴納德星(Barnard’s star)的光譜作為比較,估算這些行星的體積,才發現遠小於原先資料釋出時的初步估計。

雖然這3顆系外行星的質量尚無法確定,不過天文學家認為這3顆行星應該都是類似地球般的岩質行星;然而它們的軌道非常靠近母恆星而非在適居區中,環繞母星一周的時間均小於2天,使其表面溫度過高,至少在攝氏200~500度左右,無法讓水以液態存在於行星表面。到目前為止,已知的系外行星數量超過700顆,不過只有少數是岩質行星。

但是,紅矮星是銀河系中最常見的恆星種類,在這樣的恆星周圍發現岩質行星,顯示銀河系中等待被發現的岩質行星數量可能非常多;天文學家推測,光是從克卜勒任務資料中鑑定出的岩質行星,可能可達數千顆,現在這些發現,都只是開端而已。而整個宇宙中類似銀河系的星系不計其數,因此,或許岩質行星在宇宙中是非常普遍。

資料來源:2012.01.11

  1. KOI-961: A Mini-Planetary System
  2. http://www.nasa.gov/home/hqnews/2012/jan/HQ_12-013_Kepler_Smallest_Exoplanets.html
  3. Smallest Solar System Found
  4. Astronomers Find Three Smallest Planets Outside Solar System

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
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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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科技魅癮_96
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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》