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銀河系行星數量遠多於恆星

臺北天文館_96
・2012/01/19 ・1897字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 534 ・七年級

行星在銀河系中,算普遍嗎?過去我們相信地球的條件在銀河系中相當獨一無二,不過,最新研究結果帶來不同觀點:銀河系裡,質量與地球相近,繞行恆星周圍運轉的行星,總共數量恐怕不下幾十億!擁有一個以上行星的恆星不是特例。研究學者是藉由「重力透鏡法」證實,在繁星似錦的銀河系裡,平均每個恆星至少都有一顆行星伴隨在側。

過去16年,天文學家一共偵測到700多顆系外行星,並且已經開始透過分析它們的光譜和大氣這些方法加以一一探索,無庸置疑地,個別地探究這些系外行星具有哪些特徵,顯然有其重要價值。但有個更基本的問題,人們始終好奇依舊:在我們自己的銀河系中,行星的存在,很普遍嗎?

大多數已知的系外行星藉兩種觀測方法得知它們確實存在,一是偵測到主星對行星因重力拉扯帶來的效果(徑向速度觀測),或者因系外行星經過主星前,導致光度下降,並由望遠鏡精確捕捉到這一短暫時刻發生的「凌日事件」。兩種方法很大幅度都會因為比較容易偵測到質量大或者距離恆星近的行星而結果受到左右-許多行星是用這兩種觀測方法都看不到的!

最近在「自然」雜誌上發表論文的一群國際天文學者團隊,則以另一種方式進行著系外行星觀測研究,這種方式可以偵測到質量範圍更廣、質量大小不同的行星,並且,即便行星與母恆星之間的距離再長,觀測也不受限,這種方法叫做:「微重力透鏡」觀測。

該團隊的主要研究員Arnaud Cassan表示,藉由這種「微重力透鏡」觀測法,從2002到2007的6年當中,他們蒐集到許多和系外行星相關的證據,其中最顯著的發現是,在銀河系裡,行星數量遠比恆星更多、更普遍,並且他們還發現,質量大於地球的「超級地球」和「冷海王星」兩類行星, ,在銀河系裡其實數量很多,遠比巨型行星更為常見。(「超級地球」類的質量大約是地球的2~10倍;「冷海王星」類行星質量約地球10~20倍,以「冷」字代表其軌道離主要恆星甚遠,溫度極低)

在「探索透鏡異常網」(PLANET:Probing Lensing Anomalies NETwork)和光學重力透鏡實驗(OGLE:Optical Gravitational Lensing Experiment)團隊支援下,Arnaud Cassan等人的團隊進行了微重力透鏡觀測的後續追蹤。微重力透鏡這種觀測的原理是:如果行星位於主恆星的重力場中,也就是所謂的透鏡區時,經過透鏡的效應,行星會放大背景恆星所發出的光,這種光度放大的結果如果夠明顯, 望遠鏡便可以偵測得到。(PLANET團隊在這個研究中的任務是:針對一些「後續探索價值較高」的微重力透鏡事件,藉由南半球分布在不同經度上的望遠鏡所形成的網路,執行後續跟蹤,這些望遠鏡的位置從澳洲到南非到智利都有。)

微重力透鏡是一種強大工具,用來偵測系外行星時具有其他觀測技術望塵莫及之優點。但是背景星和構成透鏡效應恆星之間必須連為直線,這是微重力透鏡事件能被觀測到的第一要件,如果要在微重力透鏡事件發生時看得到行星,那就近一步必須要「連行星的軌道也能對齊形成一直線」,如此一來,觀測到的機率便更加低微。

誠如上述,儘管以微重力透鏡法來尋找行星如此不易,但在總計6年的觀測資料中,研究團隊分析後竟得到了3顆系外行星的資料,這3顆系外行星分別代表三種不同質量等級:一顆屬於「超級地球」類,一顆則質量相當於海王星,還有一顆質量相當於木星。以微重力透鏡所需的機率條件來看,這種結果簡直像是中樂透一樣的超級幸運。或者,你也可以換成另一種看法:銀河系中行星的數量本來就是這麼多,閉著眼睛簽,也會簽到中獎號碼。

天文學家於是將三個得到正面觀測結果的系外行星資料拿來和先前的7次觀測合併,並且將6年觀測總資料裡的無明顯訊號觀測結果也一併放在資料庫中分析 (研究團隊表示,以本案為例,無明顯訊號的觀測結果在統計資料中的重要性和觀測有結果的資料同等重要。)經過分析,他們的結論是:在總共6顆恆星中,其中一顆擁有質量近似木星的行星,其半數具有質量接近海王星的行星,2/3則具有質量大小屬「超級地球」範圍的行星。該調查中對行星質量和距離所設的標準是:距離母恆星7500萬公里到15億公里(以太陽系為例,這個範圍含括了從金星到土星),質量範圍:從地球5倍起跳,直到木星的10倍。

綜合各種資料後的結論是,他們強烈主張:平均起來,每個恆星所擁有的行星數量應大於一:「這是普遍定律而非少數例外。」

Daniel Kubas結論說:過去我們以為,地球在銀河系中是多麼特別的不同。不過現在看來,質量和地球相近而環繞於母恆星周圍的行星,在我們這個銀河系裡,恐怕有數十億個那麼多!

加州大學厄灣分校Virginia Trimble發表評論時表示,「在我手上有一張清單,上面列了可以用來找系外行星的方式一共17種,目前只用上了5種,未來,找到更多行星應該不太意外。」(Lauren譯)

資料來源:中研院天文網[2012.01.13]

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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