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科學家觀察到類土星環系統的天體掩蔽遠方恆星的現象

臺北天文館_96
・2012/01/20 ・1731字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 549 ・八年級

來自美國羅徹斯特大學(University of Rochester)和歐洲的天文物理學家Eric Mamajek等人,在半人馬座方向發現一個與土星環類的有趣環系統。Mamajek等人認為很可能觀察到一個外觀與土星及土星環系統類似、正在形成衛星系統的系外行星。

Mamajek等人分析跨國的SuperWASP(Wide Angle Search for Planets)計畫和全天自動巡天(All Sky Automated Survey,ASAS)計畫的觀測資料,研究天蝎-半人馬星協(Scorpius-Centaurus association)中的年輕類太陽恆星的光變曲線(light curve),也就是天體亮度隨時間的變化。天蝎-半人馬星協是離太陽最近、近期已有大質量恆星形成的地區。不過,他們找尋的並非恆星本身的亮度變化,而是被恆星到地球之間任何其他天體遮蔽的可能性。

天文學家曾在2007年初觀測到一個編號為1SWASP J140747.93-394542.6的年輕恆星有為期54天的亮度劇烈變化現象;2010年12月,羅徹斯特大學研究生Mark Pecaut和Mamajek發現這應是個不尋常的掩食現象。經由電腦模擬與實際觀測結果比對之下,Pecaut等人排除這個亮度變化現象是由球形恆星或拱星盤掩蔽的可能性,認為由較小的伴星周圍類似土星光環的塵埃環系統造成的。這個編號為1SWASP J140747.93-394542.6的恆星,質量與太陽類似,但比較年輕,約僅1600萬年(相當於太陽系現在年齡的1/300),距離約420光年遠。

根據他們的研究,如果僅由球形天體通過這顆恆星前鋒,則亮度應會逐漸減暗,達到低點後再逐漸回升。1SWASP J140747.93-394542.6的光變曲線卻沒這麼規矩,而是很長、很深且複雜的掩食現象,掩食過程中,增亮與減暗數度交替出現。在最暗的一段時間,亮度至少比被遮蔽前少了95%。

這個光變曲線的型態與已被研讀過的仙王座EE星(EE Cephei)類似,顯示這個恆星應有質量不大的伴星。然而,它和仙王座EE星的光變曲線又有點不一樣,仙王EE是一顆大質量熾熱恆星,被伴星周圍濃厚的原行星盤遮蔽的結果,可是,其光變曲線中不似1SWASP J140747.93-394542.6的那樣,在被遮蔽過程中還有些微起伏。因此,Mamajek等人大膽假設1SWASP J140747.93-394542.6的塵埃盤不像仙王座EE的伴星那樣是濃厚而連續的樣子,而是像土星環那樣由許多不連續塵埃碎屑細環所組成的。

如果Mamajek等人的猜想為真,那麼這將是天文學家在太陽系以外,首度偵測到光環系統掩食類太陽恆星的現象,同時也是首度在極低質量天體(very low-mass object)周圍偵測到不連續的細薄塵埃環。不過,雖然看似解決了光變曲線起伏的問題,其他問題卻隨之而起:究竟這顆極低質量天體是個棕矮星還是行星?答案的關鍵,在其質量大小。

棕矮星質量一般在13~75倍木星質量之間,因質量不足以點燃或持續進行核融合反應,故無法成為一顆正式的恆星。若質量低於13倍木星質量,一般將認定是顆行星,所以它的型態和光學深度(optical depth,簡稱光深)可與土星環系統相比。

為了確認這個疑問,Mamajek等人計畫利用位在南半球的大型望遠鏡測量這顆恆星的徑向速度變化,也就是它受到伴星的重力拉扯的影響使其位置稍微移動的結果,另外設法利用遮罩法嘗試直接讓伴星的影像顯現出來,藉由這些觀測資料來估計伴星質量,或許能解決它究竟為棕矮星還是行星的本質問題。

除了天體本身的問題外,伴星塵埃環中有2個明顯的環縫(gap)。環縫的出現,通常意味著環縫中有個質量夠大的天體,其重力足以引起讓光環邊緣變得比較平整的「重力塑形(gravitational sculpting)」效應,如同土星環中的牧羊犬衛星一樣。不論是棕矮星還是行星,對Mamajek等人都一樣很有吸引力,因為他們認為:如果這顆伴星是恆星或棕矮星,那麼他們的團隊可能是觀測到恆星周圍的行星形成後期階段;若這顆伴星是類似土星的巨行星的話,那麼則可能是觀測到行星周圍的衛星形成的過程。

假若這個塵埃環的光深隨質量變化的方式的確如Mamajek團隊認為的與土星環類似,那麼這個塵埃環的總質量將與月球差不多。最外側的環距離中間的天體約數千萬公里遠,所以光環的總質量和大小都比土星環大一些。根據觀測結果,這個塵埃環至少含有4個不連續的環,分別被命名為「羅徹斯特(Rochester)」、「薩熱蘭(Sutherland)」、「坎帕納斯(Campanas)」和「托洛洛(Tololo)」,這些名稱的來源,是首度觀測到1SWASP J140747.93-394542.6系統掩食現象以後續觀測用以分析的天文臺名稱。

由於到目前為止,這類事件仍相當罕見,Mamajek等人希望未來能從新的巡天計畫觀測資料中找到更多年輕恆星被正在形成衛星的行星環或正在形成行星的恆星拱星環掩蔽的事件,藉此認識巨行星的衛星系統形成的早期演化階段的狀況。

資料來源:Scientists Discover a Saturn-like Ring System Eclipsing a Sun-like Star[2012.01.11]

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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臺北市立天文科學教育館是國內最大的天文社教機構,我們以推廣天文教育為職志,做為天文知識和大眾間的橋梁,期盼和大家一起分享天文的樂趣!


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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》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》