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飛向宇宙,浩瀚無垠!剖開火箭、太空梭,裡面是什麼?—《太空的故事》

三采文化集團_96
・2017/01/10 ・1637字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 527 ・七年級
  • 【科科愛看書】太空有多大,人類的夢想就有多大!人類看著天空好多年,終於找到方法進入太空,探索與地球截然不同的世界。現在你可能已經對 NASA 發射火箭感到稀鬆平常,但回到最初我們是怎麼「離開地球表面」?在《太空的故事》這本書中,作者剖開火箭、太空梭、國際太空站、火星探測車的外衣,讓你一窺這些太空科技的如何讓人類實現太空夢。

1780 年代,法國發明家在巨大的氣球內灌滿氫氣或熱空氣,使其向上浮力足以將人帶離地面。不久之後,這種裝置已能飛升到數千公尺,並且載人長程旅行。只是這個時候還沒有人想過,人類可以藉由飛行來探索太空。

這項發明成為人們創作故事的題材,其中最特別的是法國作家儒勒.凡爾納(Jules Verne)在 1865 年出版的暢銷科幻小說《從地球到月球》(De la Terre à la Lune),啟發人類展開太空探索的時代。小說描述在美國佛羅里達州,有一座埋藏在地下的巨大砲臺,將載著三個人的太空艙發射到月球上。

由地面發射的砲彈無法抵達太空,但是凡爾納的想法並沒有錯。這些概念與後來一位俄國高中數學老師,康斯坦丁.齊奧爾科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky),在 1903 年發表的論文《利用反作用力設施探索宇宙空間》(The Exploration of Outer Space by Means of Rocket Device)有些相同的地方。在這篇論文中,齊氏所提出的將人送上太空的方法不是透過砲彈,而是另外一種相似的裝置——火箭。

(點擊看大圖)火箭的構造。
(點擊看大圖)火箭的構造。

凡爾納的小說啟發了世界各地的科學家,有些國家成立了研究與發展火箭的機構,甚至進行實際的建造與發射實驗。然而在二次大戰期間,火箭並非送人類到太空旅行的交通工具,而是作為長程的攻擊武器。

1950 年代,美國與蘇俄展開了太空競賽。這場競賽由蘇聯奪得首勝。1957 年 10 月 4 日在蘇聯秋拉坦(現在的哈薩克)火箭發射基地,一枚改造過的 R-7 火箭從這裡升空。火箭不再攜帶彈頭,而是全世界第一枚人造衛星史波尼克一號(Sputnik 1)。

1969 年 7 月 16 日,三名美國太空人搭乘阿波羅十一號,在歷經四天、航行將近 40 萬公里、繞行月球十三圈之後,登月小艇「老鷹號」從指揮艙「哥倫比亞號」脫離,並且開始下降。兩個半小時後,老鷹號平安降落在月球表面的「寧靜海」(Sea of Tranquillity)。狹小的艙門於降落六個半小時後開啟,阿姆斯壯走下九級階梯,踏上月球表面。就在這一刻,火箭終於完成它被賦予的最初任務。

將人類送上太空,甚至是更遙遠的月球,是一項空前的成就。然而讓太空人平安回到地球,同樣也是一項艱鉅的任務。一直以來,太空人都是乘坐一個空間狹小的返航艙,外層裹著隔熱盾以抵抗降落時產生的高熱,並且在離地面數公里處開啟降落傘減速。這些方法都經過多次嘗試與測試,並且成功載著人類往返太空。但火箭和太空船造價昂貴,卻只能使用一次,實在有點浪費。唯一完整回到地球的只有返航艙(也就是出發時太空人乘坐的指揮艙),但是也無法繼續用在別的任務上。

1969 年,美國太空總署開始建造可重複使用的太空船,並於 1981 年成功發射。美國總共造了五架太空梭,執行了一百三十五次的太空任務。儘管在太空梭的發射過程當中,還是有許多無法回收利用的部分,是這項發明仍舊是科技發展的重要里程碑。它具備革命性的耐熱防護措施,在重返大氣層後能夠像飛機一樣降落,而且能載運的物資和太空人比以往任何火箭搭載的小艇或太空船更多。

(點擊看大圖)太空梭的構造。
(點擊看大圖)太空梭的構造。

儘管美國太空總署的太空梭皆已退役,但人們依舊沒有放棄開發可重複使用的太空載具,仍有不少私人機構在研究各種新型的太空梭。未來,這些太空梭將實現人類太空旅行的夢想,甚至載著人類移民月球與火星也說不定。


《太空的故事》書封

 

本文摘自《太空的故事》三采出版。

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三采文化集團_96
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閱讀在生活中不曾改變, 它讓我們看見一句話的力量,足以撼動你我的人生。而產生一本書的力量,更足以改變全世界


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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
15 篇文章 ・ 12 位粉絲
《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》