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太陽風中的彗星殘骸

臺北天文館_96
・2012/01/22 ・1077字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 505 ・六年級

C/2011 W3 (Lovejoy)彗星引起的騷動方興未艾之際,一篇由C. J. Schrijver等人在2012年1月20日發表於科學(Science)期刊上,關於太陽風中的彗星殘骸的論文,又在天文圈吹皺一池春水。

2011年7月6日,一顆比Lovejoy彗星還小的另一顆掠日彗星—C/2011 N3(SOHO),衝入太陽大氣層,可是不若Lovejoy彗星那邊幸運,因為這顆彗星在離太陽表面僅約100,000公里之際,被太陽徹底摧毀。一切過程,都被太陽動力觀測衛星(Solar Dynamics Observatory,SDO)記錄下來(點此觀看動態影像 [Quicktime video] )。雖然之前看過眾多掠日彗星消失在太陽附近,但這是天文學家首度目睹彗星近距離越過太陽表面並消失的整個過程,讓天文學家們相當驚訝又興奮。

能夠發現這個事件的關鍵,是彗星在太陽大氣中殘留的物質數量。這顆彗星分解成多達100萬噸的帶電氣體。天文學家相信這些帶電氣體最後會混和在太陽風中,隨太陽風返回太陽系他處。論文作者之一的Dean Pesnell是哥達德太空飛行中心(Goddard Space Flight Center)的SDO計畫科學家,他表示:或許有機會在這些彗星殘渣通過地球附近時,偵測到這些殘餘氣體。

彗星組成成分中含有大量水冰,因此在溫度極高的太陽大氣中分解時,彗星氣體殘骸中必定含有大量氫和氧;當偵測到含有多餘氧元素的太陽風時,可能就是又有顆彗星消失在太陽大氣中的訊號。其他在彗星中含量比例較高的元素,同樣也可當作類似的指標。

彗星殘骸可能相當多。數百年前由一顆大彗星分裂的碎片而形成的克魯茲族掠日彗星(Kreutz sungrazers),大約每天就會有其中一個碎片落入太陽大氣後消失,SOHO太陽觀測衛星時常監測到這樣的彗星自殺事件。每個彗星消失事件都會製造一陣彗星氣體雲,專門監測太陽風成分的太空船有機會能偵測到這股氣體雲。

此外,SDO曾觀測到一些太陽和死亡彗星之間的異常交互作用。當C/2011 N3(SOHO)衝進熾熱的太陽日冕時,從彗核中釋出的冷氣體在數分鐘內迅及被加熱到500,000K以上,溫度高到讓它們在SDO的極紫外望遠鏡(extreme ultraviolet telescope)望遠鏡中閃耀著亮晃晃的光芒,即使明亮的太陽就在其身後也無法掩蓋。這些氣體也很快的因所謂的「電荷交換(charge exchange)」過程而被游離化,因此易受到太陽磁場的影響而被捕陷在穿越日冕的磁圈(magnetic loop)中,造成彗星離子尾在完全消失前的最終時刻,狂野地來回搖擺。

觀察這種太陽-彗星交互作用的景象,可讓天文學家更瞭解太陽大氣的熱能與磁場結構。同樣地,測量彗星殘骸得花多久時間才會通過地球附近,然後藉機測量氣體性質與組成,也是獲得更多訊息的好方法。這些天文學家相信:這些奇特的點子,必定能在SDO的幫助下達成!

資料來源:Comet Corpses in the Solar Wind[2012.01.20]

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》