數位時代的認知

有人在討論大麻合法化，那迷幻蘑菇呢？

迷幻蘑菇這個吃了會 chill 的酷東西在國內歸屬於第二級毒品，但全世界用這玩意兒的人可不少。

它不只會出現在墨西哥的通靈體驗，神經科學家也認為它可以用來研究大腦；精神科醫師想看看它對精神疾病的療效；甚至連專門查禁毒品的 CIA，都曾經想要「利用利用」這個好東西！ 迷幻蘑菇有多神奇？裡頭的「裸蓋菇素」除了讓你 chill，還有哪些神奇效果？

人類使用迷幻蘑菇已經九千年了？

九千年前就有人在吃迷幻蘑菇？

有歷史學家認為，這類致幻菇早在距今九千年前，就已經是北非原住民愛不釋手的好物，他們甚至還把菇菇們刻到岩畫裡。中美洲則有阿茲特克人當嗑菇代表，嗑的是一種名叫⋯⋯teonanácatl 的東西。我也不會念，反正大概是「眾神之肉」的意思。如今我們知道，當時他們使用的就是墨西哥裸蓋菇。當時人們認為用了它，就可以和神明溝通無礙了。

1950 年有人驗證了這件事，真菌學家高登・沃森為了更瞭解墨西哥裸蓋菇的神奇之處，來到墨西哥南部的瓦哈卡州，見證馬薩特克民族的薩滿儀式。之後，沃森的好友亞伯特・霍夫曼從這些墨西哥帶回的菇中，成功萃取出「裸蓋菇素」和「脫磷酸裸蓋菇素」。他們將藥丸送回瓦哈卡，交到了負責執行秘密儀式的巫師莎賓娜手中。¹ 看到莎賓娜親自服下這顆「仙丹」後回報的體驗，霍夫曼等人大喊「警察杯杯就是它」（逼）——看來古老儀式的通靈效果，八九不離十就是裸蓋菇素在那邊作怪。

不只通靈巫師，連 CIA 也想好好利用迷幻蘑菇！

裸蓋菇素的研究引起了美國中央情報局 CIA 的注意，不過不是因為什麼違法亂紀的問題，而是他們⋯⋯也想「瞭解更多」！1950年代 CIA 有項名為 MK-Ultra ² 的精神控制計畫，希望找到一些可以作為吐真劑、審訊和行為操縱工具的潛力藥物。他們的實驗藥物包括裸蓋菇素、迷幻藥 LSD、嗎啡、海洛因、一種萃取自仙人掌的致幻劑麥斯卡林等，並在監獄、醫院、學校，甚至從巧立名目的慈善基金會裡招募試驗對象。³

結果不試不知道，一試嚇一跳，裸蓋菇素的幻境令許多人為之瘋狂。據傳，曾參與這項實驗的美國歌手羅伯特・亨特曾經這樣點評這個奇幻旅程：「看在上帝的份上，請允許我保持精神錯亂吧。」雖然如此，MK-Ultra 計畫後來還是受到負評居多，畢竟這當中許多藥物都有危害健康的可能性，違反了法律裡的知情同意權之外，也踩了人道底線。

除了被強迫食用，很多人也「自願」嗑菇？

1960 年代的哈佛大學心理學家蒂莫西・利禮，就在經歷過致幻菇帶來的深刻體驗後，馬上回到哈佛建立「裸蓋菇素計畫」，利用實驗室製作的裸蓋菇素，與團隊夥伴在美國麻州一棟豪宅的客廳裡集體嗑菇。

利禮不只邀請當時主要的宗教研究者休斯頓・史密斯，以及英國作家奧爾德斯・赫胥黎加入，還前後找來了超過兩百位的受試學生。後來有大半的參與者認為，這不僅是一趟愉快的旅程，還改善了他們的生活。而且，利禮自己也嗑了一些裸蓋菇素，對此他曾解釋，研究者得跟受試者處在相同的精神狀態中，才能在實驗發生的那一刻，理解對方經歷了什麼。嗯⋯⋯真是個好藉口？但有部分人士擔心「研究致幻劑」和「促進娛樂用途」之間的界限被模糊了，也高聲疾呼研究計畫可能變相成為某種群嗑派對⋯⋯欸不是，根本就是啊！後來他與團隊中的學者夥伴，也確實陸續遭到解雇。⁴

所以，裸蓋菇素到底真的對身心靈有好處，還是只是讓你 chill 的迷幻藥？別急，先讓我們看看如果接觸到迷幻藥，我們的身體會產生哪些變化。

迷幻蘑菇是毒還是藥？

迷幻藥物有哪些？

除了裸蓋菇素以外，一般所說的致幻劑或迷幻藥物，還有麥角酸二乙醯胺 LSD、仙人掌毒鹼、搖頭丸 MDMA 或大麻等等，它們都能讓人產生幻覺、改變意識、扭曲知覺和情緒。⁵ 這些具有精神活性的物質，能夠穿越血腦屏障、直接作用在中樞神經系統上，改變大腦神經的傳導。⁶

人們會迷戀致幻劑，通常來自於使用後思想和情緒因而改變的效果，或是體驗到情感與精神上不可名狀的愉悅。於是有些人服用這類藥物，便是為了改善心理狀態，或是緩解疼痛和壓力。

那麼，吃下裸蓋菇素會有什麼反應呢？

這玩意吃了之後，除了造成精神層面的影響，不少研究都指出在生理方面會導致血壓上升、心率加快、瞳孔放大、視覺扭曲等方面的可能變化，也曾有調查發現，近四分之一的體驗者出現嘔吐和噁心等症狀。緊隨其後的，則是放鬆、暈眩、欣快感和視覺增強等知覺扭曲。美國國家藥物濫用研究所 NIDA 的官方資料則是提到，服用這類致幻劑，人們的行為可能會產生快速波動，比方說從激動好鬥到鎮靜放鬆。聽起來要麼嗨嗨的，要麼就是有點 chill，沒什麼不得了的，但如果劑量沒有把控好，或因為身體條件等因素，也可能會發生心律失常、癲癇、肌肉強直或急性腎功能衰竭等問題 ⁷。

為什麼裸蓋菇素能有迷幻的效果？

事實上造成迷幻感的主角並不是裸蓋菇素本人。當裸蓋菇素進到體內，會經過去磷酸化反應後形成「脫磷酸裸蓋菇素」。這個脫磷酸裸蓋菇素能和大腦皮質錐體細胞上的血清素受體 5-HT_2A 結合 ⁸，進而阻斷大腦前額葉皮質處、包含預設模式網路在內的諸多神經傳導。這邊提到的預設模式網路指的是一個存在於大腦內的網路，連接了許多區塊。與「自我意識、自我參照、內省」的腦部活動有關，通常在你放空、陷入回憶時，沒有明確任務時，這片網路就會自動開啟。而當你開始處理有目標的重要任務時，這個網路又會關閉。這樣你就知道這個網路為什麼會被稱為「預設模式」。

預設模式網路過度活躍，可能會導致焦慮。反過來說，當裸蓋菇素降低預設模式網路的活性，就會關閉這種自我反思的內省行為，人們的自我邊界變得模糊，導致一種「自我溶解」的感覺，放大對周圍世界和他人的開放性和連結感。這種自我意識的減弱，可以促使人們突破固有的思考模式和行為模式，使他們能夠從更廣泛、更整體的視角來看待自己和世界！

沒錯，有看過 EVA 一定馬上發現，這不就是人類補完計畫嗎！碇源堂你還造什麼使徒，直接把裸蓋菇素發下去啊！

迷幻蘑菇的好處？

迷幻蘑菇能帶來好處嗎？

看到這裡，是不是覺得裸蓋菇素除了帶領人類進入超現實的世界，還有⋯⋯通靈之外，似乎沒什麼太大的用處？

事實上，最近幾年陸續有證據指出，在醫療監督下對病患施予裸蓋菇素，用來治療某些精神疾病是有潛力的。比方說，它能改善強迫症患者在情緒、社交、工作與生活品質上的表現 ⁹，也能減輕憂鬱症狀長達兩週的時間 ¹⁰，甚至對「重度或難治型憂鬱症」也有用。

迷幻蘑菇甚至能反過來解決患者對其他物質的濫用問題。在以裸蓋菇素輔助的心理治療中，酒精成癮患者大量飲酒的天數明顯下降。¹¹ 至於菸癮，接受兩到三次中度至高劑量的裸蓋菇素後，老菸槍們居然能戒除菸癮長達十六個月以上。¹² 更驚人的是，不只有菸酒，服用中高劑量的裸蓋菇素，竟然也有機會減少大麻、鴉片類藥物和興奮劑的用量。¹³

欸等等，迷幻蘑菇為什麼對戒菸、戒酒有幫助？

研究發現，施用裸蓋菇素也能降低情緒中心杏仁核的活性，促使情緒穩定。更能提升大腦神經可塑性，讓神經網路功能性連接能力變得更強。¹⁴ 這意味著什麼呢？答案可能就是「靈活」這兩個字。

明明嗑了迷幻藥的人看起來就超鏘（ㄎㄧㄤ），到底關靈活什麼事？大腦某些高階網路的功能異常，是促成物質濫用的元兇。¹⁵ 像是執行網路，是由背外側前額葉皮質和頂下迴組成、與「操縱外部資訊」有關，還有警覺網路，是以前額葉皮質和前腦島作為關鍵連接點，負責處理外部刺激和內部訊號、分配注意力資源。¹⁶

過去有研究發現，裸蓋菇素的使用，能降低這些網路過度活躍的問題，輔助治療物質濫用和憂鬱症。由於這些網路往往有著豐富的 5-HT 受器，加入裸蓋菇素能和這些受器作用，讓大腦任務之間的切換變得更靈活、更不受既有框架的約束。

迷幻蘑菇還能治療許多疾病？

除了精神上的難題，嗑菇還能解決一些生理症狀。主要是疼痛方面的困擾。

例如一旦發作，會出現比一般頭痛更難受，痛到想把頭給砍下來的「叢發性頭痛」。這個叢發性頭痛相當特別，它的痛點通常集中在一側眼眶周圍或顳側，也就是太陽穴附近，還常常伴隨同側眼結膜充血、流鼻水、流淚等等的症狀。而且有別於偏頭痛，叢發性頭痛在休息的時候會顯得更痛，甚至大多數就像設了鬧鐘一樣，會定時發作。¹⁷ 目前在一個小小的試驗中，研究者就發現，服用裸蓋菇素可以大幅降低這種頭痛的發作頻率。¹⁸

聽起來，迷幻蘑菇還有很多用途等著我們去探索。

而且除了今天提到的故事，還有很多更 ㄎㄧㄤ 的迷幻蘑菇研究故事我們來不及講。例如第一個萃取出裸蓋菇素的霍夫曼，竟然也是 LSD 的發明人。

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註腳

1. A Brief History of Magic Mushrooms – How Magic Mushrooms Work | HowStuffWorks ↩︎
2. MKUltra – Wikipedia ↩︎
3. The CIA’s Secret Quest For Mind Control: Torture, LSD And A ‘Poisoner In Chief’ : NPR ↩︎
4. Harvard Psilocybin Project – Wikipedia ↩︎
5. Hallucinogen – Wikipedia ↩︎
6. Psychoactive drug – Wikipedia ↩︎
7. Psilocybin – Wikipedia ↩︎
8. Vollenweider FX, Smallridge JW. Classic Psychedelic Drugs: Update on Biological Mechanisms. Pharmacopsychiatry. 2022;55(3):121-138. doi:10.1055/a-1721-2914 ↩︎
9. Single-dose psilocybin for treatment-resistant obsessive-compulsive disorder: A case report – PMC (nih.gov) ↩︎
10. Single-dose psilocybin-assisted therapy in major depressive disorder: a placebo-controlled, double-blind, randomised clinical trial – eClinicalMedicine (thelancet.com) ↩︎
11. Percentage of Heavy Drinking Days Following Psilocybin-Assisted Psychotherapy vs Placebo in the Treatment of Adult Patients With Alcohol Use Disorder: A Randomized Clinical Trial | Substance Use and Addiction Medicine | JAMA Psychiatry | JAMA Network ↩︎
12. Long-term Follow-up of Psilocybin-facilitated Smoking Cessation – PMC (nih.gov) ↩︎
13. Frontiers | Persisting Reductions in Cannabis, Opioid, and Stimulant Misuse After Naturalistic Psychedelic Use: An Online Survey (frontiersin.org) ↩︎
14. Emotions and brain function are altered up to one month after a single high dose of psilocybin | Scientific Reports (nature.com) ↩︎
15. Functional and Structural Alteration of Default Mode, Executive Control, and Salience Networks in Alcohol Use Disorder – PMC (nih.gov) ↩︎
16. Increased global integration in the brain after psilocybin therapy for depression | Nature Medicine ↩︎
17. 醫生，我頭痛的想撞牆啊！ 談「叢發性頭痛」 (kmuh.org.tw) ↩︎
18. Can Psilocybin Treat Cluster Headache? | American Migraine Foundation ↩︎

參考資料

• 《真菌大未來》
• https://science.howstuffworks.com/mag…
• https://www.npr.org/2020/11/20/937009…
• https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/35079…
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• https://www.tandfonline.com/doi/full/…
• https://rapm.bmj.com/content/45/7/486

• 文／雅文基金會聽語科學研究中心研究員　詹益智

阿明是位 65 歲的退休長者，總是積極參與各種社區活動，是熱心的志工。然而，近來他開始意識到自己在大型聚會中，必須使勁聆聽他人的話語，有時還是會錯過一些關鍵的內容，這使得他逐漸對大型活動感到焦慮，害怕因聽不清楚別人的對話而與人生分。隨著聽力問題逐漸浮現，他開始注意到自己的思緒也跟著變得混亂。比如說，他常常忘記事情發生的順序，甚至有時候不記得已經說過的話，這種記憶的衰退讓阿明感到十分困擾。最終，阿明去看了醫生並接受相關的測試，被診斷出患有中度聽損與早發性失智症。

在日常生活中，聽覺扮演了重要的角色，是我們與外界交流的管道之一。然而聽力受損不僅僅是一種單純的生理障礙，更可能與失智症之間存在著密切的關係。

關於失智症的二三事

失智症是一種大腦和日常功能逐漸衰退的疾病，主要涉及認知功能的喪失，包括思考、記憶、推理及語言能力等。有些失智症患者甚至無法控制情緒，個性也可能發生轉變。失智的症狀隨程度不同而有所改變，從最輕微的階段開始影響一個人的基本能力（如記憶），到最嚴重的階段，患者完全需要仰賴他人進行日常活動 ^[1]。失智症不僅對患者本身造成巨大的影響，也帶給家人和照顧者極大的負擔。

2023 年世界衛生組織（WHO）的統計數據顯示，世界上目前約有 5,500 多萬的人口患有失智症，而每年全球正以 1,000 萬人的速度增加 ^[2]，預計到 2050 年，全球失智症患者數量將達到 1.53 億人口 ^[3]。Livingston 等學者於 2020 年在國際著名的醫學期刊《刺胳針》（The Lancet）發表了一篇關於失智症的預防、介入與照護的研究 ^[4]，列舉了 12 項風險因子，包括教育程度較低、聽力損失、創傷性腦傷、高血壓、酗酒、肥胖症、吸煙、憂鬱症、社交隔離、缺乏運動、空氣污染與糖尿病，將近 40% 的失智症都與這些因素有關（另 60% 為風險因子不明），其中，聽力損失佔最大宗，約有 8% 的比例。另一項研究更進一步指出，罹患失智症的風險會隨著聽損程度越重而增加，例如輕度、中度與重度聽損者罹患失智症的風險分別是聽常者的 1.27、3.00 與 4.94 倍 ^[5]。由此可見，聽損與失智症的關係不容小覷。

聽力出包時，失智症有可能找上門！

聽損與失智症關聯的機轉究竟是什麼呢？綜合現有的研究文獻，大致可歸納出三大觀點：

一、聽損會耗費大腦的認知資源

聽損常使一個人在吵雜的環境下聽不清楚聲音，此時，大腦便會進行代償作用，將負責思維和記憶區塊所需的資源移轉用來處理這些模糊的音訊，而導致前述二項高階的認知功能受到影響，進而增加失智的風險 ^[6]。以上的論述主要來自 Mishra 等人的研究 ^[7]，該研究比較輕度聽損年長者與聽常年輕人在「認知備用容量測驗（Cognitive Spare Capacity Test）」的表現：受試者聽完（無視覺提示）一串由男女穿插錄製之二位數的數字列表（如下表所示）後，要說出這串列表中由男生所錄製的奇位數數字（如 13 與 59，以圓圈標示）。要順利完成此項作業，受試者必須排除女生所錄製奇位數數字的干擾（如 77、89 與 61，以底線標示）。

結果顯示，在安靜的環境下，兩組受試者的表現無顯著差異，但在噪音環境下，聽損年長者的表現則顯著落後於聽常年輕人，研究者認為聽損年長者為了排除噪音的干擾以獲取正確的答案，其大腦會將高層次的認知資源挹注於彌補聽損所帶來的負面影響，而致使認知功能下降。長此以往，漸漸便埋下了失智症的導火線。

另一個較為直觀的證據則是透過腦造影技術觀察聽損者大腦活動的狀況。Glick 與 Sharma ^[9] 讓聽常與聽損老年人觀看電視螢幕的光影變化，並透過高密度的腦波圖（high-density electroencephalography；EEG）記錄其對視覺刺激反應的皮質視覺誘發電位（cortical visual evoked potentials；CVEPs），再透過電流密度源重建技術（current density source reconstruction）定位大腦皮質活動的區塊；此外，研究也評估了受試者的認知功能。結果顯示，相較於聽常者，聽損者觀看視覺刺激物時，腦部發生了視覺跨模重組（visual cross-modal reorganization）的現象：除了主司視覺的枕葉區被活化外，主司聽覺的顳葉與主司認知功能的前額葉也被活化用以輔助處理視覺訊息，這會為大腦帶來極大的負擔而增加認知負荷，並耗盡用以記憶的認知資源，最終可能引發失智症。

二、聽損會使大腦組織萎縮

此外，聽損與否也可能會影響一個人大腦的結構與功能。美國約翰霍普金斯大學的研究人員 ^[10]，利用「巴的摩爾老化長期研究（Baltimore Longitudinal Study of Aging）」的資料，針對聽損與腦容量的關係進行了一項有趣的研究，他們分析了一群受試者在逐漸老化時，其腦容量的變化。受試者在研究之初，做了聽力評估，接著接受為期長達十年、每年一次的核磁共振檢查。結果顯示，研究開始時就患有聽損的受試者，相較於聽常者，其大腦有較大幅度的萎縮，平均以每年一立方釐米以上的速度流失大腦組織，而這些大腦組織恰好與輕度認知功能退化和早期失智症所表現出的記憶衰退的行為有關 ^[11]。

三、聽損會引發社交隔離

社交隔離（social isolation；意旨與他人很少有社交互動或是社交圈窄小的現象 ^[12]）也可解釋為何聽損與失智症有關。一項由英國所進行的研究 ^[13] 追蹤了一群 50 歲以上成年人的聽損、社交隔離的程度與認知的狀況，並分析這三個因素間的關係，結果發現雖然聽損與認知功能下降有直接且顯著的關聯，但當加入了社交隔離程度的影響後，聽損與認知關聯的強度降低了近三分之一，此結果說明聽損可能會導致社交隔離，間接造成認知功能下降而引發失智症。這也顯示大腦須要透過適當的社交刺激，才能維持其活力，進而保持正常的認知功能。值得注意的是，當聽力閾值達到 25 分貝或以上（即輕度以上的聽損，亦為影響社交溝通的起始閾值）時，聽損所帶來的失智風險就會明顯地增加 ^[14]。

如何預防聽損所帶來的失智風險

一般而言，聽力是與他人溝通互動不可或缺的元素之一；然而，聽力問題不僅僅是關乎聽覺本身，如前所述，它也可能與失智症存在直接或間接的關係，若能適時地做好聽力保健，或許就可避免老年時，讓失智找上你。那麼要如何維持良好的聽力呢？以下幾點可供參考：

1. 定期聽力檢查是維護耳朵健康的重要關鍵。許多人並不瞭解即便是輕微的聽損也可能對認知功能造成負面的影響。在一般的情況下，聽力下降是漸進且微小的，而人類的大腦有極強的適應能力，這使得聽力衰退不易被察覺 ^[15]。透過定期的聽力檢查，有助於追蹤聽力狀況，即使是微小的變化也能及時掌握，並處理潛在的聽力問題，進而降低聽損所帶來的失智風險。
2. 減少長期暴露在噪音環境中。噪音環境除了會加速聽損的惡化外，同時也會誘發海馬迴受損的記憶功能障礙，這也是失智典型的症狀 ^[16]。因此，避免長時間處在高分貝的環境下，或者適時地佩帶耳塞或耳罩，便是保護聽力健康進而降低失智風險的良方之一。

然而，就聽損人士而言，難道就只能坐視自身認知功能逐漸退化而毫無作為嗎？其實不然。還記得 Glick 與 Sharma 的研究 ^[9] 提到聽損者大腦的視覺跨模重組與其認知功能衰退息息相關嗎？但令人振奮的是，這些聽損者在穩定配戴助聽器六個月後，逆轉了視覺跨模重組的現象，其認知功能也隨之改善，這表示聽損者配戴助聽器後，失智風險也可能跟著降低。 

雖然失智症並不全然與聽力問題相關，但就聽力而言，我們可做的就是聽力保健，如定期做聽力檢查、遠離噪音環境、適度保護耳朵，以及必要時配戴助聽輔具是維持良好聽力的重要關鍵，若能確實執行上述建議，或許就可降低那 8% 的失智風險。請記住，保護耳朵就是保護大腦，讓我們一起努力維護聽力，為未來的大腦健康奠定穩固的基礎吧！

參考資料

1. National Institute on Aging (n.d.). What is dementia? Symptoms, types, and diagnosis. https://www.nia.nih.gov/health/alzheimers-and-dementia/what-dementia-symptoms-types-and-diagnosis
2. Dementia (2023, March 15). Dementia. https://www.who.int/news-room/fact-sheets/detail/dementia
3. The Institute for Health Metrics and Evaluation (2022, January 6). The Lancet Public Health: Global dementia cases set to triple by 2050 unless countries address risk factors. https://www.healthdata.org/news-events/newsroom/news-releases/lancet-public-health-global-dementia-cases-set-triple-2050
4. Livingston, G., Huntley, J., Sommerlad, A., Ames, D., Ballard, C., Banerjee, S., … & Mukadam, N. (2020). Dementia prevention, intervention, and care: 2020 report of the Lancet Commission. The Lancet, 396(10248), 413-446.
5. Lin, F. R., Metter, E. J., O’Brien, R. J., Resnick, S. M., Zonderman, A. B., & Ferrucci, L. (2011). Hearing loss and incident dementia. Archives of Neurology, 68(2), 214-220.
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7. Mishra, S., Stenfelt, S., Lunner, T., Rönnberg, J., & Rudner, M. (2014). Cognitive spare capacity in older adults with hearing loss. Frontiers in Aging Neuroscience, 6, 96.
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10. Lin, F. R., Ferrucci, L., An, Y., Goh, J. O., Doshi, J., Metter, E. J., … & Resnick, S. M. (2014). Association of hearing impairment with brain volume changes in older adults. Neuroimage, 90, 84-92.
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要是海底電纜被截斷，馬斯克的星鏈又不幫忙？台灣會不會成為資訊孤島？

近年 SpaceX 不斷發射 Starlink，看起來野心滿滿，多到都成為光害了。

在烏俄戰爭爆發後，Starlink 為烏克蘭提供的不間斷網路服務，更讓全世界看見低軌道衛星通訊的重要性。

通訊戰已經逐漸打到太空，台灣也不遑多讓。今年 11 月 12 日，鴻海與中央大學合作的兩枚低軌道通訊衛星珍珠號，以及成功大學與智探太空合作的立方衛星「IRIS-C2」已經成功升空，三顆衛星都已經取得了聯繫。台灣，也能很快擁有自己的星鏈嗎？我們還欠缺哪些關鍵技術呢？

什麼是低軌道衛星？它可以取代海底電纜嗎？

在全民都會上網的現代，我們的電腦網路依靠光纖等實體線路，手機、WIFI 通訊則仰賴周遭的基地台，因此只要手機離基地台太遠，就會收不到訊號。未來，這些問題低軌道通訊衛星都能解決。這些在天上快速移動的衛星，只要數量夠多，就能覆蓋整個地球表面。因此不論你是在遠離基地台的深山，甚至是高空中的飛機，都能透過通訊衛星來連線上網。

除此之外，在 5G 通訊逐漸成熟的現在，下一代通訊技術 B5G 追求更快、更低延遲的數據傳輸，也會需要低軌通訊衛星來解決傳統基地台功率與覆蓋性不夠的問題。

但因為人口密集、土地面積小，台灣現在的無線網路服務覆蓋率已經很高了。台灣需要擔心的另一個問題是對外的海底電纜斷裂，使我們與世界失去聯繫手段。

除了要擔心戰爭爆發時敵人為了封鎖台灣消息，而主動破壞電纜以外。台灣周邊的電纜也常因為底拖網、抽砂船作業時被破壞，甚至天災都可能導致電纜被破壞。例如 2006 年恆春地震發生時，高屏海底峽谷就產生海底濁流，也就是海底的土石流。這股海底濁流一衝而下，破壞了呂宋海峽的數條電纜，不只影響了整個東亞以及東亞到美國、英國之間的通訊，包括許多跨國銀行交易。海底電纜斷裂的影響層面非常廣，2006 年恆春電纜斷裂事件發生後，還被聯合國國際減災策略署（ISDR）形容為「現代新型態災難」。

不論海底電纜斷裂的原因會是什麼，我們都需要有充足的準備來應對，而低軌道通訊就是其中的首選。

目前全球有在發展低軌道通訊的不只有 SpaceX 的 Starlink，其他還有 Amazon 的 Kuiper、加拿大的 Telesat 和由美國、歐洲、日本等企業投資的 EutelSat OneWeb 等等。

當然，其中最受矚目的當然還是 Starlink，而且它的發展速度真的有夠誇張。Starlink 在 2020 年才開始在北美提供服務， 去年 4 月我們製作了一集節目在介紹 Starlink，當時就已經總共有 2,000 顆星鏈衛星被發射上太空，服務使用者有 25 萬人。到了今年 8 月，短短又 16 個月經過，在低軌道運行的衛星數量，從兩千顆增加到了 4500 顆，用戶人數從 25 萬人暴增到突破 200 萬人，這肯定是打了針或是吃了藥。當然，訂閱 Starlink 的服務可能需要考慮考慮，但訂閱泛科學頻道，請不要再考慮了，就在這邊，趕快按下去吧！ 然後別忘了，SpaceX 的野心，是在天上佈下總計 42000 顆的通訊衛星，大約是現在數量的再十倍，當這個目標達成時，我們的通訊手段可能將迎來天翻地覆的變化。

你可能好奇，這些距離地面遙遠的通訊衛星，能提供多快的上網速度？會不會衛星通訊到頭來只是個噱頭？在光纖電纜的技術進步下，海底電纜的速度確實已經非常快，傳輸速度是低軌衛星的五千到十萬倍左右，這根本是阿烏拉對上芙莉蓮，只有被虐的份啊！

世界越快心則慢，但網路越慢心更急。Starlink 到底夠不夠用呢？依照 Starlink 實際用戶的實測回饋，雖然星鏈服務的 Ping 值多落在 15~60ms 左右，下載約 100 Mbps，上傳約 15Mbps，但對於一般消費者來說已經算是能接受的了。尤其對於偏遠地區、研究站的通訊，又或是未來 B5G、6G 物聯網中，與大量自動駕駛汽車、智慧裝置的連動，通訊衛星都將成為可考慮的另類選擇。

但如果我們未來不想只看馬斯克或是大公司的臉色，勢必需要發展屬於自己的通訊衛星。那麼，發展一顆通訊衛星，需要哪些技術呢？

低軌道有多「低」？低軌道通訊衛星需要哪些技術？

實際上，在低軌通訊衛星出現之前，我們早就有使用衛星進行通訊的經驗，例如衛星電視使用的廣播衛星。然而廣播衛星和低軌道衛星卻有著完全不同的設計邏輯，這是挑戰，也是機遇。

廣播衛星位於地球同步軌道，距離地面約 4 萬 2 千公里，優點是距離地面遠，因此一顆衛星的覆蓋範圍極廣，只要三顆衛星就能覆蓋地球大部分地區。缺點就是距離地面真的太遠了，就算以光速傳遞訊息，來回 8 萬 4 千公里，就有 0.28 秒的延遲，想必沒有人希望用這種速度來上網。 而低軌道衛星，例如 Starlink，就將他們的衛星分布在距離地面 350 至 1500 公里之間，只有地球同步軌道的 120 分之一到 28 分之一的距離和訊號延遲。反過來說，低軌道的優點是延遲短，缺點就是覆蓋面積小，因此才需要那麼多的衛星來覆蓋整個地球。

再來，在天線的設計上也完全不同。接收廣播衛星訊號的天線，就是我們暱稱為小耳朵的衛星碟形天線，通常設計成凹面鏡的樣子。根據光學原理，平行光入射凹面鏡後，會聚焦在焦點。也就是說，接收器不是圓盤本身，我們會將接收器放置在焦點來接受最強的訊號。除了小耳朵之外，大型電波望遠鏡的設計，也是出於同樣的原理。

Starlink 的做法則不是這樣，因為用戶不只有接收訊息，還需要發送訊息。Starlink 的天線，是一個稱作 Dishy McFlatface 的小圓盤，只是後來變成方形了就是了。當你在自家屋頂或庭院設置了 Dishy，它內建的 GPS 會鎖定自己與附近 Starlink 衛星的位置，並且建立點對點的雙向資料傳輸。

重點來了，要做到點對點的傳輸，代表這些電磁波訊號不能再是廣播衛星那種廣發的波狀訊號，而是要聚集到一條又窄、能量密度又高，如同雷射般的筆直路線上。

有在看我們節目的泛糰肯定有印象，這是我們今年第三次提到這個技術了。沒錯，在無線獵能手環還有宇宙太陽能這兩集中，都有遇到需要遠距傳遞電磁波能量或訊號的情況。其實用到的技術都相同，那就是波束成型（Beamforming）。誒，我們都報明牌那麼明顯了，還不趕快找概念股，然後訂閱一下泛科學嗎？

一般來說，電磁波都會如同水波般向外發散，波束成型會先把一個訊號源拆成數個小訊號源，將這些訊號源排成一排，並且控制大家的相位。在電磁波的互相干涉下，就會形成一條筆直前進的電磁波。你可以想像一群本來正各自單兵作戰的士兵，透過整隊與喊口號將大家都動作同步，那麼這些士兵就會一起筆直地朝一個方向前進。在比較舊的 Dishy 型號中，寬 55 公分的圓形接收器上，裡面共有 1280 個六角型，每個六角形裡面都是一個天線，這些天線在波束成型後，會構成一個筆直、能量又強的電磁波束，與天上的衛星展開通訊。

咦？但衛星一直在動啊，難道天線也要一直追著衛星跑嗎？其實不用，我們只要對這群士兵下向左轉、向右轉的口令就好。例如我們喊向左轉，那只要左邊的士兵步伐放慢，右邊的士兵加快速度，就能完成轉向。同樣的道理，我們只要改變每個訊號源發出訊號的時機，改變每個波的相位，就能讓干涉出的訊號朝向特定角度，而不用機械式的移動天線本身。而能做到這種功能的天線，我們稱為相控陣列天線。

知道了地面天線如何和低軌道通訊衛星取得聯繫後，還沒完。這些丟出去的指令，衛星收到了沒錯，但如果你想要連上網際網路，最終這些訊號還是要能連上有線網路。

在星鏈 1.0 時，每顆 Starlink 衛星都是單獨運作，衛星在接收地面天線發出的訊號後，會傳遞到附近的地面接收站 Gateways，接著 Gateways 一樣會走光纖電纜的方式與網際網路連接，讓用戶得以上網。地面接收站一般設有 9 個雷達天線，每個直徑 2.86 公尺。衛星本體，例如 Starlink 2.0 上，則配有四個陣列天線，兩個用來與使用者相連，兩個連向地面接收站。

然而，這樣的設計限制了 Starlink 的服務，因為這代表地面接收站與你的天線，必須同時在同一顆衛星的訊號範圍內。但是低軌衛星的覆蓋範圍又不大，一個地面站只能照顧方圓 800 公里內的用戶。因此如果你家附近沒有地面接收站，抱歉，你還是收不到訊號的。如果你在廣闊的大海上，就更不用想了。再來，就算 Starlink 提供全台灣的無線網路服務，但如果這個地面接收站就設置在台灣，那麼當台灣的對外海底電纜斷了，就一樣回天乏術，星鏈的設置可說是毫無價值。

SpaceX 當然也想擺脫地面接收站的束縛，況且如果到了海上就收不到訊號，那可遠遠無法稱上「全球通訊」。因此到了 Starlink 2.0 時，衛星間通訊技術 LISL (Laser Inter Satellite Link) 全面安裝到了衛星上，藉由衛星間的通訊，取代海底電纜的作用，進行跨地區的通訊服務。你看，現在不只海底有資訊高速公路，在天上也出現了網路任意門。比起過去衛星間使用的無線電傳輸，使用 LISL 技術的衛星與衛星之間，用的是雷射。雷射傳訊不僅頻寬較寬，因為光在真空中的速度是最快的，比在光纖中還快。因此與海底電纜相比，傳輸速度反而有可能更快，衛星間的雷射通訊技術，也成為目前太空研究領域中非常重要的一環。

在通訊研究中，除了硬體技術的革新外，另一個最大的問題是，如此龐大的星鏈星座網路該怎麼設計？如何選擇地面天線要與哪個衛星通訊？每個衛星該攜帶多少個雷射發射器與接收器？資料傳輸要經過幾個衛星，才不會因為過多的路由，造成網路延遲飆升。哇～諸如此類的網路設計難題，都是因應通訊衛星而生的新型態網路結構所需面對的課題。而當這些問題被解決，那麼 Starlink 將真正全面擺脫地面接收站，並且能向地球上任何一個角落提供不受限的網路服務。

台灣的低軌道通訊衛星

根據中央社報導，台灣和 SpaceX 從 2019 年開始就展開嘗試性商談，但至今仍未能談妥。今年 11 月 14 日，中華電信成功與另一家公司簽署了台灣低軌衛星的獨家代理合約。這間搶在 SpaceX 之前簽約的公司，就是前面也提到過的 Eutelsat OneWeb。相較於 SpaceX 已經發射升空的 Starlink 大約有 4500 顆，Eutelsat OneWeb 現在的低軌衛星數量大約有 600 顆。台灣的目標，則是在 2024 年底前，布建國內 700 個、國外 3 個非同步軌道衛星的終端設備站點、以及 70 個將資訊候傳的設備站點，建構能完整覆蓋全台的衛星通訊。

除了與現有的低軌道通訊服務公司簽約外，在打造自製台版星鏈的道路上，也傳來令人振奮的消息，就在簽約的兩天前，11 月 12 日，由中央大學與鴻海科技集團共同研發的珍珠號 PEARL-1C 和 PEARL-1H，兩顆立方衛星升空，並且與地面取得聯繫。搭載的儀器除了中央大學的電離層探測儀之外，還包含了 Ka 頻段的通訊酬載以及剛剛介紹的相控陣列天線，希望能為台灣自製的低軌道衛星通訊打下基礎。

國家太空中心則預計在 2026 年，將第一顆低軌通訊衛星送入太空，2028 年發射第 2 顆。希望能推動 B5G 的發展，並成為發展台版星鏈的敲門磚。

目前台灣的太空領域，許多的技術都正在發展、測試階段。除了這集提到的相控陣列天線、衛星間通訊技術，還有這集還來不及提到的長時間航行的充電問題、姿態校正問題，甚至是未來自行發射衛星的所需要的火箭科技，都需要一步步來解決、實踐。而且根據太空中心估計，至少要擁有 120 顆低軌道通訊衛星，才能確保全台 24 小時的通訊都不間斷，要達成這個艱鉅的任務，我們還有好多路要走，好多衛星要升空。

但千里之行，始於足下，千星之鏈，始於發射架。從福衛系列衛星到獵風者衛星，台灣的太空路線越來越鮮明，也讓人期待包括火箭、衛星到通訊技術的未來發展。

這集我們以 Starlink 為例，詳細的介紹了低軌通訊衛星的重要性，以及需要面對的技術突破。

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參考資料

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• https://www.space.com/spacex-starlink…
• https://news.pts.org.tw/projects/taiw…
• https://iknow.stpi.narl.org.tw/post/R…
•   / list_of_confirmed_starlink_speed_tests  
• https://www.eettaiwan.com/20230130ta3…
• https://case.ntu.edu.tw/blog/?p=41279https://technews.tw/2021/04/23/leask-…
• http://esrpc.ncu.edu.tw/public/focus/…
• https://jictcms.itri.org.tw/xcdoc/con…
• https://www.cna.com.tw/news/aipl/2023…
• https://www.ttc.org.tw/News/more?id=e…