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銀河系中「多行星恆星系統」數量激增至第18個

臺北天文館_96
・2012/02/05 ・2134字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 498 ・六年級

「第11號球進袋!」

2012年1月26日,NASA報告克卜勒任務搜尋系外行星最新成績:「多行星的恆星系統」一口氣多了11座、其中並確認了多達26顆行星!不但一舉將銀河系中的行星數量提高了2倍,同時也把有著多行星環繞的恆星系統數量增加3倍。這些恆星-行星系統資料對了解行星如何形成將大有幫助。「確認行星數量的速度能不能再加快一點?」想知道從「發現」行星候選人到~確認它真是行星,這中間有個很重要的「驗證」步驟,速度能更快一點嗎?下文中將有答案。

NASA上週為克卜勒任務更新最新戰績,他們不僅找到了11座恆星-行星系統、也多確認了26顆銀河系中的行星。很快地綜觀這次公布的資料:這些行星的半徑大小範圍很廣,從只有地球1.5倍,到有的比木星還更大;大小屬中等,半徑介於地球和海王星之間者,一共15顆,再以它們繞行恆星的公轉週期來看,從6天到143天,都有。大家都相當好奇的是,它們質地成分如何-它們是否像地球一樣有岩質表面?或是它們可能像海王星一樣,有厚厚的大氣層?這部份還需要日後進一步確認。不過,它們全部都是距離母恆星很近的那類系外行星。有多近呢?比金星距離太陽更近。

NASA表示,在還沒有克卜勒太空船執行系外行星觀測之前,他們在整個天空中一共只找到了500顆系外行星。現在我們卻已經在天空中這麼一塊不比拳頭大的天區裏就已發現了60顆行星,並且找到2300個待確認的行星候選人(這個數量有點多,而且還會越來越多,因為確認為行星之前,必須至少連續觀察到3次行星凌「星」/ transit的現象,才能確認公佈她是行星),綜合以上,我們應該說,銀河系的行星成員呈現著多樣性。各種大小、軌道、公轉周期,應有盡有。

克卜勒的工作其實相當忙碌,它重複地量測著15萬顆恆星在光度上的變化,並以此方式來尋找行星候選人,過濾確認它們是不是行星。怎麼做?當行星在公轉軌道上行經主恆星前面的時候,如果朝地球以及克卜勒太空船的方向投射了一道小小陰影的話,克卜勒的光度偵測器就能感應到這個行星「凌星」的現象,也就知道那裡有一顆凌星的行星。

最近這批剛獲確認的幾個新的恆星-行星系統,每個都擁有2至5個的「凌星」行星,也就是所謂的「多行星系統」,它們的行星排列得極為密集。在排列緊密的多行星系統中,行星之間彼此的重力拉力會使它們的公轉速度有的加快有的減慢,使得每一顆行星的公轉周期都產生變化。這種所謂「凌日時間變化」的效應(Transit Timing Variations,簡稱TTVs),克卜勒衛星可以量測得到。

TTV現象既然是由好幾顆行星因重力互相拉扯所形成的,運用它來驗證多行星系統正好相當好用,既簡單又不需要額外增添地面望遠鏡繁複的後續確認程序,這樣就使驗證速度加快許多,大幅加快了行星候選人升格為正式行星的速度(不過,這招只對多行星系統中的行星資格驗證有用)。此外,能偵測TTVs還讓克卜勒衛星能用來尋找更暗、更遠的恆星。

2012年1月底新發現的這幾個行星-恆星系統,在公轉速度上也有著一些特色,其中有5個恆星系統(Kepler-25, Kepler-27, Kepler-30, Kepler-31 和 Kepler-33)的內圈行星公轉2次時,外圈行星公轉1次。而在另外4個系統中(Kepler-23, Kepler-24, Kepler-28 和 Kepler-32),內圈行星每公轉3次時外圈行星公轉2次。

根據確認其中4座恆星系統的研究員Jason Steffen表示,像這樣有特色的組態,正幫助了天文學家能把行星彼此之間的重力交互作用加以放大來看,和小朋友如何選擇在正確的時間點上,為擺盪中的盪鞦韆補上一「踢」、加把力,好讓鞦韆盪得更高,正有著異曲同工。

在這批發現當中最引人注目的莫過於Kepler -33,它是一顆比太陽更老、質量更大的恆星。它以具有最多的行星數量拔得頭籌:一共有5顆行星,其行星的體積大小,從地球的1.5倍到5倍都有,而且它的行星每顆都距離它很近,全部無一例外,未超過水星和太陽之間的距離,(水星是太陽系中距離太陽最近的一顆行星。)

憑嗅覺和運氣是找不到行星的,我們必須靠一些恆星所提供的特質才行,這包括恆星亮度減低多少,行星凌星的時間多長或多短,這些資料綜合起來,就構成了一個可以辨識出「行星候選人」的訊跡。有天文研究團隊人員假設說,當偵測到多個「行星候選人」環繞在同一顆恆星附近,並且都發出很類似的訊跡時,則它們其中無論哪一個,呈現假陽性(false-positive)的誤判機率都是非常低。

這個「複數驗證」的概念(validation by multiplicity),是由NASA的AMES研究中心研究員Jack Lissauer所提出,於是他以Kepler -33號為對象,對此推論行了驗證,在這次公布的結果中發現,這個驗證法的整體可靠度相當高,對於確認到底哪些行星選人真的是行星的驗證速度加快,可能大有幫助。他在論文中說:「目前為止,被克卜勒任務發現並歸類為『可能是多行星系統』,但尚待證實的那些『行星候選人』,其中,應該多數都真的是行星!」他的推論對了嗎?很快就會有答案! Lissauer的論文出處?Ghttp://arxiv.org/pdf/1201.5424v1.pdf(Lauren譯)

圖說:在多達幾百個待確認的「多行星恆星系統」候選名單中,上個月以前,研究人員一共只成功確認了6個(即圖中標示為紅色者)。不過,在最近一次NASA成果公告裡,這個數字一口氣多了11個,新的「多行星系統」在圖中被標示為綠色。這些系統中有幾個還剩下一些妾身未明的「行星候選人」(標示為紫色),是尚待確認的。這麼一來,銀河系一共有18個多行星恆星系統。其中一個,就是我們的太陽系,8大行星(標示為藍色)為參考大小,列在最左邊一列。

資料來源:中研院天文網[2012.02.02]

轉載自only-perception

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臺北天文館_96
477 篇文章 ・ 13 位粉絲
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。

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