內地核是固態還是液態？何不問問地震波！——幫地球照一張 X 光(2)

本文與  益福生醫 合作，泛科學企劃執行

昨晚，你又在床上翻來覆去、無法入眠了嗎？這或許是現代社會最普遍的深夜共鳴。儘管換了昂貴的乳膠枕、拉上百分之百遮光的窗簾，甚至在腦海中數了幾百隻羊，大腦的那個「睡眠開關」卻彷彿生鏽般卡住。這種渴望休息卻睡不著的過程，讓失眠成了一場耗損身心的極限馬拉松 。

皮質醇：你體內那位「永不熄滅」的深夜警報器

要理解失眠，我們得先認識身體的一套精密防衛系統：下視丘-垂體-腎上腺軸（HPA axis） 。這套系統原本是演化給我們的禮物，讓我們在面對劍齒虎或突如其來的危險時，能迅速進入「戰鬥或快逃」的備戰狀態。當這套系統啟動，腎上腺就會分泌皮質醇 (壓力荷爾蒙)，這種荷爾蒙能調動能量、提高警覺性，讓我們在危機中保持清醒 。

然而，現代人的「劍齒虎」不再是野獸，而是無止盡的專案進度、電子郵件與職場競爭。對於長期處於高壓或高強度工作環境的人們來說，身體的警報系統可能處於一種「切換不掉」的狀態。

在理想的狀態下，人類的生理時鐘像是一場精確的接力賽。入夜後，身體會進入「修復模式」，此時壓力荷爾蒙「皮質醇」的濃度應該降至最低點，讓「睡眠荷爾蒙」褪黑激素（Melatonin）接棒主導。褪黑激素不僅負責傳遞「天黑了」的訊號，它還能抑制腦中負責維持清醒的食慾素（Orexin）神經元，幫助大腦順利關閉覺醒開關。

然而，當壓力介入時，這場接力賽就會變成跑不完的馬拉松賽。研究指出，長期的高壓環境會導致 HPA 軸過度活化，使得夜間皮質醇異常分泌。這不僅會抑制褪黑激素的分泌，更會讓食慾素在深夜裡持續活化，強迫大腦維持在「高覺醒狀態（Hyperarousal）」。 這種令人崩潰的狀態就是，明明你已經累到不行，但大腦卻像停不下來的發電機！

長期的睡眠不足會導致體內促發炎細胞激素上升，而發炎反應又會進一步活化 HPA 軸，分泌更多皮質醇來試圖消炎，高濃度的皮質醇會進一步干擾深層睡眠與快速動眼期（REM），導致睡眠品質變得低弱又破碎，最終形成「壓力－發炎－失眠」的惡行循環。也就是說，你不是在跟睡眠上的意志力作對，而是在跟失控的生理長期鬥爭。

從腸道重啟好眠開關：PS150 菌株如何調校你的生理時鐘

面對這種煞車失靈的失眠困局，科學家們將目光投向了人體內另一個繁榮的生態系：腸道。腸道與大腦之間存在著一條雙向通訊的高速公路，這就是「菌-腸-腦軸 (Microbiome-Gut-Brain Axis, MGBA)」，而某些特殊菌株不僅能幫助消化、排便，更能透過神經與內分泌途徑與大腦對話，直接參與調節我們的壓力調節與睡眠節律。這種菌株被科學家稱為「精神益生菌」（Psychobiotics）。

在眾多研究菌株中，發酵乳桿菌 Limosilactobacillus fermentum PS150 的表現格外引人注目。PS150菌株源於亞洲益生菌權威「蔡英傑教授」團隊的專業研發，累積多年功能性菌株研發經驗的科學成果。針對臨床常見的「初夜效應」（First Night Effect, FNE），也就是現代人因出差、換床或環境改變導致的入睡困難，俗稱認床。科學家在進行實驗時發現，補充 PS150 菌株能顯著恢復非快速動眼期（NREM）的睡眠長度，且入睡更快，起床後也更容易清醒。更重要的是，不同於常見的藥物助眠手段（如抗組織胺藥物 DIPH）容易造成快速動眼期（REM）剝奪或導致睡眠破碎化，PS150 菌株展現出一種更為「溫和且自然」的調節力，它能有效縮短入睡所需的時間，並恢復睡眠中代表深層修復的「Delta 波」能量。

科學家發現，即便將 PS150 菌株經過特殊的熱處理（Heat-treated），轉化為不具活性但保有關鍵成分的「後生元」（Postbiotics），其生物活性依然能與活菌媲美 。HT-PS150 技術解決了益生菌在儲存與攝取過程中容易失去活性的痛點，讓這些腸道通訊員能更穩定地發揮作用 。

在臨床實驗中，科學家觀察到一個耐人尋味的現象：當詢問受試者的主觀感受時，往往會遇到強大的「安慰劑效應」，無論是服用 HT-PS150 還是安慰劑的人，主觀上大多表示睡眠變好了。這種「體感上的進步」有時會掩蓋真相，讓人分不清是心理作用還是真實效益。

然而，客觀的生理數據（Biomarkers）卻揭開了關鍵的差異。在排除主觀偏誤後，實驗數據顯示 HT-PS150 組有更高比例的人（84.6%）出現了夜間褪黑激素分泌增加，且壓力荷爾蒙（皮質醇）顯著下降，這證明了菌株確實啟動了體內的睡眠調控系統，而不僅僅是心理安慰。

最值得關注的是，對於那些失眠指數較高（ISI ≧ 8）的族群，這種「生理修復」與「主觀體感」終於達成了一致。這群人在補充 HT-PS150 後，不僅生理標記改善，連原本嚴重困擾的主觀睡眠效率、持續時間，以及焦慮感也出現了顯著的進步。

了解更多PS150助眠益生菌：https://lihi3.me/KQ4zi

重新定義深層睡眠：構建全方位的深夜修復計畫

睡眠從來就不只是單純的休息，而是一場生理功能的全面重整。想要重獲高品質的睡眠，關鍵在於為自己建立一個全方位的修復生態系。

這套系統的基石，始於良好的生活習慣。從減少睡前數位螢幕的干擾、優化室內環境，到作息調整。當我們透過規律作息來穩定神經系統，並輔以現代科學對於 PS150 菌株的調節力發現，身體便能更順暢地啟動睡眠開關，回歸自然的運作節律。

與其將失眠視為意志力的抗爭，不如將其看作是生理機能與腸道微生態的深度溝通。透過生活作息的調整與科學實證的支持，每個人都能擁有掌控睡眠的主動權。現在就從優化生活型態開始，為自己按下那個久違的、如嬰兒般香甜的關機鍵吧。

本文由 肺纖維化(菜瓜布肺)社團衛教 合作，泛科學撰文

在現代醫學的警示清單裡，乳癌、大腸癌這些疾病大家都不陌生；但有一個「隱蔽且致命」的威脅卻常被忽視，那就是「肺纖維化」。其中最常見的類型「特發性肺纖維化」（IPF），其預後往往不太樂觀，確診後的五年存活率甚至比許多常見的癌症還低。

首先，我們得先破解一個迷思：肺纖維化並不是單一疾病，而是許多種間質性肺病的共同表現。當我們聽到「肺纖維化」，腦中常浮現「菜瓜布肺」的形象，患者的肺部外觀充滿一個個空洞與疤痕，像極了乾燥的絲瓜。這精準描繪了肺部組織逐漸硬化、失去彈性的過程。

更重要的是，IPF 這類肺纖維化的威脅在於「不可逆」的特性，一旦形成就很難逆轉。這跟部分 COVID-19 康復者身上、仍有機會復原的肺纖維化，是兩種完全不同的概念。

肺部為何會變成「菜瓜布」？

為什麼好端端的肺會變成菜瓜布？這其實是一場身體修復機制失控的結果。

「纖維化」的組織，就是肺部間質組織（interstitium）的疤痕化。間質是圍繞在肺泡周圍，包含血管與支持肺部結構的結締組織。在正常情況下，肺部損傷後會啟動修復機制，並再生健康組織。但在肺纖維化的患者體內，這套修復機制卻「當機」了。

身體會不斷地發出訊號，導致負責修復工作的「纖維母細胞」（fibroblasts）被過度活化，進而失控地沉積膠原蛋白疤痕組織，最終在肺部形成永久性的纖維化。

科學家發現，這個過程之所以棘手，在於它是一個「惡性循環」，肺部同時存在著「發炎反應」與「纖維化」這兩條路徑 ，它們相互加乘，演變成難以阻斷的強大破壞力。

雖然特發性肺纖維化 (IPF) 的具體成因不明 ，但已知某些特定族群的風險更高。例如抽菸，特定年齡與性別(50歲以上男性)、長期暴露於粉塵環境的工作者(農業、畜牧業、採礦業…)、胃食道逆流者。此外，患有自體免疫疾病（如類風濕性關節炎、乾燥症、硬皮症、皮肌炎/多發性肌炎，）的患者，他們併發肺纖維化的機率遠高於一般人，必須特別警覺。

打斷惡性循環的挑戰，為何只對抗「纖維化」還不夠？

面對這個不可逆的疾病，醫學界長年束手無策，直到 2014 年才迎來一道曙光。美國 FDA 批准了兩種機制不同的新藥：Nintedanib 和 Pirfenidone。這兩種藥物的出現是治療史上的分水嶺，首度被證實能夠「延緩」IPF 患者肺功能的惡化速度。

然而，這場戰役尚未結束。現有的治療雖然帶來了希望，卻也凸顯了「未被滿足的醫療需求」。從機制上來看，這些藥物主要抑制的是「纖維化路徑」。

這讓科學界開始思考這個未被滿足的棘手問題：既然疾病的本質是「發炎」與「纖維化」的雙重打擊，那麼，我們是否能找到「同時抑制」這兩條路徑的全新策略，從而更有效地打斷這個惡性循環？

找到同時調控「發炎」與「纖維化」的新靶點

為了解決難題，科學家將目光鎖定在一個細胞內的酵素：磷酸二酯酶 4B（PDE4B）。

為什麼鎖定它？讓我們看看它的「雙重作用」機制：

1. 關鍵位置： PDE4B 同時存在於免疫細胞（與發炎有關）與纖維母細胞（與纖維化有關）當中。
2. 作用機制： PDE4B 的主要工作是降解細胞內一種叫 cAMP（環磷酸腺苷） 的訊號分子。cAMP 可以被視為細胞內的「穩定信號」。
3. 雙重抑制： 當我們使用藥物抑制了 PDE4B 的活性，細胞內的 cAMP 就不會被分解，濃度會隨之升高。高濃度的 cAMP 能穩定免疫細胞和纖維母細胞，同時產生抗發炎與抗纖維化的雙重效應。

簡單來說，鎖定並抑制 PDE4B，就像是同時抑制了免疫風暴與纖維化的工程，有望從雙從抑制打擊這個惡性循環。

全球臨床試驗帶來的新希望

近十年來，全球在肺纖維化領域投入了大量的臨床試驗，我們相信，在科學家逐步破解肺纖維化惡性循環的複雜難題後，期盼未來能為無數患者爭取到更安全、健康的生活與未來。

最後，我們必須再次提醒，特發性肺纖維化（IPF）與漸進性肺纖維化（PPF）是極具破壞性、且不可逆的疾病。面對這個比癌症更致命的對手，雖然現有的治療手段能延緩惡化，但無法逆轉已經形成的肺部疤痕組織，因此「早期診斷、早期治療」仍是對抗肺纖維化最重要的黃金時刻。

本文由 交通部中央氣象署 委託，泛科學企劃執行。

• 文／陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動，到我們的手機響起國家級警報，大約需要多少時間？

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站；1999 年臺灣爆發了 921 大地震，當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位；2014 年正式對公眾推播強震即時警報；到了 2020 年 4 月，隨著技術不斷革新，當時交通部中央氣象局地震測報中心（以下簡稱為地震中心）僅需 10 秒，就可以發出地震預警訊息！

然而，地震中心並未因此而自滿，而是持續擴建地震觀測網，開發新技術。近年來，地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」，預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元！

連上網路吧！用建設與技術，換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」，該計畫致力於跨部會、跨單位合作，由 11 個執行單位共同策畫，致力於優化我國環境與防災治理，並建置資料開放平台。

看到這裡，或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網（Internet of Things，IoT）有什麼關係，嘿嘿，那可大有關係啦！

當我們將各種實體物品透過網路連結起來，建立彼此與裝置的通訊後，成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中，即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統，並進行運算，實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站，但能夠和地震中心即時連線的，只有其中 500 個，藉由這項計畫，地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量，並優化原有強震監測站的聯網品質。

在地震中心的評估中，可以連線的強震監測站大約可在 113 年時，從原有的 500 個增加至 600 個，並且更新現有監測站的軟體與硬體設備，藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知，倘若地震儀沒有了聯網的功能，我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後，有什麼好處？

除了加強地震儀的聯網功能外，把地震儀「放到地下」，也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下？用日常生活來比喻的話，就像是買屋子時，要選擇鬧中取靜的社區，才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂；看星星時，要選擇光害比較不嚴重的山區，才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

地表有太多、太多的環境雜訊了，因此當地震儀被安裝在地表時，想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波，就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難，無論是電腦或研究人員，都需要花費比較多的時間，才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的？基本上，只要是你想得到的人為震動，對地震儀來說，都有可能是「噪音」！

當地震儀靠近工地或馬路時，一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站，是噪音；大稻埕夏日節放起絢麗的煙火，隨著煙花在天空上一個一個的炸開，也是噪音；台北捷運行經軌道的摩擦與震動，那也是噪音；有好奇的路人經過測站，推了推踢了下測站時，那也是不可忽視的噪音。

因此，井下地震儀（Borehole seismometer）的主要目的，就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」，記錄到更清楚、雜訊更少的地震波！​無論是微震、強震，還是來自遠方的地震，井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動，根據不同測站底下的地質條件，​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外，站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池，讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大，為什麼無法大規模建造測站呢？簡單來說，這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井，然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本，因此，即使井下地震儀的訊號再好，若非有國家建設計畫的支援，也難以大量建置。

人口聚集，震災好嚴重？建立「客製化」的地震預警系統！

臺灣人口主要聚集於西半部，然而此區的震源深度較淺，再加上密集的人口與建築，容易造成相當重大的災害。

許多都會區的建築老舊且密集，當屋齡超過 50 歲時，它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的，若是超過 25 年左右的房屋，也有可能不符合最新的耐震規範，並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀：

在地震界有句名言「地震不會殺人，但建築物會」，因此，若建築物的結構不符合地震規範，地震發生時，在同一面積下越密集的老屋，有可能造成越多的傷亡。

因此，對於發生在都會區的直下型地震，預警時間的要求更高，需求也更迫切。

地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統，目標針對都會區直下型淺層地震，可以在「震後 7 秒內」發布地震警報，將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起，地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組，並開始上線測試，當前正致力於臺南市的模組，未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難，無法主動保護民眾的生命安全，若人民沒有搭配正確的防震防災觀念，即使地震警報再快，也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術，地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道，經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》，讓民眾了解正確的避難行為與應變作為，充分發揮地震警報的效果。

此外，雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒，研發新技術的腳步不會停止；未來，他們將應用 AI 技術，持續強化地震預警系統的效能，降低地震對臺灣人民的威脅程度，保障你我生命財產安全。

文／洪瑞駿｜國立中央大學地球科學學系-地球物理研究所碩士，對地球科學充滿好奇與想像的南部仔，因為 2006 屏東雙主震搖起對地震學的熱誠，目前在地震源與構造實驗室當個快樂的研究助理，夢想是當科學家（菸）。

編按：在前篇要怎麼知道地球的內部構造？何不問問神奇地震波！——幫地球照一張 X 光(1)一文中，提到人們開始利用地震儀探索地球內部構造，在這數十年的歲月中，又有哪些突破性的進展呢？讓我們繼~~續~~看~~下~~去！

「消失」的震波

如果我們將地震儀繞著地球一圈擺放，便可發現，在震央距（註 1） 某些範圍沒有 S 波訊號，僅有微弱的 P 波通過，而且震波抵達的時間比預期慢（圖ㄧ）。這便引起地震學家的注意了，畢竟如果地球內部若是均勻一致，S 波又怎麼會消失？到時（波傳到的時間）又怎麼會變慢？

對科學家而言，往往最感興趣的就是調查「不合理」的事物。1914 年，古騰堡（Beno Gutenberg）從這樣的觀測結果，推測地球內部應該有個「地核」（就如同蛋的蛋黃般）存在，使震波紀錄在地函-地核交界處出現不連續（命名為古氏不連續面，以紀念古騰堡，註 2）。從下方圖一右邊的震波走時曲線（詳見上篇介紹）可以清楚看到這個不連續的位置，筆者以紅色箭頭標示出這個異常位置，可以發現在震央距 143˚~180 ˚ 位置抵達的 P 波到時比預期晚，而且 S 波消失了，這意味著震波通過了另一個構造（事實上就是穿過了地核，當時古騰堡用 P’ 來表示）。遲到的 P 波，代表的是通過地核時「波速變慢」嗎？從觀測結果來說似乎是對的，但也不完全正確，因為介質的變化太大了，事情其實頗為複雜。

至於「S 波消失」這件事，很明顯的外核（當時認為是地核）是種「S 波無法穿透的物質」。從震央距 103˚ 開始，P 波和 S 波就會打到地核，S 波無法穿過地核而無法被接收；此外根據物理定律，P 波也因為入射角/出射角的偏離而無法被清楚記錄。直到143˚ 出現穿越地球而過的 P 波，我們稱這段範圍為陰影帶（沒有直接傳遞的 P 和 S 波），只會有些許的繞射波（註 2）被記錄到（圖三）。根據古騰堡當時的估算，這個核的深度大概是 2,900 公里，這與現代認為的 2,889 公里，僅有些微的差距。

「漏看」的震波

接著，在發現地核後，一直到 1930 年代前，科學家們認為有著一層地殼、地函、和液態地核。然而，進一步的發現則要等到約30 年後的 1929 年，紐西蘭的強震說起。當另一端南半球的震波穿越地球到達歐洲，丹麥地震學家萊曼（Inge Lehmann）發現到另一種不同的波相，她推測這個這個波是從震源一路穿過地球核心而來，且震波速度又與古騰堡發現的P’不盡相同。這個波相過去被視為是繞射波，然而從頻率、震幅等幾個特性暗示它與繞射波有所不同（萊曼因此稱為 P3’）。

此外，從記錄中看到在 103˚~143˚ 這段陰影帶內，其實藏著清楚的反射波，這暗示有一個介面，把震波從地核彈回地表（圖三），然而這在古騰堡發表的走時圖中並未加以討論。萊曼試著解釋這個波相，她曾在這篇 1936 年經典的文獻中寫道：

An explanation o f the P 3 ‘ wave is required, since now it can hardly be considered probable that it is due to diffraction. A hypothesis will be here suggested which seems to hold some probability, although it cannot be proved from the data at hand. We take it . . . that inside the core there is an inner core in which the velocity is larger than the outer core.

（譯）既然了解不太可能是繞射效應造成，我們便需要解釋 P3’ 波。在此提出了一個假說，雖然現在尚缺乏有力的資料證明，但我們認為…在地球核心裡面還從在一個速度更快的內核。

萊曼大膽假設，如果這個核裡面還有一個內核的話，就可以解釋她看到的現象，她假設地函 10 km/s 每秒以及地外核 8 km/s，再放入一個速度較快的內地核（圖三）。當時她僅利用直線與三角函數來計算，卻已經可以完美解釋大部分的現象！她於 1936 年發表了內地核的看法。不過，當這樣的假設通過驗證後，萊曼並沒有近一步推算更多參數（例如確切的地內核速度、大小、組成等）。後來在 1938 年當古騰堡與芮克特重新檢驗這個模型後，基本上也同意內地核的想法。

接著經過幾年的驗證與討論後，越來越多的地震學者支持這樣的模型，1939 年傑佛瑞斯和布林提出了地球速度模型時（著名的 Jeffreys-Bullen Velocity Table），也將固態內地核列入考慮。

由於儀器進步、日益廣泛運用，以及科學家們的細心觀察，加上時有大膽的假設與嚴謹求證。短短數十年的光景，人類已經逐漸「摸透」地球內部的主要構造。然而，並非所有研究發展都如此順遂。回溯到 1910 年代左右的時間點，除了地震學的發展外，還有個剛起步萌芽的假說：韋格納（Alfred Lothar Wegener）提出大陸會移動的想法。可惜當時人們無法解釋驅動大陸運動的成因，他的假說便被束之高閣，等到二次世界大戰後，海洋探勘的興起才能將這塊拼圖湊齊，加上地震學對於地球內部的掌握，進一步發展起板塊學說（Tectonics）以及地體動力學（Geodynamics），以至於現代，我們才能對地球有個初步的認識。

註解

1. 震央距係指從震央開始為起點計算與測站的距離。由於地球很大，我們改用圓周角度來表示。因此通常將地球圓周分為360˚來表示距離（類似經度的概念）。
2. 最早將此介面命名為「古氏不連續面」的典故雖已不得而知。一般在學術界也多以「核-函邊界」予以稱呼。考慮到此為科普文章，且台灣的地科教科書也多以古氏不連續面作為介紹，故本文還是用此稱呼來表示核函邊界（可參考龔慧貞老師在科學月刊 552 期的說明）。

參考文獻

• Bolt, B. A. (1987) 50 years of studies on the inner core. EOS., Vol. 68, 6.
• Bolt, B. A. & E. Hjortenberg (1994) Memorial Essay Inge Lehmann (1888-1993) Bull. Seismol. Soc. Am. Vol. 84, 1.
• Lehmann, I. (1936) P’, Publ. Bur. Cent. Seismol. Int. Trav. Sci. Ser. A, 14, 87.
• Lehmann, I. (1987) Seismology in the days of old. EOS., Vol. 68,3.
• 龔慧貞，2015。談談「古氏」與「雷氏」不連續面。科學月刊 552 期。

本文轉載自震識：那些你想知道的震事，原文為《幫地球照一張 X 光 （II）地震學家如何用地震波了解地球構造?》，也歡迎追蹤粉絲頁震識：那些你想知道的震事了解更多地震事。