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福衛五號升空,利用「太空天氣預報系統」預測太陽風暴影響

PanSci_96
・2017/09/20 ・1801字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 567 ・九年級

近日太陽劇烈變化,9 月 6 日爆發近 12 年對地球影響最強的太陽閃焰,引發國際關注,成功大學太空天氣預測研究團隊指出,台灣時間 9 月 11 日凌晨同一個太陽黑子群又再度發生一次規模類似的巨大閃焰,所幸產生閃焰較上一波更偏離正對地球方向,預測閃焰將於 9 月 13 日從旁掠過,地球將可有驚無險再次躲過太陽風暴。

成功大學與國家太空中心成功發展出的「電離層太空天氣預測系統」,是世界上極少數具預測能力的太空天氣預報系統,今年 8月底搭載先進電離層電漿探測儀的福衛五號順利升空,能在第一時間大量提供探測太空電離層電漿分佈資料,也因此令研究團隊在太空氣象預測更加準確。

今年 8月底搭載先進電離層電漿探測儀的福衛五號順利升空,能在第一時間大量提供探測太空電離層電漿分佈資料。圖/BY 成功大學提供。

團隊成員成大地球科學系教授林建宏表示,9月6日這一波太陽風暴在台灣時間 9月8日中午起對於台灣附近的電離層產生電漿增強效應,並在全球產生電漿增強效應並持續到當天各地晚間,電漿增強會對船隻、飛機、緊急救災用的高頻無線電通訊產生影響,也讓GPS衛星導航產生較大的誤差,但由於此次磁暴並無產生較能影響 GPS 的太空電漿泡,以及電離層電漿增強效應並不劇烈,因此本次磁暴事件對於台灣影響不大。

此次地球躲過太陽風暴可能產生劇烈磁暴的主要原因是,此次太陽閃焰發生的位置較偏離正對地球方向,因此產生的太陽風暴僅僅擦邊球擊中地球,產生中等規模的地球磁暴效應,如果閃焰提早兩天發生,則可能產生足以影響地球數天的超級磁暴效應。

林建宏表示,其實,台灣時間 9 月 11 日凌晨同一個太陽黑子群又再度發生一次規模類似的巨大閃焰,所幸產生閃焰的太陽黑子位置隨太陽自轉而又更偏離正對地球方向,預測此次閃焰產生的太陽風暴將從旁掠過地球並在 9 月 13 日產生較輕微地球磁暴影響,對於影響緊急救災用的高頻無線電產生影響有限,這對受到艾瑪颶風侵襲可能需要仰賴緊急高頻通訊的美國是有利的消息。

台灣時間 9 月 11 日凌晨同一個太陽黑子群又再度發生一次規模類似的巨大閃焰,所幸產生閃焰的太陽黑子位置隨太陽自轉而又更偏離正對地球方向。

電離層距地表 100 到 1,000 千公里,受太陽影響大,變化極為快速,幾分鐘內就可能會有很大的變化,以致太空環境極不穩定,導航或通訊在內的衛星系統都因此受干擾。

人類對衛星依賴日益加深,太空天氣預報愈顯重要,目前國際上僅 1、2 個可以真正預報太空天氣預報系統,都是歷經  10 年以上發展。成大 2009 年起投入太空天氣預測研究,2013 年起與國家太空中心合作,2016 成功發展出於太陽風暴期間亦有預報能力的系統,日前搭載先進電離層電漿探測儀的福衛五號順利升空,令預報功能更加準確。

林建宏教授指出,良好的太空天氣預報系統,讓人類可以立即掌握太空電漿層變化,尤其是要能提早預警電漿泡(電漿泡可能導致收不到衛星訊號)產生,進而推估對衛星通訊或衛星導航的影響(如電訊干擾、中斷、導航誤差),猶如現行的氣象報告,可以即時得知降雨量、或推估未來幾天的降雨量等。

太空天氣總覽。圖/BY 中央氣象局太空天氣作業辦公室。

「太空天氣預報系統」不容易做到的原因包括,太陽風暴期間,全球太空環境劇烈變化,難以掌握外,另一原因在於太空觀測資料不足;林建宏教授指出,現在的氣象報告準確度大幅提升,是因為有相對較為充足的觀測資料,平均一天百萬筆以上的資料,但太空觀測的資料一天不到3萬筆,對於太空天氣預報是一大挑戰。

林建宏教授表示,成大與台南市教育局南瀛天文台教育園區合作設置的「太空影像觀測儀」,2015 年 3 月太陽風暴期間觀測到太空電漿泡變化,與成大發展出的「電離層太空天氣預測系統」預測結果一致,驗證了系統優異的預測能力,就連美國國家大氣研究中心也邀請成大團隊共同發展包含太陽活動以及地面天氣系統影響的新世代電離層預測系統。

飛行導航、自駕車等都高度仰賴衛星導引,太空天氣預報是國際矚目的新興領域,美國、英國、日本等全世界已有17個太空天氣預報作業中心,聯合國外太空事務委員會也積極規劃國際合作太空天氣事務;台灣也在今年在中央氣象局成立太空天氣作業辦公室。福衛五號上太空,將能在第一時間提供台灣大量「太空電離層電漿分佈」以及「電漿泡」觀測資料,太空天氣預報的準確度將更加提升。未來,成大將在太空天氣預測領域,扮演重要角色。

本文改寫自國立成功大學新聞稿


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臺灣半數肺癌患者沒吸菸!不吸菸肺癌的致病成因是?

PanSci_96
・2020/07/20 ・2263字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 605 ・十年級

肺癌傳統被認為與吸菸畫上等號,不過,臺灣的不吸菸肺癌患者卻比吸菸者多。中央研究院與臺大醫學院跨單位研究團隊以蛋白基因體技術建立臺灣早期肺癌病人的多體學大數據,找到不吸菸肺癌患者可能的致病機制。

研究主要有三個發現,首先是肺癌和人體體內APOBEC*突變特徵的高低、其次與致癌物的曝露有關;最後更發現一個從未被發現的新亞型肺癌,及其致癌基因突變的差異,有助早期發現臨床潛在的高風險肺癌患者。

*註:APOBEC的突變被認為跟癌症的發生有關。

研究主持人中研院化學所所長陳玉如表示,「這是東亞第一套結合深度多體學大數據及完整臨床資料,深度解析不吸菸肺癌成因的研究成果」,也是美國臨床蛋白基因體學腫瘤分析聯盟(CPTAC)首次和國際聯盟團隊(臺灣)攜手合作,以蛋白基因體學揭開臺灣及美國病人肺癌生物學的面紗。臺美二個獨立成果於今年(2020)7月9日同步發表在國際頂尖期刊《細胞》《Cell》上,並共同榮登本期雜誌封面。

肺癌致病的關鍵:APOBEC突變特徵、致癌物效應

肺癌是全球癌症死亡的主因,即使藥物治療近年有長足的進展,5年存活率仍低於20%,目前仍是國人癌症死亡頭號殺手。研究指出,在美國不吸菸者約佔肺癌患者的20%,而東亞地區(包括臺灣)的肺腺癌有獨特的特色,不吸菸者(尤其是女性)患病的比率高過於吸菸者。在臺灣有50%以上的肺癌病患並不吸菸,超過9成得肺癌的女性都不抽菸,而且近十年有年輕化的趨勢。為釐清東亞不吸菸肺癌的致病機制,此研究分析東亞地區103名肺癌病患,探究早期不吸菸肺癌的發病與進展。

癌細胞基因突變結果顯示,東西方病人突變的基因背景大為不同;肺腺癌癌變與APOBEC的突變特徵很有關。罹癌患者中,高達74%從未吸菸年輕女性(小於60歲)和所有無肺癌「表皮生長因子受體(EGFR)」 驅動突變的女性患者APOBEC突變特徵程度高,顯示APOBEC的突變特徵可能為女性早期肺癌的驅動因素;而高APOBEC突變特徵又與免疫療法療效呈正相關。因此,APOBEC突變特徵可能成為早期診斷和免疫治療的潛在生物標誌物。

此外,研究也發現,暴露於致癌物而引起的基因體編輯突變特徵,亦可能是癌症早期的主要驅動因素。在部分較年長女性(大於70歲)中程度較高,化學致癌物代謝和解毒過程及特定途徑的活化可能影響腫瘤癌化、惡化和免疫調節異常。換言之,減少生活中致癌物的暴露率可能是預防肺癌的有效策略。

發現「新亞型」肺癌 有助早期發現潛在高風險患者

過去研究已知,臺灣肺癌患者主要在EGFR基因上會發生Del19和L858R兩種突變,病患若是發生L858R突變,存活率較低,且容易產生惡性胸腔積液和癌細胞轉移,不過至今仍未發現明確的生物機轉。此次透過蛋白體學特徵可將肺腺癌分為五個亞型,其中有一個從未被發現的新型早期肺癌「類晚期」亞型。此亞型可區分出Del19和L858R突變的腫瘤在早期癌症之惡性特徵。因此,臨床醫師有機會可藉惡性特徵發現早期肺癌患者,進一步提供密集的監測和考慮可能的佐劑加以治療。此外,「類晚期」亞型的早期腫瘤也可發現顯著增加的蛋白,如間質溶解素MMP11等,可能可以作為檢測的生物標誌。

東亞第一個解析不抽菸肺腺癌之多體學大數據

工欲善其事,必先利其器,有賴於深度蛋白質基因體技術和多體學數據整合分析,及臺灣肺癌臨床團隊提供高品質檢體及臨床資料分析,此次跨領域及院校研究方能就東亞肺癌有此重大突破。肺癌團隊主持人楊泮池指出,「蛋白基因體學發現不吸菸肺癌患者在腫瘤發生和癌症進程上存在著人種和地域上的獨特性,此研究為早期不吸菸者肺腺癌提供了新的見解」。

除中研院之外,研究團隊成員由臺灣大學、臺北醫學大學、臺中榮總提供病人檢體、臨床數據及檢測技術等,共同呈現前所未有的東亞肺腺癌完整鳥瞰圖景,包括針對男女族群、吸菸與不吸菸族群,描繪出更清晰的肺腺癌疾病進程,並且發現新的癌症標誌物與找出導致臺灣肺腺癌的可能病因。

首次攜手合作 臺美「癌症登月計畫」重大發現

本院擁有領先世界的蛋白基因體技術、生物資訊分析平台與大數據分析技術,且臺灣醫療團隊具備完善的長期追蹤資料。藉此優勢,本院與美國國家癌症研究所(National Cancer Institute, NCI)於2016年簽署「癌症登月計畫(Cancer Moonshot)」合作備忘錄,參與國際癌症蛋白基因體學聯盟(International Cancer Proteogenome Consortium, ICPC)。同年10月臺灣通過生醫產業推動方案,科技會報將癌症登月計畫納入為「推動特色重點產業」策略之一,提供利用蛋白基因體大數據開發創新診斷及新藥研發之契機。

持續關注肺腫瘤生物學及早期肺腺癌的研究進展,將有助推動肺癌檢測開發和相關管理策略。「癌症登月計畫」臺灣團隊認為,臨床資訊、多體學技術及體學大數據為發展癌症精準醫學之必要基礎工程,為欲深入研究和發展肺腺癌精準醫療的研究人員和臨床醫生的最大後盾。若能進一步凝聚跨學研單位、醫學中心及跨部會及產學合作,透過與國際癌症登月計畫團隊分享各國數據與資源,持續研發新策略,有助未來發展臺灣特色的精準醫學。

記者會合影

論文共同第一作者為本院化學所陳誼如博士後研究員、本院統計所張雅媗博士後研究員及英國癌症研究所Theodoros I. Roumeliotis,本院資訊所陳鯨太博士後研究員及時任本院化學所林妙霞博士後研究員(現任臺灣大學)亦列為共同第二作者。研究團隊包括本院化學所陳玉如所長、臺大醫學院內科教授楊泮池(本院院士)、本院統計所陳璿宇副研究員、英國癌症研究所Jyoti S. Choudhary、臺灣大學醫學檢驗暨生物技術學系與基因體暨精準醫學研究中心俞松良教授、臺大醫院外科醫師陳晉興、本院資訊科學研究所宋定懿研究員及臺北醫學大學韓嘉莉助理教授等。本次研究經費主要來自科技部、中研院及臺灣大學支持。


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