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Lovejoy彗星究竟是如何逃過太陽魔掌的?

臺北天文館_96
・2012/03/26 ・892字 ・閱讀時間約 1 分鐘 ・SR值 494 ・六年級

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

就在約3個月前,天文界親眼目睹了新近發現的C/2011 W3(Lovejoy)彗星如神風特攻隊般衝向太陽表面的舉動,更震驚的發現這顆彗星居然以非常近的距離穿越太陽的日冕大氣、掠過太陽表面後,逃過太陽強大重力與輻射的摧殘,度過一場可能煙消雲散的劫難。現在,這顆彗星正朝著太陽系外圍揚長而去,重歸冰冷家園的懷抱(請參考天文新知  2012-01-17 讓世人為之驚艷的C/2011 W3(Lovejoy)彗星)。但眾多問題仍存於天文學家心中,其中最重要的問題就是:這顆結構鬆鬆散散的冰雪球,究竟是如何逃過太陽魔掌的?

來自德國普朗克地外物理研究所(Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics)和布朗斯威克技術大學(Braunschweig University of Technology)的科學家Bastian Gundlach等人,提出一個理論解釋Lovejoy彗星何以存活下來,箇中原因就是Lovejoy曾經歷一個特別的過程:藉由冰物質昇華向外噴發的釋氣(outgassing)
,保全了彗星自己。

Overview of the forces acting on sungrazing comets. (Illustration from paper.)  當一顆彗星接近太陽時,來自太陽的輻射逐漸增加,使得彗核內原本冰凍的固態物質直接昇華成氣體,並從彗核表面向外迸發,形成一道長而模糊的彗尾。根據這些德國科學家的理論,在Lovejoy彗星案例中,當這顆彗星幾乎一頭紮向太陽時,彗星本身的昇華現象使向外的氣體壓力橫亙整個彗核表面,反而讓彗核足以結合在一起而不會被太陽的潮汐力撕扯分裂。

此外,這些科學家考慮了釋氣威力、彗核組成物質、彗星本身重力和彗星靠近太陽時所受到的太陽潮汐力之後,估算Lovejoy彗星的彗核直徑在0.2~11公里之間。任何小於這個估算值的彗核都會因自身重力不夠,在近掠太陽時耗損太多物質而香消玉殞;任何大於這個估算值的彗核,則會因釋氣過於濃厚,反而無法提供足夠的抵銷能力,同樣讓彗核無法保全。

如果這些科學家的想法是正確的,那麼便意味著並不是所有彗星的太陽之旅都是生命的終點,至少對0.2~11公里大的彗星而言,仍有機會可以存活下來。

相關論文發表在2012年3月8日刊行的Icarus期刊中。

資料來源:How Did Comet Lovejoy Survive Its Trip Around The Sun?[2012.03.14]

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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太陽系裡最大的峽谷、最高的火山,都在火星上!——《有趣的天文學》
麥浩斯
・2022/04/23 ・769字 ・閱讀時間約 1 分鐘

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布滿鐵鏽的紅色沙漠:火星

在地球上用望遠鏡觀察火星,火星上的地形很難看清楚,只能看到最明顯的三種顏色色塊:紅、黑和白色。

比起水星和金星,火星算是比較宜人的行星,人類已經發射許多太空船前往探索,未來甚至可能移民到火星上生活,火星很可能成為人類下一個家園。圖/麥浩斯出版

火星表面充滿紅色塵埃,這些紅色塵埃由氧化鐵組成,也就是鐵鏽,火星表面絕大部分被氧化鐵覆蓋,所以表面看起來是紅色。

火星表面還有黑色的玄武岩,這些黑色玄武岩不會一直在那裡,有時黑色玄武岩會被紅色塵土覆蓋,當紅色塵土被吹散,黑色玄武岩又裸露出來。火星在南北兩極有白色的極冠,極冠是由水冰和乾冰組成,南北兩極的極冠會隨著季節變換而改變大小。

在火星上,除了兩極的白色極冠,還可以看見一些由冰晶組成的藍白色水冰雲。

壯觀的峽谷和火山

雖然火星的直徑只有地球的一半,不過火星上的峽谷和火山卻非常壯觀。

水手峽谷(Valles Marineris)長度約四千公里,這相當於美國的寬度,最深可達 7 公里,是太陽系裡最大的峽谷之一。火星表面有一座太陽系裡最高的火山:奧林帕斯山(Olympus Mons),奧林帕斯山是座盾狀火山,如果從附近的平原算起,它的高度約 26 公里。

圖/麥浩斯出版

比起荒涼死寂的水星和高壓炙熱的金星,火星似乎有趣多了!

──本文摘自《噢!原來如此 有趣的天文學》,2022 年 3 月,麥浩斯出版

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將一生毫無保留地奉獻給科學——瑪麗亞.斯克沃多夫斯卡.居禮
椀濘_96
・2022/03/21 ・3561字 ・閱讀時間約 7 分鐘

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瑪麗亞.斯克沃多夫斯卡-居禮(Maria Skłodowska-Curie,1867-1934),看姓氏不難聯想到,她就是我們所熟知的居禮夫人。她開創了放射性理論,發明分離放射性同位素技術,以及發現兩種新元素,是第一位獲得諾貝爾獎的女性,也是首位獲得兩座獎項的學者,在科學上的貢獻對後世影響深遠。

瑪麗亞.斯克沃多夫斯卡-居禮(1867-1934)。圖/Wikipedia

艱難困苦的童年

瑪麗生於波蘭華沙的書香世家,排行老么,家中有布朗斯拉娃(二姐)與索菲亞(大姐)兩位姊姊。父親是一名中學老師兼理事,母親原為一名校長,祖父亦是位受人尊敬的數學與物理教師。

當時的波蘭已被俄羅斯帝國佔領,在沙皇的統治下,波蘭人民的生活處處受限,也影響了瑪麗一家的命運。瑪麗的父親因濃烈愛國精神而被俄國上司打壓,校方撤除了他的理事一職,並將他們全家趕出宿舍;加上雙親的家庭參與波蘭獨立民族起義,家中又遭遇投資失利,經濟頓時陷入困境。

隨後瑪麗一家搬進廉價的住所,父親為貼補家用便招收了多名寄宿生,平時除供應食宿外,從學校下班後還替他們補習來賺取更多收入。生活看似漸漸好轉,但遺憾的是,短短三年內瑪麗的大姐及母親皆因病去世。

1890 年,瓦迪斯瓦夫.斯克沃斯基與女兒們的合影,左起:瑪麗亞、布朗斯拉娃(二姐)、索菲亞(大姐)。圖/Wikipedia

因性別在求學路上受阻

天資聰穎的瑪麗亞自幼就是個相當用功的學生,尤其在數理方面更是表現亮眼;在她 15 歲那年,便以第一名的成績從女子文理學校畢業。

然而,因當時波蘭的正規高等院校拒收女性學生,波蘭女子若想繼續接受正規的大學教育,唯一一條路就是出國留學,但這對瑪麗家中的經濟條件而言,是筆相當大的開銷且難以負擔。

成績同樣優異的二姐曾想過前往巴黎學醫,夢想成為一名懸壺濟世的醫師,但礙於家中經濟狀況遲遲無法如願。瑪麗想幫姐姐盡早完成學業,決定先當家教來資助其學費,兩人也約定,待畢業後再協助瑪麗出國求學。在瑪麗的支持下,二姐終於得以前往巴黎一圓醫師夢。

爾後的幾年,瑪麗一面做著家教工作,一面自學,期間閱讀了大量化學相關書籍,也是在這時獲得了第一份實驗室工作機會,這消息對她相當振奮;儘管實驗室設備簡陋,但能把在書中讀到的知識親手實作就已心滿意足,此經歷也影響了她未來將走上科學研究這條路。晚年瑪麗回憶起這段的時光:

「就是因為這第一次的實驗室工作,使我肯定自己在實驗研究上的興趣。」

突破重重阻礙取得學位

1891 年,24 歲的瑪麗在進行實驗室工作的同時,也終於踏上留學路,前往巴黎大學修讀物理學。剛到巴黎的她人生地不熟,對語言不熟悉外,又因過往在波蘭所受的教育無法應付大學課程,初期學業表現遠遠不及同儕。瑪麗便在課業上下足功夫,閒暇時間也都泡在圖書館裡,終於皇天不負苦心人,靠著清晰的思維加上勤奮苦讀,成績漸漸有了起色。

1893 年瑪麗以第一名的佳績成功取得了物理學碩士學位,原先是想再取得一個數學學位,但此時她已將留學用的積蓄花光,也就放棄了這份念頭。幸運的是,在友人的協助下,華沙當局頒發給瑪麗海外優秀留學生「亞歷山大獎學金」,使她得以重返巴黎大學繼續深造,並在隔年順利取得第二個碩士學位。值得讚揚的是,在畢業的幾年後她將這份獎學金歸還給委員會,這舉動令人相當震驚,從未有任何一名學子歸還過,而瑪莉是第一位。

科學界的佳偶——居禮夫婦

學成後,瑪麗留在法國並開啟了她的科研生涯。當時為了能夠順利進行工作,正尋找著合適的實驗室;在同鄉物理學家約瑟夫.科瓦爾斯基介紹下,她結識了未來的丈夫,法國青年科學家——皮耶.居禮。對科學滿懷熱情的兩人情投意合,彼此欣賞著對方的個性及才華。

1894 年,瑪麗返回波蘭生活,原以為能在家鄉繼續從事喜愛的科研工作,然而波蘭的大學仍以性別為由將其拒絕。在皮耶的說服下,瑪麗回到巴黎並協助他完成了磁性研究,兩人也在同年結為連理。

當時總有人打趣得說:「皮耶最大的發現就是瑪麗」。

在實驗室裡的居禮夫婦。圖/Wikipedia

帶領科學邁向新篇章

婚後夫婦倆一面養育女兒,一面做科研。瑪麗首要目標就是取得博士學位,她選定了當時剛發現的X射線以及鈾射線作為研究主題。後續在研究鈾礦時,透過驗電器的測量結果,瑪麗推斷鈾礦必定含有其他活性比鈾大的物質,於是開啟了她尋找其他放射性物質之路。

皮耶對瑪麗亞的工作越來越感興趣,隨後也加入了太太的行列。他們用酸液分解研磨過的瀝青鈾礦,再用化學分析方法分離出瀝青礦中可能含有比鈾更具放射性的物質。不久後,成功從實驗裡發現了比鈾的活性高 300 倍的新元素。隨後居禮夫婦發表了一篇聯合署名論文,正式宣布以「釙」(Polonium)命名所發現的新元素,以紀念波蘭。

在發現釙之後不久,她從實驗中發覺似乎有更強烈的放射性物質,便認定這也許是另一個新元素,這時物理學家亨利.貝克勒也加入了居里夫婦的研究行列。他們終於找出這個放射性比鈾大 900 倍的物質,三人將新元素命名為「鐳」(radium),拉丁文意為「射線」,也在研究過程中創造出單詞「放射性」(radioactivity)。

在當時居禮夫婦聯合及單獨發表的 32 篇論文中,其中一篇就為:在鐳輻射下,病變或腫瘤細胞比健康細胞死得更快。可說是若沒有這份的研究成果,就不會有現在用來治療癌症的放射性療法了。

得來不易的諾貝爾獎

在一系列研究及發現後,1903 年瑪麗終於獲得巴黎大學物理博士學位。同年瑞典皇家科學院授予居禮夫婦及亨利.貝克勒諾貝爾物理學獎,起初委員會僅表彰皮耶和貝克勒,不過有位倡導女性科學家權利的委員通報並向上申訴,瑪麗亞才能獲得提名,成為了首位獲得諾貝爾獎的女性。

1911 年諾貝爾獎證書。圖/Wikipedia

隨著瑪麗亞成功從金屬中提煉出鐳,1911 年瑞典皇家科學院授予她第二座諾貝爾獎(此次為化學獎),以表彰:「發現了鐳和釙元素,提煉純鐳並研究了這種引人注目的元素的性質及其化合物」。此次的獲獎肯定也使她能夠說服法國政府支持並建立鐳研究所,該研究所於 1914 年建成,研究領域涉及化學、物理、醫學等。

將自己毫無保留地貢獻給科學與社會

一戰期間瑪麗為協助戰地外科醫生,便在靠近前線的地方設立了戰地放射中心。她的身影穿梭在戰地醫院中,指導著 X 光裝置的組裝及使用,據估計,超過 100 萬受傷士兵受過她的流動式 X 光機治療。

瑪麗與她的 X 光車。圖/Wikipedia

在戰後的歲月裡,瑪麗亞將時間奉獻將所學與經驗傳授給學生,也包括許多遠從世界各地慕名而來的後進學者。在她的指導下,鐳研究所培育出了四位諾貝爾獎得主,女兒伊倫.約里奧-居禮及女婿弗雷德里克.約里奧-居禮也在其中。

1934 年,瑪麗亞因再生不良性貧血逝世於療養院,後世普遍認為是因長時間暴露於輻射中而造成的,當時科學上並未了解到游離輻射會對人體產生危害,也未開發任何防護措施。瑪麗亞的生活處處充滿放射性物質,幾十年間患上了多種慢性疾病,然而一直到去世,她從未意識到這會危及自己的健康甚至是生命。

瑪麗亞.斯克沃多夫斯卡-居禮一生不慕名利,奔波於科學研究、教育學子,將畢生毫無保留地貢獻給科學與社會。直到今日,世人仍持續讚賞她的付出與貢獻,紀念這位偉大的科學家。

參考資料:

  1. 維基百科—瑪麗.居禮
  2. 科學名人堂—居禮夫人
  3. 居禮夫人:大家都聽過的科學家,與她充滿波折的人生和感情路
  4. 科技大觀園—開啟輻射醫學大門的居禮夫人
  5. 傑出的科學貢獻與多舛波折的人生:瑪麗.居禮誕辰|科學史上的今天:11/7
椀濘_96
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考慮輻射粉塵飄落,福島五縣食品改為「品項限制」是較有保障的作法
台灣科技媒體中心_96
・2022/02/18 ・1636字 ・閱讀時間約 3 分鐘

國小高年級科普文,素養閱讀就從今天就開始!!

行政院於今(111)年 2 月 8 日宣布取消日本福島地區食品進口禁令,以「回歸科學檢驗、比國際標準更嚴格、為食安把關」 等三原則調整管制措施,其中包括從「禁止特定地區進口」改為「禁止特定品項進口」、風險品項需提供雙證(輻射檢測證明及產地證明),以及福島等五縣食品必須逐批檢驗才能進口等三項配套措施。

由於目前大眾仍未能有機會看見和理解「日本進口食品」相關的科學證據,常出現因政治而失焦的非理性討論,台灣科技媒體中心於 2 月 17 日召開記者會,邀請慈濟大學公共衛生學系謝婉華副教授與清華大學原子科學技術發展中心許芳裕教授,分別說明輻射食品的科學證據,以及目前制訂福島食品進口的規範時,如何評估對人體健康的影響。

台灣科技媒體中心邀請許芳裕教授、謝婉華副教授一同召開記者會。圖/台灣科技媒體中心提供

許芳裕表示,目前世界上很多國家都遵循國際放射防護委員會(ICRP)的建議,制定與核輻射有關的法規。ICRP 將輻射的危害分為「確定效應」和「機率效應」,前者是指過量輻射對人體的損害會隨著劑量提高而加深,後者則與癌症發生的機率有關。從 1945 年開始的輻射效應數據研究顯示,只要劑量低於每年 1 毫西弗(mSv),對人體的影響都是可以忽略的。

目前國際標準指出,若是單次或年累積曝露的劑量低於 100 毫西弗,都可以忽略,若超過 100 毫西弗,可能會有健康影響。研究證據也說明 100 毫西弗對人體沒有確定效應(損害),機率效應(癌症發生率)的影響則可以忽略。因此目前各國法規均訂有人員劑量限值:輻射工作人員職業曝露每年不得超過 50 毫西弗,一般人則不得超過 1 毫西弗——只要符合法規劑量限值內,健康效應的風險應可忽略。

至於國際是如何換算「食品檢驗」到「人體接受的安全劑量」。許芳裕說明,國際上是透過國際食品法典委員會(Codex)的規範,假定成人每年攝取 550 公斤的食物量、嬰幼兒的每年攝取 200 公斤的食物量,再參照各國進口日本食品的比例,來制訂食品輻射限量標準。假設日本食品佔所有飲食的十分之一,納入放射性元素和劑量的影響後,就可換算出各國成人和嬰幼兒的食品輻射限量標準。

日本在制訂國內標準與估算安全劑量時,是以銫-134 和銫-137 為準,假定每人 100% 會攝入輻射食品。

以衛福部的資料為例,台灣目前是參照日本較嚴格的數值,相對其他國家來說較為嚴格。

謝婉華依據其在 2017 年的研究結果表示,大部分的檢測結果都顯示「若台灣民眾因進口食品產生額外的輻射曝露,健康危害應是可被忽略的」。在計算這些額外的輻射總曝露風險時,0-3 歲兒童的額外輻射曝露總量為每年 0.000147 毫西弗,相比照一張胸部 X 光片的 0.02-0.05 毫西弗,風險極低,但和攝入的曝露風險無法類比。

澳洲官方報告也指出,日本福島事件帶給澳洲居民的風險低於 1 毫西弗的輻射曝露量,對人體的機率效應影響可以忽略。另外,在去(2021)年 9 月,美國也解除日本食品輸入的「進口警示」,並且分析 1,749 筆資料,發現僅有 3 筆(2 筆綠茶、1 筆薑粉)檢出輻射量,但遠低於標準。

綜上所述,現今開放日本福島五縣市食品,對國人的健康風險應該可被忽略。

許芳裕和謝婉華都同意,因台灣對福島地區食品的檢驗標準比國際嚴格,在符合檢驗標準下,進口該地區食品的健康風險極低。至於法規將原先的「地區限制」修訂為「品項限制」,確實是更安全的方法,因為輻射粉塵可能會飄落其他縣市,使得鄰近福島 5 縣的地區也有風險,所以改為品項限制更能安全把關,也更符合科學做法。

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