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福衛七號要發射了!但你知道它上太空要幹嘛嗎?

劉馨香_96
・2019/02/19 ・2328字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 534 ・七年級

福衛七號在國家太空中心整裝待發,只差美國一聲通知,就能啟程前往美國佛羅里達州,由 Space X 公司的獵鷹重型號(Falcon Heavy)火箭發射升空!

但,你知道它上太空要幹嘛嗎?

自從福衛三號 2006 年升空以來,天天為全球提供天氣觀測資料,盡心盡力替台灣做好國民外交,至今也高齡十三歲了。什麼時候才能退役,過著悠閒的退休生活呢?準備多年的福衛七號就是來接棒的,等到成功就位後,就能接替福衛三號的工作囉!

福衛七號模型。圖/科技部提供

福衛七號在太空中怎麼觀測氣象呢?

福衛七號是由臺灣的國家太空中心(National Space Organization,NSPO)與美國的國家海洋暨大氣總署(National Oceanic and Atmospheric Administration,NOAA)共同執行的合作案。主要任務是延續福衛三號,以無線電掩星技術(Radio Occultation)進行氣象觀測。

那「無線電掩星技術」是什麼咧?衛星要怎麼在幾百公里的高空中觀測天氣呢?

無線電掩星技術利用的是電磁波在經過不同介質時,因為傳播速率不同,而使傳播路徑發生折射現象的原理。衛星上搭載全球定位衛星(GPS)訊號的接收器,GPS 的無線電訊號傳送到衛星前,會受到電離層與大氣層的折射,因此透過接收到的訊號回推折射情形,就能進一步計算出溫度、壓力和濕度等參數的垂直分布資訊,是我們每天氣象預報的重要資料來源呢!

福衛七號和福衛三號一樣,由 6 顆衛星構成星系,讓觀測可同時覆蓋地球各區,提供即時且完整的三維觀測資料。不同的是,福衛三號是由重約 62 公斤的微衛星組成,每顆衛星的軌道都會經過南北極,收集的資料均勻來自地球各緯度;而福衛七號的衛星每顆重約 300 公斤,部署在低傾角的軌道,衛星繞行平面和赤道平面的夾角小,因此能提供密集的中低緯度氣象觀測資料,將對台灣的氣象預報準確度帶來更大的幫助。

除了掩星觀測,還有什麼功能?

當然這麼辛苦的發射衛星上太空,如果只有一個功能就太可惜啦!福衛三號和福衛七號都有額外搭載其他科學儀器,稱為科學酬載。像是福衛七號就還有搭載離子速度儀(Ion Velocity Meter, IVM)和無線電射頻信標儀(Radio Frequency Beacon, RFB),前者的量測資料能幫助掩星資料反演的準確度,而後者則是幫助研究電離層的結構。

本次福衛七號的計畫,除了和美國合作的 6 顆任務衛星,還包含一顆自主衛星──獵風者號。這顆衛星完全由台灣自行研發,包括 4 項衛星關鍵元件、過氧化氫衛星推進模組,和全球衛星導航系統無線電反射訊號接收儀(GNSS-Reflectometry, GNSS-R)。GNSS-R 的功能為接收 GPS 的「直射訊號」和被海面反射的「反射訊號」,藉由比較兩種訊號的強度與結構差異,可推算出海面風速、波高等資料,有助於了解颱風結構的發展。再搭配前述衛星星系的掩星觀測資料,未來對於颱風強度與路徑的預測就會更準了!

未來對於颱風強度與路徑的預測就會更準了!颱風瑪莉亞。圖/中央氣象局颱風資料庫

回顧過去,展望未來

台灣從 1991 年開始發展第一期太空計畫,從無到有建立太空團隊與硬體設施,成功發射了任務為科學實驗的福衛一號、負責地球遙測的福衛二號與觀測氣象的福衛三號,奠基我國太空發展的基礎;2004 年進入第二期太空計畫,開始建立初步的自主研發能力,成功發展第一顆完全台灣自製的福衛五號,帶來高解析度光學遙測影像,並完成預計今年發射的福衛七號氣象衛星星系。

福衛一號(左起)、二號、三號及五號模型。圖/科技部提供

接著,就是最新的第三期太空計畫!接下來十年(2019-2028),科技部將投入新台幣 251 億元的經費,再接再厲發展 10 枚衛星,分別是 6 枚先導型高解析度光學遙測衛星、2 枚超高解析度智能遙測衛星與 2 枚合成孔徑雷達衛星,並推動向外太空探索的研究。

科技部預計這一系列衛星提供的即時影像與資料,對於災害監測、環境變遷、國土安全等問題帶來重要幫助,期望藉著發展這些衛星,結合產學研界研發能量,帶動尖端技術的發展,最終厚實台灣的太空產業。

你對太空計畫的方向、內容或是執行成果有什麼意見嗎?關於這些已經發射及尚在規劃的衛星們有什麼疑問嗎?

科技部長陳良基將於 2019 年 2 月 21 日(星期四)晚上 8:00,在科技部臉書直播開講,由泛科學專欄作家廖英凱擔綱主持人,談談台灣的太空計畫,歡迎來發問!

編輯報好康:只要你的問題被部長挑選回答的捧油,就有機會獲得精美禮物,甚至受邀至國家太空中心欣賞福衛七號發射實況喔!

 

參考資料:

  1. 國家太空中心:福爾摩沙衛星七號 │ 計畫簡介
  2. 中央氣象局太空天氣作業辦公室:掩星技術(Radio Occultation)
  3. 國家實驗研究院:全球衛星導航系統無線電反射訊號接收儀(GNSS-Reflectometry, GNSS-R)
  4. 進一步探索福衛七號衛星
  5. 科技部 FB,〈飛向宇宙.浩瀚無垠 第三期太空計畫啟動!

 

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劉馨香_96
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生科系畢業,喜歡腦、神經與心智。


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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。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》