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《星際救援》的時代背景,和那仍未實現的黑科技「太空電梯」

Rock Sun
・2019/09/20 ・3338字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 537 ・八年級

本文由双喜電影贊助,泛科學企劃執行

「這部片講的不是未來,而是未來的一種可能性。這個故事不一定是我們想像中會發生的未來,更不是什麼預知電影,而是講述人類若是繼續探索太空和殖民月球、火星、甚至其他星球會發生什麼情況。」——《星際救援》編劇格羅斯(Paul Michael Gross)

在未來的幾十年,人類會如何朝太空發展呢?這問題一定在很多科學家、工程師和太空迷的心頭上打轉。仔細一想,玩法還真不少呢!

你想要以商業為優先,開發太空運載、旅遊、採礦嗎?
還是想以「尋找智慧生命」這個遠大的使命為目標?
又或是想坐地球望月球、坐月球望火星,慢慢地拓展人類居住的版圖呢?

這些願望都有可能在未來的太空探索當中被實現呢!而在近期上映的電影《星際救援》中,便對未來幾十年內的太空探索做了另一種解釋:既科幻又夢幻,而且還不失真實喔~

懼高症注意!這個高聳入太空的建築到底是什麼?

在《星際救援》預告中最讓人印象深刻、最標誌、最能夠標誌這是什麼神奇時代的景物:不是月球基地、不是太空船,而是那個謎樣的高聳建築物。在這個商業太空之旅已經不是夢的時代,這到底是什麼黑科技呢?

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沒錯!這其實就是你我都不陌生的太空電梯。在《星際救援》中,我們可以很難得的看到這個很常被提及、但是實際執行仍有困難的黑科技,以特效的方式出現在大家眼前;而且它還是主角的工作場所呢!

其實太空電梯的發想,早在1895年就已經出現了。俄羅斯著名科學家康斯坦丁.齊奧爾科夫斯基(Konstantin Tsiolkovsky)是第一位提出類似概念的人。其最原始的構想是在地球同步軌道上建造一個「城堡」,與地球上一座像巴黎鐵塔的建築彼此相連。

之後在1960年,另一位俄羅斯著名工程師尤里.阿特蘇塔諾夫(Yuri Artsutanov)有了更接近現代太空電梯的想法:認為太空電梯應該要從太空船開始由上(太空)往下(地表)修建,顛覆了許多人的想像。這個方向雖然後續還是有些許討論但還是沒有太多的關注與研究;一直到1975年美國空軍的研究機構將這個概念納入報告中後,才開始有了各種材料的發想與科幻想像。

而後在1978年,英國的小說家阿瑟.克拉克(Arthur C. Clarke,如果你覺得他有點陌生,只要知道他也是《2001太空漫遊》的作者就對了。)的科幻小說《天堂的噴泉 Fountains of Paradise》中,最接近現代的太空電梯的雛形才出現。故事的設定是,未來的工程師們在斯里蘭卡某處的高山上用奈米碳管打造了了延伸到3萬6千公里的高空的太空電梯,以此取代了太空船。

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等等,這個高度也太實際了吧!為什麼太空電梯標高要3萬6千公里呢?這可是太空電梯不會垮下來的重要關鍵喔!!

太空電梯為何一定要在3萬6千公里?

簡化的描述太空電梯,它就是一個從地表延伸到太空的長長纜繩、加上電梯和其他像是實驗室等的設備;但這可不是能隨隨便便蓋到某個高度想喊停就喊停的喔!

太空電梯整個設備的質心,一定要在地球靜止軌道上:也就是離地3萬5786公里的地方。

地球靜止軌道有個特點:在軌道上衛星的運行方向和地球自轉方向一致,繞行地球運行一周的時間也和地球自轉周期相同。因此從地球人的角度來看,這上面的東西都是靜止不動的;如果太空電梯的質心不在這個軌道上,就會受到地球自轉和重力的影響,可能會因此而倒塌或支解。

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目前科學家腦海中的計畫大概長得像這樣:以50公里高的高塔在地球上作為基底,最好位處在赤道地區:除了地球靜止軌道就在赤道正上方之外,如此高聳的建築更要避開強風,而在赤道地區的話就不會有熱帶性低氣壓的肆虐。然後要有一顆位於同步軌道的衛星,降下具有超級延展性和強韌度的纜繩,同時作為機房設備;並且要在整個電梯的另外一端(超過地球靜止軌道的相反端)加上平衡的力學原理的機制。

這樣看起來,太空電梯的結構就像鏈球那樣,只是繩子中間多了好幾個上下跑的磁浮盒子,並且在不同的高度停下來,提供不同的服務,例如運送人力物力來往地球和太空之間,維修、部屬衛星可能也會變得很方便。

不過商用太空飛行不都已經能實現了嗎?還需要蓋太空電梯嗎?與火箭相比,太空電梯的運輸成本較為低廉:NASA估算使用太空電梯把貨物從地球表面送到軌道上,每一公斤只需要花費1.5塊美金;這樣換算下來,運送一個帶著行李的旅客成本可能只需要不到100美金。相較之下,現在的獵鷹9號火箭要載1公斤還是需要大概1700美金的成本。

但既使概念和誘因都有了,也不代表太空電梯的實現就近了。想建造太空電梯,還有很多的難關要克服:第一個就是纜繩,這也是推動現在奈米技術、石磨稀等材料科學前進的動力之一,因為我們需要超高強度和延展性的材料;再來我們不只安裝纜繩,還要能夠像電梯一樣有效的操控它;除此之外地表上的高塔結構可能需要比現在任何建築都還要高,才能提供必要的防護和支援。最後,還有一個最最最重要的難關要克服:就是我們為什麼要建造並使用這個太空電梯的動機。畢竟誰都不想花好大一筆錢打造一個沒有人想用的設備,變成蚊子館對吧~

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《星際救援》所在的,是個超越月球和火星的時代

太空電梯要出現在大家面前,除了技術之外,需要滿足一個非常商業的條件:有大量需求、有明確使用目的,這些目的可能包括需要頻繁的更換衛星零件、運載貨物和人員往返太空和其他有人類居住的地方、直接在太空中開始太空旅行、監測更遙遠的宇宙⋯⋯之類的。簡單的說,它必須要跟我們現在使用電梯那樣地頻繁,打造太空電梯才能值回票價。

那麼有著太空電梯這樣高科技產物的《星際救援》,究竟身處在怎樣的時代呢?最簡單的猜測,它可能是在人類開始長居月球、火星之後。

如果NASA和其他各國際計畫沒有延宕的話,我們最快可以在2025年左右看到人類重返月球,在2035年左右看到人類踏上火星。在這之間可能又會有更多的中繼太空站產生,接下來10~20年內,人類開始習慣在宇宙中來去,太空居民開始出現,資源開始互通⋯⋯

假如說有一天,你發現需要更快速的方式從月球基地前往地球表面探望自己的家人,或是從地球前往地球軌道開一場重要的會議,這時候就是太空電梯登場的時候了。相信在這個時間點技術應該已經可以解決各種問題了,對吧?

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《星際救援》就是一個在這樣時空背景誕生的世界,比現階段殖民月球和火星更之後的世界。在這個時代,土生土長的火星人可能稀鬆平常;月球雖受制於太空法不被任何人擁有,但也是海盜橫行之地;前往遙遠的深空尋找生命也已經可能發生,但是人類又能撐過整趟旅程嗎?這些問題,都令人充滿遐想呢~

R編空想病吐槽發作:

預告片中卻有一個讓我很納悶的地方⋯⋯就是當主角從太空電梯上因爆炸摔下來這個過程。這也掉得太乾脆了吧!

如果大家好奇的話可以想想,當你從離地300多公里的國際太空站上「掉」下來,你需要大概2.5小時才能著地;而且你也不會是垂直向下掉,而是會伴隨著國際太空站本身的速度進入軌道,再一點一點的接近地球。

但是預告中我們看到主角非常直接像跳樓一樣摔下來了,所以他離地也沒有很遠是嗎?但又是怎麼看到那麼美麗的地球弧線呢?這我也很好奇啊~

參考資料:

  1. Audacious & Outrageous: Space Elevators
  2. The International Space Elevator Consortium (ISEC)
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Rock Sun
64 篇文章 ・ 1031 位粉絲
前泛科學的實習編輯,曾經就讀環境工程系,勉強說專長是啥大概是水汙染領域,但我現在會說沒有專長(笑)。也對太空科學和科普教育有很大的興趣,陰陽錯差下在泛科學越寫越多空想科學類的文章。多次在思考自己到底喜歡什麼,最後回到了原點:我喜歡科學,喜歡科學帶給人們的驚喜和歡樂。 "我們只想盡我們所能找出答案,勤奮、細心、且有條理,那就是科學精神。 不只有穿實驗室外袍的人能玩科學,只要是想用心了解這個世界的人,都能玩科學" - 流言終結者

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為什麼越累越難睡?當大腦想下班,「腸道」卻還在加班!
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/04/30 ・2519字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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。

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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。

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 / 圖片來源:envato

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)。

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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)」/圖片來源:益福生醫

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。

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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。

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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。

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 / 圖片來源 : envato

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肺部為何會「結疤」?揭開比癌症更致命的「菜瓜布肺」,科學家如何找到破解惡性循環的新契機
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2026/05/08 ・2041字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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。

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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 / 圖示來源:shutterstock

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。

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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。

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。/ 圖示來源:shutterstock

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?

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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。

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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。

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。/ 圖示來源:


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