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從地球到太陽系天文生物系列

臺北天文館_96
・2012/06/29 ・1720字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 543 ・八年級

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Image Credit: Kathie Thomas-Keprta and Simon Clemett/ESCG at NASA Johnson Space Center
Image Credit: Kathie Thomas-Keprta and Simon Clemett/ESCG at NASA Johnson Space Center

[FETTSS天文生物系列之1] ALH84001:來自火星的石頭

ALH84001這舉世聞名的火星石,大概是在1600萬年前被隕石撞擊後彈飛出火星,漫遊太空,然後在1萬3千年前與地球相遇並墜落在南極洲的「艾倫丘」冰原上,並在1984年被科學家所發現。這張放大圖中,明顯的橘色盤狀區域,鑲嵌著黑色條紋,是由碳酸鹽所組成,而這通常是在低溫的液態水中形成。1996年,天文生物學家聲稱ALH84001中可能有微生物的化石遺跡,暗示可能有生命曾出現在火星上。雖然到目前為止,這份聲明還未被徹底證實,卻也開啟了天文生物學這門新的科學研究領域。

資料來源:ALH84001

[FETTSS天文生物系列之2] 巴哈馬藍洞

Image credit: Wes Skiles

大概在10~20億年前,地球當時的海洋被認為是處在無氧的狀態,因為能吸收光能但不釋放氧氣的厭氧紫細菌在海中生活著,並在有十億年歷史之久的海岩中留下了化石痕跡。今天,在巴哈馬群島上一些與世隔絕,稱為藍洞的海穴裡(如圖),涵養聚集了大量的厭氧紫細菌和綠細菌,他們的光合作用不會製造出氧氣,因此有著很不一樣的生態系統。天文生物學家在此研究他們的生活形態,看看和現代植物與藍綠藻等行光合作用並釋放氧氣的生物有何不同。因為有植物等生物釋放氧氣,大氣中才有足夠含量的氧氣以支持人類等多細胞生命的存續。

資料來源:Bahamas Blue Hole

[FETTSS天文生物系列之3] 四沼澤-1

本影像呈現的是Cuatro Ciénegas(英文意為「Four Marshes」)眾多沼澤地的其中之一,這是個相當獨特的生物保護區,位在墨西哥北部科阿韋拉州(Coahuila)的荒漠區(Región Desierto)。此區所保存的動植物多樣性頗為豐富,許多沼澤中含有生氣蓬勃的微生物群落;當這些群落成長時,結合隨水流而來的沈積物和沙土,逐漸形成如岩石般的半球形結構,類似疊層石(stromatolites),只不過這些沼澤中的群落結構是活生生的微生物構成的,而疊層石則是極古老的地球生命化石記錄。因此天文生物學家將此地當作活生生的實驗室,藉此探究地球生命起源。

Image Credit:Ariel Anbar

資料來源:Cuatro Cienegas 1

[FETTSS天文生物系列之4] 四沼澤-2:沙漠中的生命

Image Credit:Luis Eguiarte

四沼澤(Cuatro Ciénegas)這個生物保護區位在墨西哥北部科阿韋拉州(Coahuila)的荒漠區(Región Desierto),設立保護區之意是要保護那些規模不大、有獨特的水化學作用的生態池,其中許多都是活生生的疊層石的發源地。這些是複雜的微生物群落,當微生物成長時,與來自水中的沈積物和砂石混合,逐漸堆疊形成如岩石般的圓頂形結構,此圖前景中便可看到好幾個這樣的疊層石結構。在早期地球中,相同的微生物相當普遍。約在20億年前,這些微生物開始經由光合作用將氧氣釋放進入大氣層,將地表逐漸改變成適合人類等複雜生命型態生存的環境。

資料來源:Cuatro Cienegas 2

[FETTSS天文生物系列之4] 伊迪卡拉-1:複雜生命型態的出現

Image Credit:Phoebe Cohen/MIT/NASA Astrobiology Institute

這塊向上翹起的砂岩位在澳洲南部弗林德斯山脈(Flinders Range),岩石上有著波紋,顯示這塊岩石是古老海床的一部份。澳洲的這片區域擁有約6億多年前出現的地球第一批複雜多細胞生物所形成的化石。研究這些被稱為「伊迪卡拉動物群(Ediacaran Fauna)」的古老化石,可幫助天文生物學家進一步瞭解地球上的複雜生命型態究竟如何出現、如何演化,甚至是若出現在其他行星上時將會如何演化。

資料來源:Ediacaran 1

FETTSS(從地球到太陽系,From Earth To The Solar System)天文生物(Astrobiology)系列,為臺北天文館與中央大學天文研究所葉永烜教授合作之成果,影像並獲得NASA FETTSS製作小組同意授權。整系列共25幅與天文生物研究相關的照片與說明,將分次刊登於天文新知中,並於臺北天文館大廳展出高解析影像,歡迎參觀!

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
482 篇文章 ・ 27 位粉絲
臺北市立天文科學教育館是國內最大的天文社教機構,我們以推廣天文教育為職志,做為天文知識和大眾間的橋梁,期盼和大家一起分享天文的樂趣!

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什麼!樹木也能分陰、陽?這到底是風水還是植物學啊?——《聆聽樹木的聲音》
麥田出版_96
・2022/08/30 ・2618字 ・閱讀時間約 5 分鐘

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  • 作者/詹鳳春

樹的光飽和點:陽樹比陰樹更需要陽光

樹木主要可分為陰樹、陽樹及中性樹。所謂陽樹,即偏好日照,當日照不充足便容易枯損衰弱。反之,即使日照不充足也可以健全生長,稱為陰樹。還有介在陰樹與陽樹之間,稱為中性樹。

植物的葉子進行生命維持活動。對植物而言,光為生存的能量,如同動物攝取食物般的重要。換句話說,能否取得充分的日照為樹木的死活問題。

葉子為了收集光照,在葉的構造內也下了不少的功夫。常見葉大且薄,在葉的背後及內側可有效的收集光照。葉表面附著了一層薄膜的角質層,除了讓水分難以透過以外,還可防止葉表蒸發,保護葉內組織。

櫻花樹是陽樹,日照需求高。圖/Wikipedia

自葉的生理角度來看,陰樹與陽樹的最大差異,在於光飽和點光合作用速度不同。一般光照量的最高限度,稱為光飽和點。因此日照需求度高的樹木為陽樹,能耐日蔭為陰樹。

陰陽特質的掌握,有助於適地適木的配植。例如櫻花樹(陽樹)的光飽和點高,受到強光而不斷增加光合作用量,當光照變弱時光合作用量也隨之降低,長期下來影響櫻花樹的生長。

樹木陰陽的差異並沒有明確基準,如一天必須要達到多少小時才能存活?這是隨著原生地的環境,以及培育經驗法則所分類。樹木的成長,是隨著光照強度性質而改變。

例如,幼木時可以在林蔭弱光環境下生長,長大為成木對光的需求也慢慢增大。相對的,需要強光生長為陽樹,周邊若有高大喬木環境時生長受阻,而陰樹即使周邊有大樹也可生長。

一般陽樹多為落葉樹種,因生長快速,樹幹易粗大且短命趨勢。相對的陰樹多為常綠樹種,生長慢,壽命也較長。

除了樹種外,葉子也可分為陰葉、陽葉

此外葉子也可區分陰葉及陽葉;陽葉受到強光,光合作用量增加,陰葉則是利用較弱的光照度進行光合作用。

對樹木而言,最適切的光照度為晴朗的上午,午後的西曬通常帶給部分樹種生長阻礙。路邊常見的紫薇,當夏季午後受到強烈西曬、高溫過熱,反而光合作用量頓時減少。過於高溫時,葉內含水量隨之減少,葉內的氣孔關閉後便無法呼吸交換而影響光合作用。

都市行道樹的日照條件也決定樹木生死,受到各方高樓環抱而遮蔽日照,光合作用也會受到影響。尤其當陽樹日照不充分時生長容易出現阻礙,即使為耐陰的山茶花、冬青也會出現樹勢低下及開花不良、病蟲害等問題。

路邊常見的紫薇,若受到強烈日照,反而會減少光合作用量。圖/Wikipedia

一片葉子的生命有多長?

針葉樹與闊葉樹的葉型,表現出樹木存活的戰略。

常見的針葉樹種柳杉、松樹等為常綠樹種,葉子細長、如針狀。這是為了取得更多的日照得以行光合作用,並不斷的往上生長。藉由向上生長與其他植物相互競爭,取得日照。

雖然稱為常綠樹,但也並非不落葉。尤其光合作用效率變低後,老葉陸續落葉並與新葉進行交替更新。樹木為了維持葉子也需要充分的養分,除了蓄積於枝條、樹幹以外,也儲藏於針葉樹葉內。

一般常綠樹的葉子壽命平均一到兩年,松樹的葉子甚至二到十年的也有。常綠樹的壽命,取決於環境。即使相同種,也會因日照、降雨量、土壤環境的不同而出現差異。

當環境要素越是不良時,葉子的壽命也就越長。簡單說,光合作用效率變低,養分的回收期間也就更長,而葉子的壽命也變長。一般熱帶地區的常綠樹,多數葉子的壽命為三個月。

即使先天抽了一張好牌,沒有好的成長環境也是枉然

樹木的生長條件之中,氣溫扮演著非常重要的角色。例如:將暖地生長的樹木種植於寒冷地,易受寒害,葉子變黑、枯死。相反的,習慣寒冷地的樹木若種植於暖地時,就容易出現新芽生長停頓等現象。

諸如此類的現象,可以說是樹木各自的生理特徵。

梨子在冬季容易受到寒害,造成葉子變黑、枝幹枯死。圖/台中市政府

樹木以根系吸收養水分,枝葉進行光合作用並製造能量。暖地或喜日照的樹木,光合作用能力非常旺盛,所製造的糖直接被樹體吸收使用,而水及空氣自葉的氣孔排出為蒸散。

就另一個角度來看;當氣溫升高時,蒸散旺盛而葉溫也隨之下降。而蒸散旺盛也會讓樹木失去大量水分,甚至引起脫水狀態。

因此,樹木為了維持本身機能平衡,配合氣候進行生理活動。例如:熱帶雨林的樹木行光合作用時,根系需要吸收大量水分;而沙漠的植物幾乎處於冬眠,受到強烈熱氣後關閉氣孔,將水分儲存於體內等。

生活在都市裡的樹木,面對了哪些壓力?

樹木面對各式各樣環境要素,其生活樣式也不同。然而這樣的生活並非一朝一夕,而是經過不斷演變而獲得的機能。當環境突然改變時,樹木當然也面對很大的生長壓力。

行道樹面對的都市環境,如水泥、柏油等人工基盤,引起的高溫化要比郊外氣溫還高,遠遠不同於自然環境生長的樹木。

那些生存在都市內的行道樹和景觀樹,它們面臨的氣候環境,又是截然不同的情況了。圖/Pixabay

面對嚴峻的都市微氣候環境,水分吸收為生存的關鍵要素之一。當水分不充足,直接反映於蒸散的受阻。而通風不良時,枝葉蒸散也容易出現病蟲害。

相對的,風過大反而帶給樹木物理損傷,同時引起土壤蒸散、落葉等問題。尤其長期遭受東北季風吹襲,因低溫使根系衰弱無法吸收水分,間接影響蒸散能力。行道樹受到大樓風影響也容易出現落葉、枝條斷裂、傾倒等災害,其環境因素直接影響樹木生理。

——本文摘自《聆聽樹木的聲音》,2022 年 7 月,麥田出版

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麥田出版_96
18 篇文章 ・ 13 位粉絲
1992,麥田裡播下了種籽…… 耕耘多年,麥田在摸索中成長,然後努力使自己成為一個以人文精神為主軸的出版體。從第一本文學小說到人文、歷史、軍事、生活。麥田繼續生存、繼續成長,希圖得到眾多讀者對麥田出版的堅持認同,並成為讀者閱讀生活裡的一個重要部分。

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俄軍使用了真空彈!什麼是溫壓武器?它的原理和可怕之處在哪?
Lea Tang
・2022/03/14 ・1688字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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根據烏克蘭政府及人權組織的報告,俄羅斯軍隊將集束炸彈和溫壓武器使用在對烏克蘭的戰事上——此項指控在 3/10 得到俄國國防部的承認(confirmed)

一種燃燒空氣的爆炸裝置

俄羅斯軍隊所使用的溫壓武器系統 TOS-1A,是俗稱「真空彈」的空投高功率真空炸彈。這類毀滅性的裝置通常以火箭發射或空投炸彈的形式部署,透過選擇不同的燃料——有毒金屬粉末或含有氧化劑之有機物質與炸藥共同施放。

彈藥發射後,空氣中的氧扮演助燃的角色,分散的燃料團於是成了一顆巨大火球。

對生物具有致命威脅

由於火球會在一瞬間用掉周遭所有的氧氣,真空彈的威力比傳統炸彈大,燃燒時間也更長。遇到真空彈攻擊時,幾乎沒有方法能夠自保——巨大的衝擊波能穿透任何未密封的遮蔽物,即使你位處地底下。

若是瞄準封閉空間投放真空彈,則會產生更為嚴重的後果。美國中央情報局(CIA)在 1990 年的一份報告中描述道:

那些靠近著火點的人會直接消失,至於爆炸邊緣的人則會受到嚴重的內傷,包括鼓膜和內耳器官碎裂、嚴重腦震盪、肺和內臟器官破裂,甚至可能失明。

使用溫壓武器的爭議性

溫壓武器最早由二戰時期的德國所研發。1960 年代,美軍在越南、阿富汗以及蘇聯在中國、車臣都曾使用過。雖然尚未有國際法明確禁止真空彈的使用,但根據日內瓦公約「禁止使用無法區分目標的無差別攻擊武器」以及國際人道法「禁止造成過度以及不必要的傷害」:

若是使用真空彈來攻擊建築區、學校或醫院的平民,根據 1899 年與 1907 年的海牙公約,你很有可能被判犯有戰爭罪。

區域內無差別攻擊

鑑於溫壓武器對建築物或掩體中防禦者的高度破壞性,它們主要被用於城市環境。但即使鎖定的是軍事設施或人員,在人口稠密的城市中使用溫壓武器,將波及爆炸範圍內的平民並造成大量傷亡。

過度殘忍的傷害

而儘管在特定狀態下,戰爭被賦予合法公正性,暴力也不得無限上綱。如果一種武器會延長士兵或平民的痛苦,並導致過度傷害,那麼該武器理論上是不被允許的。而溫壓武器顯然符合以上定義。

國際刑事法院檢察官卡里姆汗(Karim A.A. Khan QC)表示,他的法院將著手調查蒲亭對烏克蘭犯下的戰爭罪行。圖/ ICC

國際刑事法院展開調查

根據 1998 年《羅馬規約》,2002 年 7 月 1 日國際刑事法院於荷蘭海牙成立,職能是對犯有種族滅絕罪、危害人類罪、戰爭罪和侵略罪的個人追究刑事責任。因應立陶宛及 38 個成員國的要求,國際刑事法院(ICC)針對普亭對烏克蘭的非法入侵行動已積極展開調查。

俄羅斯於 2016 年退出國際刑事法院締約國,烏克蘭也不是締約國成員,但烏克蘭已經接受了國際刑事法院的管轄權,所以檢察官有權進行調查。英國外交大臣卓慧思(Liz Truss)在聲明中表示:

迫切需要國際刑事法院對俄羅斯的野蠻行徑進行調查,追究那些應為此負責的人。英國將與盟國密切合作,以確保正義伸張。

參考資料:

  1. What is a thermobaric or vacuum bomb?
  2. Ukraine war: Russia confirms it has used thermobaric weapons, says UK’s Ministry of Defence
  3. What are thermobaric weapons, and does Russia have them in Ukraine?
  4. What are thermobaric weapons? And why should they be banned?
  5. Statement of ICC Prosecutor, Karim A.A. Khan QC, on the Situation in Ukraine: Receipt of Referrals from 39 States Parties and the Opening of an Investigation
  6. UK leads call for ICC to investigate Russia’s war crimes
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Lea Tang
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徜徉在極北之海的浪漫主義者。 喜歡鯨豚、地科、文學和貓。

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多重宇宙存在嗎?物理學的探索極限——《解密黑洞與人類未來》
天下文化_96
・2022/01/02 ・1880字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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  • 作者 / 海諾.法爾克 (Heino Falcke)、約格.羅默(Jörg Römer)
  • 譯者 / 姚若潔

在今天已經建立的宇宙模型中,我們對無限的窺視終止於大霹靂。大霹靂開啟了我們的時間和歷史;所有將會發生的事物都包含在裡面。大霹靂是一種超額的密集能量。我們現在看見的所有事物(所有形式的物質或能量,甚至我們自己),最終都可以追溯回到這份原始能量。

現今宇宙中的各種天體、物質與能量,都可以追溯到大霹靂這份原始能量。圖/WIKIPEDIA

一個近乎無限小的空間忽然在 10−35 秒內指數膨脹。純能量和光的原始閃電誕生,基本粒子的量子糖漿從閃電中開始結晶成形。質子和電子形成,物質有了基本構成單元。過了三十八萬年,質子和電子配對形成氫,充滿了宇宙。物質和光忽然彼此區分,走向各自不同的道路。暗物質在自身的重力影響下變得集中:暗星系從大霹靂的殘骸中出現,並把氫聚集到自己周邊。星系就此形成,產生了發光的星星,創造出新的元素,並透過巨大的爆炸再度把這些元素擲回太空。

從這最早的恆星之灰中,誕生了新的恆星、行星、衛星與彗星。星辰的生命循環開始,最終也誕生出我們的地球。水落在地球上匯聚起來,加上星塵,形成了菌類、單細胞動物,還有植物。這些新生命改變了世界,大氣開始形成,雲朵綻開,動物演化。最後出現了人類,在日、月、眾星的俯視之下繁衍,征服地球,建造都市,瞭解世界、時間、太空,並寫了關於這一切的書——這都要感謝大霹靂帶來的宇宙級大騷動。

描述大霹靂後宇宙膨脹的藝術構想圖。圖/WIKIPEDIA

我們的宇宙竟然能夠運作,整件事實在太過驚人、太過不可思議。宇宙的產生就像是走在物理學的鋼索上,需要微妙的平衡。如果重力再強一點,恆星都會塌縮成黑洞;如果再弱一些,暗能量會使所有東西分崩離析。如果電磁力更強,恆星就不會發光。宇宙機制的各個齒輪彼此相互影響,而生命竟可能在此出現,是恆久以來最偉大的奇蹟。如果有人可以目睹大霹靂並預測自己將會從那堆混亂之中誕生,一定會被視為瘋子。物理學教科書不允許物質忽然開始思索自我,形成個性與觀點,甚至發揮創意——儘管如此,我們就在這裡。

這道謎題有個解釋相當受人歡迎,就是宇宙實際上不只一個,而是許多個,它們就像原野上的花朵那樣誕生又凋零,只是每個宇宙都略為不同。我們只是正好出現在這裡,生活在這一個誕生了生命的宇宙,因為這是我們唯一可見的宇宙。

我們能否更把思考尺度變得更大?我們有沒有可能在自己的宇宙裡找到古老宇宙的遺跡,例如兩個宇宙相互碰撞後留下的大型結構?我自己願意如此猜測:超超大質量(hypermassive)的黑洞有可能是古宇宙留下來的化石——畢竟,像我們這種宇宙最後殘留下來的,應該就是超超大質量黑洞。目前為止還沒有人找到任何證據。不過,也還沒有任何跡象顯示平行宇宙真的存在,可以讓我們觀測。

黑洞, 黑色的, 洞, 虫洞, 虫, 量子, 物理, 爱因斯坦, 星系, 大量的, 无穷, 空间, 星光体
如果能找到超超大質量黑洞,或許能證明古老宇宙或是多重宇宙的存在。圖/Pixabay

另外,只因為我們的宇宙非常不可能存在,就要推論「必定有許多宇宙存在,才讓我們宇宙的存在成為可能」,這樣的關聯不見得正確。如果我的鄰居中了樂透,不表示他一定已經買過百萬次彩券。我們頂多可以說自己正好住在那個真實幸運兒的隔壁。如果我們只買過一張彩券,又不太清楚它的運作方式,那我們並無法論斷買了彩券的人有多少——或者有多少宇宙存在。

由於無從得知多重宇宙的證據,倒是引出這樣的問題:多重宇宙的存在與否,究竟屬於物理學還是形上學的問題?我們既無法回溯得比自己宇宙誕生的奇異點更早,也無法看穿宇宙的邊緣。就算主張多重宇宙不只是妄想,而是真實的物理學,這個問題仍然未解:多重宇宙是哪裡來的?我們所做的,只不過是把自己的無知推到物理學的無人之境。

——本文摘自《解密黑洞與人類未來》/ 海諾.法爾克、約格.羅默,2022 年 1 月,天下文化

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天下文化_96
110 篇文章 ・ 597 位粉絲
天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。