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怎樣才能拍到無形的黑洞?Discovery 頻道《黑洞獵人》全紀錄 4/10 即將上映

PanSci_96
・2020/04/08 ・1831字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 469 ・五年級

人人都聽過,在無垠的宇宙中存在著吞噬一切的神祕駭人黑洞,但如果從沒有人見過,黑洞真的存在嗎?會不會是錯誤的揣想?

愛因斯坦雖然曾提出關於黑洞的理論,但連他自己也不確認黑洞真的存在,難道黑洞只是愛因斯坦虛構出來的數學方程式?這個人類史上最偉大的謎團,終於在 2019 年四月得到解答。

歷經十餘年的規劃,籌募五千萬美元經費,集結兩百多名國際科學家的智慧

來自全球的二百多位科學家,串連全球八個天文台望遠鏡,歷時十餘年籌劃,拍下了史上第一張黑洞照片,證明黑洞的存在!

Discovery 攝影團隊歷時兩年全程跟拍,帶你一探科學家們尋找黑洞的過程。想知道無形的黑洞到底長什麼樣子?想體會為了拍攝到第一張珍貴的照片,菁英科學家們遭遇多少困難?請鎖定 Discovery 頻道 4 月 10 日星期五晚上 9 點首播《黑洞獵人》,一窺本世代最驚人的發現!

籌備十餘年、耗資五千萬美元,集結全球八大觀測站,只為一張照片

黑洞真的存在嗎?天文學家夏普多爾曼決定要一「看」究竟!

「事件視界望遠鏡」(EHT)正是天文學家夏普多爾曼想到的方法。

但是在銀河系的中心,這個質量超過 400萬個太陽的黑洞,距離地球兩萬六千光年,實在是太遙遠了,小到就如同月球上的一顆橘子,要如何從地球看清楚?夏普多爾曼決心打造出一架跟地球一樣大的「事件視界望遠鏡」(EHT)

集結全球八大望遠鏡觀測站,只為拍下史上第一張黑洞照片。

為了串聯起分散在世界各地,相距超過一萬公里遠,分散於西班牙、墨西哥、美國亞利桑那州、美國夏威夷州、智利、和南極洲的八座望遠鏡觀測站,夏普歷經十餘年的規劃,籌募五千萬美元經費,集結兩百多名國際科學家的智慧,終於成功在 2019 年發布拍攝到有史以來第一張黑洞照片!

有史以來第一張黑洞照片!拍攝到的 M87 黑洞距離地球 5500 萬光年,質量是太陽的 65 億倍!

拍攝到的 M87 黑洞距離地球 5500 萬光年,質量是太陽的 65 億倍!這個開創性的科學成果,開啟了一個嶄新的天文物理研究領域,從此改變人類觀察宇宙的方式!

花費兩百萬美金來買時鐘? 只容許一千萬年有一秒誤差!

為了使這八座望遠鏡同步連線,並精準記錄黑洞附近的無線電波,團隊必須花費兩百萬美金買一個時鐘!

「事件視界望遠鏡」網絡規模實在太龐大,黑洞訊號到達每個望遠鏡的時間點都不同,地球自轉也會造成位置不斷變化。

這可不是億萬富翁拿來炫耀收藏的名牌奢侈品,而是因為「事件視界望遠鏡」網絡規模實在太龐大,黑洞訊號到達每個望遠鏡的時間點都不同,加上地球自轉會造成位置不斷變化,所以必須出動世界上最精確的原子鐘-氫邁射時鐘,只容許一千萬年出現一秒誤差!

來自黑洞的電波訊號必須每一架望遠鏡都記錄到,然後將資料存入特製硬碟中。
天氣的好壞也是觀測的關鍵,因雲層可能會阻擋訊號,儀器也可能失靈,因此時間點的掌控至關重要!

此外,來自黑洞的電波訊號必須每一架望遠鏡都記錄到,然後資料要存入特製硬碟中,而天氣的好壞也是觀測的關鍵,因雲層可能會阻擋訊號,儀器也可能失靈,團隊必須同步連結世界八大價值百萬美元天文台,才有機會捕捉目標畫面,但只要有一個地方有雲, 就可能遮蔽黑洞的訊號 ! 因此時間點的掌控至關重要!

驗證愛因斯坦相對論,黑洞邊緣就是時光機!

而觀察黑洞的事件視界時,其實是在觀察一個類似時光機的現象,就像是《回到未來》的汽車、哆拉 A 夢裡大雄的抽屜等,然而,在現實世界中,時光機真的存在嗎?

愛因斯坦的廣義相對論就曾大膽推論,如果你在黑洞邊緣度過一兩個小時,再回到地球上可能已經過了 1 萬或 100 萬、甚至 10 億年!

透過科學家們的努力,讓你親眼目睹黑洞影像,黑洞本身是隱形的,強烈的重力會扭曲空間和時間,因此,黑洞邊界,也就是「事件視界」,它正是如假包換的時光機。此一發現也驗證了百年前愛因斯坦的推測!

想知道如何把看不見、也摸不著的黑洞拍攝下來?時空是否真如愛因斯坦所推論,在黑洞邊界被扭曲,成為真正的時光機?請鎖定 4 月 10 日週五晚間 9 點,準時收看 Discovery 頻道《黑洞獵人》帶您解開宇宙的神祕謎團!

  • 本文改寫自 Discovery 提供之新聞稿

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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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