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火星探測器「好奇號」暗藏的秘密武器

dr. i
・2012/11/20 ・1279字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 510 ・六年級

火星可以說是整個宇宙除了地球和月亮之外,最受歡迎的星球不為過。從火星人客串科幻電影的次數來說就可以知道,人類對於火星上有沒有生命的這個議題永遠抱持著好奇心。但一般大眾卻並不知道科學家們長久以來都在建立可以探索太空的科技,直到最近的火星探測器「好奇號」的登陸,才讓這個延續好幾代的計畫廣泛讓大家知道。

而自從國太空總署(NASA)所發射的火星探測器「好奇號」在8月6日登陸火星後,它就不斷挖掘出新的實驗數據和傳回清晰的影像,一片荒蕪泛紅的曠原,其實看起來很像澳洲中部的沙漠,它更解析了地表的成分和其細微的結構,除此以外,日前NASA才公布了數據指出火星確實曾經存在著水!

好吧,若稍微抱持著一點質疑的態度,你可能會問:NASA又沒有把石頭從火星帶回來送到實驗室化驗,他們怎麼知道成分是甚麼?

答案其實很簡單,他們把整個實驗室搬到火星上面去。

把「好奇號」分解開來看,他可說是十八般武藝樣樣精通,匯集了所有科學界最先進的儀器和設備,放載在無比靈活的六輪傳動系統上。其中,在這次任務中最關鍵的科技,就是具有分析物體化學成分的「雷射誘發崩解分析儀」(Laser induced breakdown spectroscopy, LIBS)。

原理很酷,就像是科幻片中演的那樣。一道非常強的雷射光束打在石頭上,將它局部氣化,剛被氣化的石頭構成物會短暫的發出閃光,這個閃光的顏色隨著物質的成分會有不同,經過裝載在「好奇號」上特殊的攝影機一拍,就可以分析出物質的成分和密度了!

這樣一來就省下了很多繁雜的手續,並且在一瞬間就能知道結果,傳輸回地球。

聽起來很簡單,技術上困難的地方是要讓被氣化後的分子在散開前被攝影機拍下,所以第一個要素是雷射的脈衝波要非常的短,來提高氣化後分子的密度,第二是攝影機的快門要閃的非常的快,早期從微秒開始,現在進步到了現在的飛秒(0.000000000000001秒)。這些都屬於快速發展中的先進雷射科技,而未來更高的解析度更指日可待。

這項科技是在過去十五年間才陸續研發出來,目前在國外已經逐漸被應用在快速材料篩檢的用途上,好比說建築材料、回收物品、甚至在海關的進口藥食品的管制等等,它的最大好處就是快速、攜帶方便並且使用容易,它有潛力取代目前的取樣分析流程,包括:取樣、運送、實驗室分析等等的工程與數天的時間,加上需要有專業訓練的化學檢驗師來操作。未來有可能做到手持式的儀器,按一個鈕就可以知道物質的組成成分,海砂屋或輻射屋一併快速檢測出來。

目前台灣其實也有些基礎能力,包括中研院原分所、工研院量測中心與南分院雷射應用中心、中央大學和交通大學等等,都有利用相關的技術做研究,但是非常需要資源的整合和各單位的合作才能開發出可以商業化的產品。期待政府或是企業投資者能夠好好栽配這個具有前瞻性的科技!

轉載自 :: dr. i ::  新發現 | 新科技 |  新生活 |  新藝術  欲轉貼請註明文章出處

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dr. i
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小時候的啓蒙師父是小叮噹,偶像是馬蓋先,並崇拜發明燈泡的愛迪生,當時志向是發明會飛的車。在歐洲旅居十二年後回台灣,目前投身科技與藝術的跨界整合以及科學教育和傳播,現任國立台灣師範大學科技與文創講座兼任助理教授。dr. i 一輩子最大的幻想,是能夠使用時光機和隱形風衣。如果您恰巧擁有其中一項,請拜託用以下的連絡方式連絡!http://facebook.com/newartandscience

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全飛秒近視雷射手術進化,提升精準度與視覺品質
careonline_96
・2023/03/23 ・2751字 ・閱讀時間約 5 分鐘

長期學業壓力及電子產品的使用導致台灣近視人口居高不下,統計路上有八成的人口都有近視問題,運動及生活上的諸多不便造成困擾,摘下眼鏡就像擺脫拐杖一樣成為許多人的其中一個心願。那近視雷射手術是如何進行,又有何差異呢?

目前治療近視、散光使用的雷射手術有 PRK、LASIK 與 SMILE,在醫界頗負盛名曾幫兩百多位醫師手術的遠見眼科總院長張聰麒醫師指出,近視雷射手術的歷史是先有 PRK,其次 LASIK,再有 SMILE 全飛秒近視雷射手術。

PRK(經上皮雷射屈光角膜切削術)是較早期的作法,手術會先用酒精或雷射 Smart tPRK 刮除上皮細胞層與前彈力層,然後利用準分子雷術切削角膜,大約 1~2 週恢復八成視力。PRK 的缺點是比較痛,且會痛很久,然後因為傷口較大,組織長回來時容易形成角膜白斑,所以需要點較長期的類固醇藥水,大概半年左右,期間要密集注意類固醇造成的眼壓上升青光眼問題。

LASIK(雷射屈光角膜層狀重塑術)則會先製作角膜瓣,掀開上皮細胞層與前彈力層,然後使用準分子雷術切削基質層,達到計畫的厚度後,再將角膜瓣蓋回去,大約 1 天可恢復視力。

「過去大多使用刀片製作角膜瓣,現在可以使用飛秒雷射製作角膜瓣,提升精確度。」張聰麒醫師說,「LASIK 的優點相對於 PRK 疼痛感較輕,大約持續 1 天。不過因為有製作角膜瓣,術後需要小心照顧。」

在 LASIK 與 PRK 的年代兩者各擅勝場,LASIK 挾恢復快、疼痛感低、不易形成白斑,類固醇藥水需求量少,但缺點是皮瓣的術中及術後照顧須細心以對,而 PRK 則完全避免了皮瓣的問題,但恢復慢、疼痛感較久、及角膜白斑需長期類固醇藥水治療是其弱點,接下來劃時代的改革——微創傷口 SMILE 全飛秒近視雷射手術則集合了兩者的優點。

SMILE 全飛秒近視雷射手術(微創角膜透鏡萃取術)屬於微創手術,會利用能量較低的飛秒雷射於基質層精準雕刻出一個角膜透鏡,然後經由一個 2 至 4 毫米的小傷口取出角膜透鏡。SMILE 全飛秒近視雷射手術的傷口較小,能夠維持前彈力層的完整,有助維持角膜的強度,另外傷害的神經較少,乾眼症程度也較輕。

張聰麒醫師說,「由於 SMILE 全飛秒近視雷射手術的疼痛更少、大約 1 天可恢復視力、乾眼程度更輕,很快成為近視雷射手術的主流,近三年來占比從一成提升至六成。」

從 SMILE 到 SMILE pro,全飛秒近視雷射手術的進化

SMILE 是近視雷射手術的重大進展,不過早期的 SMILE 近視雷射手術沒有視軸導引、散光軸度導引、以及角膜地圖掃描,需要仰賴手術醫師的豐富經驗來調整。

曾經受到中華民國眼科醫學會邀請於 2022 年眼科年會從林口長庚現場實況轉播手術過程給全國眼科醫師觀摩的張聰麒醫師說,包含術前參數規劃、術中雷射施打過程、細膩的透鏡取出技巧這些技術的磨練都有助於提升 SMILE 全飛秒近視雷射手術的安全性與術後的視覺品質,這是外科手術醫師需要經歷長時間磨練跟學習培養的原因。

為了解決早期 SMILE 全飛秒近視雷射手術著重醫師個人經驗的困難點,SMILE 加入幾項新功能進化為二代的 SMILE Pro,張聰麒醫師解釋,SMILE Pro 具備中心視軸導引、散光軸度導引,讓醫師可以更快更精確的定位雷射位置,等於是從拿著地圖找路進化為 Google 地圖導航,大幅降低失誤空間提升精準度,可以讓經驗豐富的醫師做得更好更快更舒適,也提供年輕醫師許多幫助。

手術過程中使用飛秒雷射雕刻角膜透鏡時,需要把眼睛維持在固定位置。張聰麒醫師說,SMILE pro 的雷射掃描速度更快,施打雷射的時間從 23 秒縮短為 9 秒鐘,患者不用再努力維持 23 秒的定格狀態,大幅減少患者及醫師心理壓力。

另外,SMILE pro 可使用較低能量的飛秒雷射,張聰麒醫師說,較低的雷射能量可以進一步減輕施打雷射的不適,並讓視覺品質恢復更快、水霧感消散更快,讓近視雷射手術的品質更上一層樓。

「最近有兩位醫師和一位牙醫朋友來接受近視雷射手術,他們在隔天就返回工作崗位替患者植牙了,醫師果然是勞碌命。」張聰麒醫師說,「另外有位放射科醫師在接受近視雷射手術後,幾天後傳訊息告訴我說,他已經可以進行侵入性血管手術,穩定地把導管放進直徑不到 1mm 的血管裡了,他很訝異恢復的狀況的良好!」讓張醫師頗為驕傲,畢竟這些醫師都是千里迢迢過來,而且身負回去幫助其他患者的重責大任。

經過多年演進,近視雷射手術從 PRK、LASIK,到 SMILE,再進展到 SMILE pro,身為 SMILE 全飛秒雷射手術教學醫師的張聰麒指出,這些年來近視雷射手術的品質持續進步,透過完整的術前評估,累積豐富的手術經驗,能幫助更多人擺脫眼鏡的束縛。

「很多患者會問,你有接受過近視雷射手術嗎?」這個萬年考古題是張醫師的最愛。張聰麒醫師總笑著說,「因為我自己有接受過近視雷射手術,而且近三年來還替 200 多位醫師同業做過近視雷射手術,我知道大家在意的點,我知道恢復的過程,我知道術後如何照顧眼睛,這些我個人經驗都可以跟我的患者討論,藉由醫療科技的進步,讓我能夠享受清晰的視覺品質,並能幫助更多的人,非常開心!」

貼心小提醒

不管接受哪一種近視雷射手術,術後一定要依照醫師的指示好好照顧眼睛,張聰麒醫師提醒,一個禮拜內請保持清潔避免碰生水,並按時點眼藥水,通常會包括抗生素藥水、類固醇藥水、與人工淚液。抗生素藥水是為了預防感染;類固醇藥水可減輕發炎反應、幫助視力恢復;人工淚液能夠改善乾眼的不適。

在術後照護期間,請多多休息,並按照時間回診檢查!

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白內障手術新選擇,飛秒雷射提升精準度與安全性
careonline_96
・2023/01/19 ・2382字 ・閱讀時間約 4 分鐘

王伯伯的白內障越來越嚴重,視力持續惡化,眼科醫師建議要接受手術置入人工水晶體,但是檢查發現他的角膜內皮細胞數量約 800 /mm²,遠低於正常值,動手術的風險相當高。

彰化羅眼科羅英源醫師指出,「一般成年人的角膜內皮細胞數量約 2000~3000 /mm²,如果角膜內皮細胞少於 2000 /mm² 就算偏少,少於 1000 /mm² 就是非常非常少,甚至在白內障術後可能需要做角膜移植。」替高風險患者換人工水晶體時,對手術精準度的要求非常高。

羅英源醫師表示,當時利用飛秒雷射幫患者進行白內障手術,飛秒雷射可以在角膜製作一個較小的傷口,而且能夠把硬化的白內障核切得很圓、很精準,並分割成更小塊,可以更容易移除,降低手術過程對眼組織的影響,盡量保護角膜內皮細胞。順利放入人工水晶體後,患者的視力便大幅改善。

「術後患者的角膜內皮細胞並沒有太多減損,不需要做角膜移植,讓患者鬆了口氣,非常滿意!」羅英源醫師說,「受惠於飛秒雷射的優點,白內障手術的精準度、安全性都能進一步提升,對患者有很大的幫助。」

白內障術前治療乾眼問題,提升手術效果

「每個人到一定的年紀都會白內障!」羅英源醫師說,「隨著年紀越來越大,白內障一定會越來越嚴重。」

白內障是因為眼睛的水晶體老化而變得混濁,阻礙光線進入眼睛,羅英源醫師說,一開始是讓患者覺得對比度下降,在晚上開車會覺得車子看得比較不清楚,隨著白內障惡化,會有模糊、顏色改變的感覺,甚至造成視力下降。

白內障初期可以點藥水控制白內障,延緩白內障惡化的速度,但是沒辦法讓混濁的水晶體恢復原本清澈的狀態,所以白內障最後一定用手術的方式處理,羅英源醫師說,當視力小於 0.5 就需要做白內障手術;白內障越嚴重,手術難度也越高。

白內障是一個高精密的手術,術前需要做一系列詳細檢查,羅英源醫師指出,「其中要特別注意乾眼症的問題,因為乾眼症會干擾儀器檢查的準確度,所以如果有乾眼症,我們會先請患者點藥水、做熱敷,比較嚴重的病人甚至會請他接受熱脈動治療。熱脈動治療儀能夠按摩眼瞼,疏通阻塞的油脂腺,改善乾眼症的症狀,而且讓測出來的數據比較準確,而且白內障術後病人舒適度也會提高。」

白內障手術持續進化

最古早的白內障手術大概要開 1 公分的傷口,才有辦法移除水晶體。

羅英源醫師說,近代的白內障手術利用超音波乳化術,大概只需要 0.2 公分的傷口,將包覆水晶體的囊袋撕出一個圓形,再把白內障水晶體震碎吸掉,最後放入一個人工水晶體;傷口小,所以復原時間很短,病人很快就可以恢復視力。

隨著科技進步,如今還可以使用飛秒雷射白內障手術製作微傷口,並用飛秒雷射先將囊袋切割出較傳統術式更精準的圓形,混濁的白內障也切割成小塊,方便移除,最後再放入人工水晶體,進一步提升手術精準度及安全性。

相較於傳統白內障手術,飛秒雷射白內障手術有多項優勢,羅英源醫師說,我們可以從「安全性」、「精準度」與「客製化」這三個面向來討論:

  • 安全性

使用飛秒雷射先將白內障水晶體切成小塊,醫師再使用探頭吸出,可大幅減少手術中的超音波使用,減少對眼睛細胞與組織的傷害,降低術後併發症的風險。手術過程動態 4D 電腦斷層監控,醫師能及時掌控狀況,醫師與患者都能更安心。

  • 精準度

手術中,囊袋切割的圓形是否正圓,影響人工水晶體放入置中性,進而影響患者術後的視覺品質。飛秒雷射白內障手術可以精準的切割囊袋,讓人工水晶體的置中性大幅提升。

  • 客製化

飛秒雷射白內障手術可以依照患者個人眼睛狀況術前客製化安排手術計畫,再按照術前的計畫精準手術。羅英源醫師解釋,透過精準的客製化,讓白內障術後更符合預期視力恢復及成果。

基本上飛秒雷射白內障手術能夠用於各式各樣的患者,羅英源醫師說,現在的系統非常先進,除非患者本身有瞳孔沾黏的問題,或眼睛曾經因為嚴重發炎,使瞳孔無法放大,否則都可以接受更精確、更安全的飛秒雷射白內障手術。

白內障手術前,患者與家屬可以與醫師詳細討論,評估適合的手術方式。

貼心小提醒

接受飛秒雷射白內障手術的術後照顧與傳統白內障手術類似,要好好保護眼睛、不能讓眼睛碰到水、不要趴睡、務必依照醫師指示點眼藥水。

羅英源醫師說,由於飛秒雷射白內障手術的傷口穩定度較高,而且手術過程中的熱傷害較少,所以術後的照顧也比較簡單。與醫療團隊好好配合,很快就能恢復正常的生活!

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致我們青澀的初戀——踏入晴道、也英的火星世界
Mia_96
・2022/12/26 ・1800字 ・閱讀時間約 3 分鐘

「也英,你還好嗎?但願你沒有感冒,今年的火星看起來特別亮,是本世紀火星距離地球最近的時候,當我看到明亮的星星時,就覺得你彷彿在我身旁。」晴道在少年時寫給也英的信中這麼說道。

接近人生半百,當晴道再次與也英相遇後,這麼恰好的,火星再次接近地球,劇中晴道與也英於札幌天文台享受著天文景象,究竟在望遠鏡中,他們看到的景象為何會產生?

晴道與也英的人生彷彿都與天文現象班暗示性的相像,也都與天文現象彼此相關。圖/IMDb

揭開接近地球的火星之時——火星衝

太陽系中的八大行星皆繞著恆星太陽公轉,但因各行星距離太陽的遠近不同,造成公轉軌道路徑長度差異,而行星的公轉軌道與速度進一步影響著其公轉週期。八大行星中每一顆行星的公轉週期皆不一樣,也因此,造成每天行星與恆星、行星與行星間的相對位置也都有所差異。

「衝」在天文現象中意指行星(地球軌道外)與太陽、地球,連成一直線的現象。當衝發生時,代表此顆行星整夜可見,且在天空中的亮度極亮!但正如同上文所述,因每顆行星之公轉週期有所差異,所以並非每一年都會發生衝。例如劇中晴道與也英所觀測的「火星衝」,週期約為 780 天,大約每經過 2 年 49 天便會發生一次。 

衝(opposition)為太陽、地球與外行星連線之位置,若太陽、內行星與地球連線時則會稱為合(conjunction)。圖/Wikipedia

長大後的晴道、也英所觀測的火星衝發生在 2018 年,亮度極亮的火星配上恰好的觀測時間,便是觀測火星的最佳時間點!

火星公轉太陽一圈約需 687 個地球日,代表在火星上度過的一年接近於地球的兩年(代表如果在火星上等待下一次跨年的時間會更長!)圖/Pixabay

而在 2022 年 12 月初時,也發生了一次火星衝!這次火星的視星等亮度達到 -1.9 等,預測將會是未來十年內最亮的火星衝,但如果錯過這次也沒有關係,在 2033 年時會發生亮度更亮的火星衝,目前預估視星等亮度可以達到 -2.5 等呢!(星等值越小越亮!)

因火星公轉太陽軌道並非正圓形,故每一次的火星衝亮度也皆會稍有不同。圖/臺北市立天文科學教育館

滿載希望的希望號

除卻火星衝外,日本 1998 所發射的希望號探測器(のぞみ)也是年少的也英殷切期待的天文任務。當時日本為促使國民對於火星產生興趣與探索,舉辦於希望號中搭載姓名的活動,也英的名字也跟著希望號一起進行宇宙探索。

希望號原本的目標與任務是觀察火星上大氣層,與火星受太陽風作用的影響。但在 1998 年發射後,希望號的推進器出現故障,不只大量消耗燃料,還造成希望號進入火星軌道的時間延長,後又於 2002 年受到太陽劇烈活動的影響電力系統受到破壞。最終,希望號於 2003 年 12 月失聯,未能順利完成火星的探測任務。

希望號未能順利完成任務,彷彿暗示著也英的人生也同樣遇到瓶頸與挫折。圖/IMDb

未完待續的火星之旅

火星因其醒目的紅色外觀一直為人們所關注與追尋的星球(西方更將其取名為 Mars,即為羅馬神話中的戰神),且因火星具有與地球相似的環境條件,科學家一直將火星作為移居星球的選項之一,也設想過將火星「地球化」,使其更加適合人類居住。

但人們是否有改變火星的權利,又或者我們對於火星是否有足夠的了解,或許等到未來更多次嘗試的火星任務後才能知曉答案,正像是晴道說的:「要想知道是不是命中註定,你必須全心投入進去。」

參考資料

Mia_96
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喜歡教育又喜歡地科,最後變成文理科混雜出生的地科老師