0

1
2

文字

分享

0
1
2

蜂鳥怎麼喝水? The hummingbird tongue is a fluid trap, not a capillary tube

Scimage
・2011/05/28 ・424字 ・閱讀時間少於 1 分鐘 ・SR值 515 ・六年級

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

動物需要喝水,不過不同生物有著不同的喝水方式。之前有介紹過貓用舌頭挑水凌空喝,就是一個很特別的例子。這影片則展示了蜂鳥如何利用特殊的液體陷阱來吸食花蜜,不同於在一般情形下喝水,吸食花蜜必須深入某個管道才能接觸液體;以往的假設是以為蜂鳥的舌頭就如同毛細管一樣,讓液體經由表面張力進入舌頭。但是最近的研究發現,其實蜂鳥的舌頭有非常巧妙的設計,舌頭分成兩半開岔,上面各有主要的支撐跟薄膜,像是竹竿掛了可以捕捉水的網。

當舌頭伸出之後,舌頭會旋轉張開網,把水捕進去網裡,然後因為表面張力,這張捕水的網會自動封閉起來,最後就可以輕鬆把水帶走。這樣的設計是第一次被發現,而且捕水的過程就像是利用表面張力來組裝薄膜,不需要耗能。以後,這樣的裝置或許可以引導出控制液體的新方式!

學術文獻 / 本文原發表於科學影像Scimage[2011-05-27]

文章難易度
Scimage
113 篇文章 ・ 4 位粉絲
每日介紹科學新知, 科普知識與實際實驗影片-歡迎每一顆好奇的心 @_@!

0

5
1

文字

分享

0
5
1
快!還要更快!讓國家級地震警報更好用的「都會區強震預警精進計畫」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/01/21 ・2584字 ・閱讀時間約 5 分鐘

本文由 交通部中央氣象署 委託,泛科學企劃執行。

  • 文/陳儀珈

從地震儀感應到地震的震動,到我們的手機響起國家級警報,大約需要多少時間?

臺灣從 1991 年開始大量增建地震測站;1999 年臺灣爆發了 921 大地震,當時的地震速報系統約在震後 102 秒完成地震定位;2014 年正式對公眾推播強震即時警報;到了 2020 年 4 月,隨著技術不斷革新,當時交通部中央氣象局地震測報中心(以下簡稱為地震中心)僅需 10 秒,就可以發出地震預警訊息!

然而,地震中心並未因此而自滿,而是持續擴建地震觀測網,開發新技術。近年來,地震中心執行前瞻基礎建設 2.0「都會區強震預警精進計畫」,預計讓臺灣的地震預警系統邁入下一個新紀元!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

連上網路吧!用建設與技術,換取獲得地震資料的時間

「都會區強震預警精進計畫」起源於「民生公共物聯網數據應用及產業開展計畫」,該計畫致力於跨部會、跨單位合作,由 11 個執行單位共同策畫,致力於優化我國環境與防災治理,並建置資料開放平台。

看到這裡,或許你還沒反應過來地震預警系統跟物聯網(Internet of Things,IoT)有什麼關係,嘿嘿,那可大有關係啦!

當我們將各種實體物品透過網路連結起來,建立彼此與裝置的通訊後,成為了所謂的物聯網。在我國的地震預警系統中,即是透過將地震儀的資料即時傳輸到聯網系統,並進行運算,實現了對地震活動的即時監測和預警。

地震中心在臺灣架設了 700 多個強震監測站,但能夠和地震中心即時連線的,只有其中 500 個,藉由這項計畫,地震中心將致力增加可連線的強震監測站數量,並優化原有強震監測站的聯網品質。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

在地震中心的評估中,可以連線的強震監測站大約可在 113 年時,從原有的 500 個增加至 600 個,並且更新現有監測站的軟體與硬體設備,藉此提升地震預警系統的效能。

由此可知,倘若地震儀沒有了聯網的功能,我們也形同完全失去了地震預警系統的一切。

把地震儀放到井下後,有什麼好處?

除了加強地震儀的聯網功能外,把地震儀「放到地下」,也是提升地震預警系統效能的關鍵做法。

為什麼要把地震儀放到地底下?用日常生活來比喻的話,就像是買屋子時,要選擇鬧中取靜的社區,才不會讓吵雜的環境影響自己在房間聆聽優美的音樂;看星星時,要選擇光害比較不嚴重的山區,才能看清楚一閃又一閃的美麗星空。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

地表有太多、太多的環境雜訊了,因此當地震儀被安裝在地表時,想要從混亂的「噪音」之中找出關鍵的地震波,就像是在搖滾演唱會裡聽電話一樣困難,無論是電腦或研究人員,都需要花費比較多的時間,才能判讀來自地震的波形。

這些環境雜訊都是從哪裡來的?基本上,只要是你想得到的人為震動,對地震儀來說,都有可能是「噪音」!

當地震儀靠近工地或馬路時,一輛輛大卡車框啷、框啷地經過測站,是噪音;大稻埕夏日節放起絢麗的煙火,隨著煙花在天空上一個一個的炸開,也是噪音;台北捷運行經軌道的摩擦與震動,那也是噪音;有好奇的路人經過測站,推了推踢了下測站時,那也是不可忽視的噪音。

因此,井下地震儀(Borehole seismometer)的主要目的,就是盡量讓地震儀「遠離塵囂」,記錄到更清楚、雜訊更少的地震波!​無論是微震、強震,還是來自遠方的地震,井下地震儀都能提供遠比地表地震儀更高品質的訊號。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

地震中心於 2008 年展開建置井下地震儀觀測站的行動,根據不同測站底下的地質條件,​將井下地震儀放置在深達 30~500 公尺的乾井深處。​除了地震儀外,站房內也會備有資料收錄器、網路傳輸設備、不斷電設備與電池,讓測站可以儲存、傳送資料。

既然井下地震儀這麼強大,為什麼無法大規模建造測站呢?簡單來說,這一切可以歸咎於技術和成本問題。

安裝井下地震儀需要鑽井,然而鑽井的深度、難度均會提高時間、技術與金錢成本,因此,即使井下地震儀的訊號再好,若非有國家建設計畫的支援,也難以大量建置。

人口聚集,震災好嚴重?建立「客製化」的地震預警系統!

臺灣人口主要聚集於西半部,然而此區的震源深度較淺,再加上密集的人口與建築,容易造成相當重大的災害。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

許多都會區的建築老舊且密集,當屋齡超過 50 歲時,它很有可能是在沒有耐震規範的背景下建造而成的的,若是超過 25 年左右的房屋,也有可能不符合最新的耐震規範,並未具備現今標準下足夠的耐震能力。 

延伸閱讀:

在地震界有句名言「地震不會殺人,但建築物會」,因此,若建築物的結構不符合地震規範,地震發生時,在同一面積下越密集的老屋,有可能造成越多的傷亡。

因此,對於發生在都會區的直下型地震,預警時間的要求更高,需求也更迫切。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

地震中心著手於人口密集之都會區開發「客製化」的強震預警系統,目標針對都會區直下型淺層地震,可以在「震後 7 秒內」發布地震警報,將地震預警盲區縮小為 25 公里。

111 年起,地震中心已先後完成大臺北地區、桃園市客製化作業模組,並開始上線測試,當前正致力於臺南市的模組,未來的目標為高雄市與臺中市。

永不停歇的防災宣導行動、地震預警技術研發

地震預警系統僅能在地震來臨時警示民眾避難,無法主動保護民眾的生命安全,若人民沒有搭配正確的防震防災觀念,即使地震警報再快,也無法達到有效的防災效果。

因此除了不斷革新地震預警系統的技術,地震中心也積極投入於地震的宣導活動和教育管道,經營 Facebook 粉絲專頁「報地震 – 中央氣象署」、跨部會舉辦《地震島大冒險》特展、《震守家園 — 民生公共物聯網主題展》,讓民眾了解正確的避難行為與應變作為,充分發揮地震警報的效果。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

此外,雖然地震中心預計於 114 年將都會區的預警費時縮減為 7 秒,研發新技術的腳步不會停止;未來,他們將應用 AI 技術,持續強化地震預警系統的效能,降低地震對臺灣人民的威脅程度,保障你我生命財產安全。

文章難易度

討論功能關閉中。

鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
194 篇文章 ・ 297 位粉絲
充滿能量的泛科學品牌合作帳號!相關行銷合作請洽:contact@pansci.asia

1

4
2

文字

分享

1
4
2
舌頭、石頭,迸出新滋味?科學家為什麼要舔石頭?——2023 搞笑諾貝爾獎
PanSci_96
・2023/09/30 ・3674字 ・閱讀時間約 7 分鐘

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

J……J 個是!這顆石頭一接觸到我的舌頭,它就像火一樣燃燒,同時留下苦澀和尿味的味道,在這之後還留下了一點甜味。

圖/Youtube

這,這一顆石頭不一樣,它有酸辣味和硫酸鹽味,卻同時給我一種難以形容的愉悅感!就像在品嘗紅酒的酸味一樣!

圖/Youtube

等等,我並沒有壞掉,我現在做的事是某些地質學家和古生物學家真的會做的事,而且這件事還得了諾貝爾獎!只是是搞笑諾貝爾獎。

搞笑歸搞笑,舔石頭卻真的是再實用不過的方法。因為,舌頭真的是太好用了!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

地質地科系祖傳秘招——舔石大法!

2023 年的搞笑諾貝爾獎的化學與地質獎頒給了地質學家揚.扎拉謝維奇,得獎的原因不是因為特定研究,而是它整理了地質學家和古生物學家「品嘗」岩石和化石的「研究史」。

有在跟我們直播的泛糰肯定知道,在今年搞笑諾貝爾獎頒發的隔週,上個月的 9 月 18 日,我們在 YouTube 官方舉辦的 2023 YouTube Festival 活動中,辦了一個實體見面會。在見面會中我們介紹了今年其中三個搞笑諾貝爾獎,其中就包含這則「地質學家為什麼要舔石頭」。另外兩個獎項分別是操縱死靈蜘蛛,和研究為什麼上課為什麼會令人感到無聊。這場見面會也有同時開直播,連結放在右上角的資訊卡,裡面提到不少有趣的觀點,歡迎去直播存檔複習。

當天,除了就像開場演繹的,不同岩石真的嚐起來味道不一樣以外,有一個地科系的觀眾,現場分享了另一個有趣的觀點。但先說聲抱歉,那時候觀眾手持的麥克風訊號沒有進到我們的混音器,所以在線上收聽的朋友沒有聽到前半段。

我們這邊重新轉述一下,這位觀眾說早在這個獎項頒發前,就知道用舔石頭來辨識種類的這種方法了,因為他的老師就是這麼教他的!沒想到,這竟然是地科與地質系祖傳的秘技嗎!

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

舌頭比手指還好用?

但除了味道外,觀眾還分享了一個這次搞諾沒有提到的原因,就是舌頭的觸覺可能比手還靈敏。某些岩石例如砂岩跟頁岩,可能用手摸不出差別;用舌頭舔,竟然就能分別出差別。

什麼,舌頭真的這麼厲害嗎?想想好像也是,我們吃東西的時候會用舌頭去感受食物的形狀,這些觸感甚至也是我們品嘗食物時,了解食物的重要一環。除此之外,我們還可以找出食物中的魚刺,或是卡在牙縫中的菜渣,有些人還能幫櫻桃梗打結呢。

圖/Giphy

但好像從來沒有人拿舌頭和手去做比較,因為只要講到觸覺,我們第一時間就會認為手指更加靈敏。

其實,還真的找到有人研究過,一群俄亥俄州立大學食品科技系的實驗團隊,就研究了這個問題。他們準備了幾個形狀極為相似的樣品,樣品的長度、厚度、缺口的大小都一樣,只有缺口處的傾角不同。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

傾角從 45 度到 90 度都有,每塊的角度以 5 度為間隔。受試者必須拿起兩塊樣品,並在蒙眼的情況下,分別用摸或舔的方式來分辨出兩者分別為哪一塊。其中一塊始終是 90 度,另一塊則是從 65 度開始角度遞增。

這次的實驗有 30 位受試者,結果表明,使用手指來分辨兩塊樣品,平均要兩塊的角度差超過 19.81 度時,才能分辨出差異。如果用舌頭舔呢?只要兩者的角度差超過 12.75 度,就能分辨出差異!比用手摸的角度差小了許多,也就是舌頭真的比較靈敏。

實驗結果數據,JND(Just Noticeable Difference)表受試者在樣品相差幾度時能感受到差異。圖/Comparison of The Tactile Sensitivity of Tongue and Fingertip Using a Pure-Tactile Task

當然,這個實驗還有兩個方向值得討論,一是這只針對物體邊緣形狀的靈敏作分析,但觸覺有許多不同感受,例如紋理、粗糙程度等,所以可能每種觸覺做出來的實驗結果會不同。這個實驗看起來不難做,各位可以準備一些能放入嘴的材料,例如請朋友直接將比較硬的芭樂切成不同形狀來舔舔看差別,就能簡單復刻這個實驗甚至更改參數,有實際測試的觀眾也不要忘記留言告訴我們。我們這邊也同步徵求花京院來協助我們實驗。

而另一點是,關於舌頭為什麼有跟手指同等,甚至更強觸覺的生理機制,本篇研究僅止於現象探討,還未有深入研究。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
圖/Giphy

濕濕的石頭更好觀察?

除了味覺和觸覺外,舔石頭還有另一個重要的原因,就是濕潤的石頭紋理更清楚,更方便研究。

這應該大家都有經驗,在學校的大理石地板拖地,或是海邊的鵝卵石,沾到水之後,石頭的紋理都更加清楚,看起來也更漂亮。但這又是為什麼呢?

影響的原因有很多,但影響最大的,就是濕潤的表面讓石頭更「平」,產生類似拋光的效果。但為什麼磨平拋光,顏色就更好看呢?

我們知道光線照到鏡子會產生反射,但鏡子很平整,如果現在照射到的是一個凹凸不平的表面,光線就會往四處反射,這種現象稱為漫反射。當我們只想看石頭上的其中一點時,旁邊的光卻會雜亂的跑進我們的眼睛,影響到對比度。並且各種顏色的色光聚在一起會形成白光,因此這些漫反射而來的光線,就會以白光的形式被我們看到。白話文就是,物體的對比下降了,但是整體的亮度提高,變成我們常看到灰白色的石頭表面。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

直到石頭被拋光,或是因為濕潤產生拋光的效果,這些漫反射就會減少,石頭整體變得比較暗沉,但是斑紋之間的對比度提高了。這就是為什麼粗糙的石頭顯得灰白,浸濕之後卻呈現深沉而圖樣明顯的原因。

還沒完,薄薄一層水還會造成更多影響。例如,這層折射率介於空氣與石頭之間的介質,可以幫助光線稍微穿透岩石的表層後再反射出來,提供視覺上更多的紋理細節。如果將水換成木工中常使用的亮光漆,除了反射與折射外,亮光漆中的分子,還足以讓光線產生散射,讓你在上不同厚度的亮光漆時,能產生不同的顏色變化。

簡單來說,不論是水還是漆,這薄薄的一層介質,能像相機的鏡片一樣,透過光學調校,將更清楚、細節更多的影像送進相機的感光元件,也就是我們的眼睛上。而替換不同的鏡片,就能改變我們看到的樣子。

有介質存在於空氣與觀測物間時,光會產生折射,造成不同視覺效果。圖/askamathematician.com

這個看似玩笑的舔石頭研究,確實好像又有幾分認真的道理,我們自己在研究的時候,最開始也覺得超ㄎㄧㄤ,後來又發現能學到不少冷知識。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

最後也想調查一下,除了舔石頭以外,大家還對哪一則搞笑諾貝爾獎有興趣,希望我們也來講講呢?

  1. 帶電的筷子,能讓食物更好吃?
  2. 哪些人有倒著說話的特殊能力?
  3. 要多少人抬頭看天空,才會吸引路人跟著抬頭?

歡迎訂閱 Pansci Youtube 頻道 獲取更多深入淺出的科學知識!

參考資料

所有討論 1
PanSci_96
1214 篇文章 ・ 2088 位粉絲
PanSci的編輯部帳號,會發自產內容跟各種消息喔。

3

3
2

文字

分享

3
3
2
為什麼東西會這麼好吃?是嗅覺、回憶還是化學鍵?——《完美歐姆蛋的化學》
日出出版
・2022/12/30 ・2854字 ・閱讀時間約 5 分鐘

嗅覺:廚房的第一道防線

嗅覺是我們在廚房裡的第一道防線,主要功能是防止我們接觸到可能會致命的東西,例如細菌。

有極小比例的人缺乏嗅覺,他們不僅無法擁有品嚐食物的完整體驗,也不具有可以防止我們吃下腐壞或變質食物的人類直覺。

我真的認識一位沒有嗅覺的人,有一次他媽媽去看他,結果一踏進他的公寓就差點吐出來。原來是有壞掉的雞肉埋藏在冰箱的某個角落,但是他聞不到。

嗅覺是我們在廚房裡的第一道防線。圖/pexels

至於對其他人來說,如果餐點聞起來和吃起來都很美味,兩種感官會結合在一起,形成所謂的風味。餐點的風味會讓人有所反應——而且每個人都有自己最喜歡的風味組合。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

話雖如此,全世界的每一種風味,從 Kraft 起司通心粉,到頂級餐廳的菜單,都是由四個分子組成:水、脂肪/油、蛋白質和碳水化合物。

味蕾的辨識能力:離子通道

人類的大腦非常擅長解析這些味道在微觀層次上的差異;事實上,大腦甚至可以分辨出我們是在攝取單醣還是多醣(也就是糖還是澱粉)。

這是因為我們的味蕾會辨識各式各樣的分子,然後傳送訊息給大腦。例如,當味蕾辨識出氫離子(H+),我們會覺得食物有酸味;另一方面,鹼金屬則會讓食物帶有鹹味。

就烘焙層面來說,這一點之所以很重要,是因為我們的大腦可以辨別單醣—水果混合物中的糖—和多醣—低筋麵粉中的澱粉—之間的差異。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

我敢說,派是最讚甜點的原因,正是甜(單醣)和鹹香(多醣)混合。(我也許有點偏頗——我有說過我媽會做無敵好吃的派嗎?)

我們的味蕾會辨識各式各樣的分子,然後傳送訊息給大腦。圖/pexels

我們的味蕾可以辨識各種分子,是因為大腦會監測特定離子在所謂的離子通道中的濃度,以剛才的例子來說就是 Na+ 和 H+。

這些離子通道位於人體器官中的細胞,並提供特別的途徑讓離子可以在人體內移動,就像道路可以讓汽車從一個地方移動到另一地。

當我們咬下含有大量鹽的食物,大腦會察覺到在舌頭上的離子通道移動的鈉離子數量增加。而當水合氫離子的濃度上升,大腦則會馬上知道我們正在吃有酸味的東西。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

而且,這一切都是瞬間發生。我們的大腦真的很強大。

各種味道的差別:化學鍵

從分子的層次來說,鹹/酸和甜/鹹香之間有個非常明顯的差異——分子之間的鍵。有鹹味和酸味的食物利用的是離子鍵,有甜味和鹹香的食物則是利用共價鍵。

這就是為什麼我們可以忍受非常甜的食物,卻無法接受超級酸的食物。舉例來說,吃藍莓派的時候,我們的味蕾會立刻辨識出甜味,但由於我們在吃甜食,離子通道並沒有派上用場。

基於相同的道理,苦味的程度會維持不變,因為濃度不影響整體的味道。不論你是喝一滴或一杯,味道都是一樣苦。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

由於甜、鹹香和苦味不需要經過人體內的離子通道就能抵達大腦,這三種味道通常會被歸為同一類。這些味道源於特定的共價分子和味蕾細胞膜中的受器所產生的化學反應。

這種反應發生的瞬間,我們的大腦就會察覺到甜、鹹香或者苦的味道。再次強調,這整個過程花不到一秒鐘。

甜、鹹香和苦味不需要經過人體內的離子通道就能抵達大腦。圖/pixabay

既然談到了這個話題,我想要快速釐清一個常見的誤會。人的整個舌頭可以相對平均地嚐到總共五種味道,也就是說味蕾並沒有分區!舌頭的每一吋都可以分辨出你的派有多甜。

總而言之,食物有五種主要的味道:甜、鹹、酸、鮮和苦。(鮮[umami]這個詞源自日語,字面上的意思就是美味,不過大多數人會用鹹香[savory]來表達這個概念。) 烘焙高手會利用這五種味道來組合出無限多種美妙的風味。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

看看經典的大黃派就知道了,內餡有 4 杯大黃(酸味)、2/3 杯糖(甜味)和一小撮鹽。再加上一點檸檬汁(更多酸味),就可以呈現出完美平衡的鹹—甜—酸可口風味。

經典的大黃派可以呈現出完美平衡的鹹-甜-酸可口風味。圖/pexels

不過我覺得特別有趣的地方在於,從化學的角度而言,每個人對相同的分子組合都有各自的解讀。有些人討厭大黃派,我卻完全吃不膩,為什麼呢? 

口味喜好常與過去經驗綁在一起

風味喜好完全取決於愉悅的心理狀態,這可以解釋為什麼人有最喜歡的食物,還有最喜歡的顏色、電影、歌曲等等。雖然大腦中的化學極為複雜,但一般來說,心理學家多半都認同一個理論:人之所以有最喜歡的東西,是源於他們首次接觸到這個東西時的正面經驗……而且他們的大腦會因此對不同的化學受器產生反應。

以食物來說,大多數人最愛的食物都是在年紀非常小的時候就固定下來。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----

我這麼愛大黃派,很有可能是因為這是我人生中第一次吃到的派。那種甜—酸—鹹合而為一的風味,震撼了我幼小的心靈,後來我再也沒吃過任何勝過那次體驗的派。

味蕾辨識力可以訓練,也可能會退化

不過這套通用的理論有個例外:其實你可以訓練舌頭辨識出更多風味。就像你可以為了準備馬拉松或足球比賽而鍛鍊肌肉,只要努力、認真和大量接觸,你就可以學會辨識食物中的不同分子。

成功之後,這些人通常會發現一些自己開始喜歡上的新食物,這都是因為他們的味覺變得更加敏銳——簡單來說,他們可以辨識出的風味種類變多了。

有些人的味覺非常敏銳;舉例來說,我有遇過一些烘焙師可以立刻辨認出燕麥餅乾裡的一絲肉豆蔻味,或是有些老饕可以吃出自己最愛的泰式餐廳在某一種咖哩中加了哪一種魚露。

-----廣告,請繼續往下閱讀-----
有些老饕可以吃出自己最愛的泰式餐廳在某一種咖哩中加了哪一種魚露。圖/pexels

不過大部分的人年紀越大(或是菸抽的越多),大腦就越難解讀來自舌頭的訊號。

簡直就像是味蕾——或分辨離子和共價鍵分子的能力——折損或變遲鈍了,尤其是當你邁入老年。

所以,趕緊趁你還年輕的時候,多出去走走嘗試新食物吧。烤個大黃派和蘋果派,看看你比較喜歡哪一種。

——本文摘自《完美歐姆蛋的化學》,2022 年 12 月,日出出版出版,未經同意請勿轉載。

所有討論 3
日出出版
13 篇文章 ・ 7 位粉絲