奈米科學與奈米科技的機會與不確定性

博物學家如何養成？為什麼要來台灣？

大正十四年（一九二五年）鹿野忠雄特地到台灣就讀台灣總督府高等學校第一屆高等科，那年他已十九歲，硬是等到台灣有設高等科，才來台就讀。但其實他很早就開始將四處旅行的採集成果發表成文章。自中學開始就嘗試單獨採集旅行，足跡踏遍日本東北地方、北海道、庫頁島，結交當時昆蟲學者，出入他們的研究室，學習昆蟲分類學和閱讀歐美文獻的方法。

他是看到前輩從台灣帶回來的昆蟲標本後，才下定決心要到台灣讀書，以便就近上山採集。高中三年曠課不斷，留級一年，畢業後也沒有馬上回日本本島申請大學，還展開一百五十天的野外調查。這些日子裡他不斷獨自入山，聘僱原住民獵人採集並且撥制標本，走過今日南投縣信義鄉的布農族部落、阿里山鄒族部落、攀爬玉山、雪山、合歡山霧社、八仙山、蘭陽溪上游桃山南湖大山間等地，甚至前往恆春探訪排灣族，到紅頭嶼探訪雅美族。

實地調查讓他大開眼界，特別是在南方的昆蟲採集跟原住民調查當中，他發現紅頭嶼動物相跟台灣不太相同，他開始思索台灣生物到底是靠大陸系統近，還是靠菲律賓近些。這使他對自然地理學產生興趣，回本島後考上東京帝國大學的理學部地理學科。

文字版 MIT 臺灣誌——《山、雲與蕃人》

鹿野忠雄想深入山區調查，必須取得警方許可，且還要聘雇原住民幫忙背裝備，登山費用頗高。學生時期他多是仰賴母親的資助。且在日本統治台灣期間，台灣五萬分之一地形圖的側繪並未完整，因此民間或者政府的登山活動，都還沒有精確的山岳測量依據，很多地方只有主要高峰有山名，標示著山稜、溪流與「番社」的相對位置，以及粗略的等高線。因此如果想要一窺台灣山岳的面貌，當時的文獻相當欠缺，因此也才引發登山活動的熱潮，許多非原住民的民間登山隊首次登頂記錄，也約略是發生在這時期。

比如鹿野打算在雪山尋找圈谷地形時，便要聘雇原住民腳伕扛行李，同時也請他們追捕小動物跟鳥類，在路上做些標本的前期剝制處理。但是由於鹿野行速飛快，腳伕不堪折磨，最後甚至丟下行李逃走。

值得一提的是，當中有一位阿美族青年托泰布典，是以助手的身份隨行。他會講流利的日語，還看得懂英文，因此能幫鹿野整理英文書籍，也能看得懂藥罐上的英文標示。他眼中的鹿野忠雄，討厭警察官僚作風，尊重蕃人的風俗，而且膽子很大，喜歡走沒人走過的路線，四處拍照跟觀察地形，晚上也不休息，要馬上洗底片，以及漏夜寫筆記，記錄下白天發生的事情。

在他的重要作品《山、雲與蕃人》中，留下登山路線圖和仔細的登山日誌，當中不時出現對特殊地質現象的描繪，比如在海拔 3900 公尺處發現海底沈積的岩面有濂痕（ripple mark）。或者是當時特殊景觀的描寫，比如攀登玉山南峰與南玉山段，便曾記錄與新高駐在所的警官真瀨垣丑丙與東埔社的布農壯丁馬其里（Makili Takeshitahoan）一同登玉山絕頂，途中行經路段，不屬於東埔社布農族的狩獵範圍，因此馬其里也沒來過。真瀨垣警官則帶他們去看玉山神社，鹿野特別寫道，裡面的「御神體」是一面鏡子。

跨界整合台灣自然與人文知識

在《山、雲與蕃人》中可以讀到鹿野幾個面向的關懷：

1. 挑戰攀登台灣山岳的熱情
2. 發現原先地圖跟文獻沒有記載的地形、地質現象
3. 出於研究跟溫飽，在獵捕動物時親自體會到動物的生之本能
4. 理番政策下，警方極力希望日人不要跟蕃人來往，並產生不少突發事故，怎麼順利入山並與蕃人相處變成重要問題。

但是在這樣的旅行之眼下，卻反映出鹿野這種看似個人興趣，自發的台灣自然知識採集和分類工作，能夠一次又一次的出發調查，其實是以國家殖民統治以及研究經費為後盾。

鹿野並非台灣自然知識研究的第一個人，在他之前，西方跟日本已經陸陸續續展開零星的調查，逐步推進從平地到山地的動物相、植物相調查，相關的動植物學、礦物學和地質學的目錄、圖譜出版越來越多，以及地質學跟地形學考察也逐漸系統化發展，同時因為總督府的理蕃事業與藩地開發政策，也展開人類學的調查，這些科學政策及科學教育改革，影響到民間文化活動，如昆蟲、植物的採集旅行，大眾刊物的發表及閱讀等等。

因此鹿野忠雄的貢獻在於他是跨學科的研究者，熟悉博物學以及人種誌的調查方法，在那時代也是少數。他想徹底了解台灣山林，就連被日本以蕃地治理的狀態也想去了解，而不只是關心自然的那部分。同時他也不像是在室內的地理學家或者人類學家，只靠文獻判讀並且歸納，而是不畏艱難，親身去到現場，採集並且記錄下第一手的材料。

忘了回家的探險者

在太平洋戰爭期間，西方駐菲律賓學者貝雅，曾在馬尼拉和鹿野短暫交流過，鹿野從貝雅身上知道不少西方學術動態，而他曾經幫助貝雅，把原來的玻隕石標本收藏悄悄搬到安全的地方——帕西古河北岸的沃森大廈，但又不會落人口舌，讓人覺得日軍大敗，不敵美軍，已經在安排撤退的情勢。

而在一九四四年，鹿野被派駐到北婆羅洲，要沿著日軍的補給路線，調查一支未開化的姆錄族（Muruts），確保到時補給運送時能夠跟當地民族協調順利。他們要穿越雨季中的昏暗紅樹林，在飢餓、瘧疾等風土病的威脅下，還要面對當地人士對日軍的不滿，設法確認或更新原本很粗略的地形圖，以及正確標示部落名稱跟位置。

但隨著戰況情勢危及，美軍轟炸亞庇，日第三十七司令部南移到沙蓬，使得鹿野和助手金子必須跟著南下覆命，卻在途中失去蹤跡。在戰爭中原本就很容易失去彼此聯繫，鹿野消失的訊息是在戰爭結束後才輾轉傳開，找他的人如貝雅發現戰俘收容所裡也沒有他的蹤跡，有傳言因為抗命所以遭到日軍殺害。

參考資料

• 高嘉勵（2016）鹿野忠雄的台灣高山行旅書寫——日治時期「自然」的現代知識建構與美學表現，中外文學，第 45 卷，第 1 期，頁 119-165。
• 鹿野忠雄（2000）山、雲與蕃人——台灣高山紀行，台北：玉山社。
• 王鑫（2000）南湖大山圈谷群古冰河遺跡研究初步調查，內政部營建署太魯閣國家公園管理處八十九年度研究報告。
• 山崎柄根（1998）鹿野忠雄——縱橫台灣山林的博物學者，台北：晨星出版。

義大利某山腳下的小村莊裡，67 歲婦人遭火吻的裸屍（照片）躺臥家門內側。胸口平置經書；腹肚擺放念珠；左手肘內側有道 X 型的割痕；四肢周圍則散落靠枕與燒過的纖維碎屑。後頭牆面一抹煙燻；附近的地板扔著一個澆水壺、一張翻倒且失去座板的椅子；稍遠處還有焚毀的物質和不明液體。大門、廚房跟柴棚之間，遍佈滴落（drip）、噴濺（spatter）和塗抹（swipe）等各種樣態的血液，以及人來人往的足跡。警方在柴棚裡，找到沾血的菜刀、半罐聞起來有燃料味的液體，與倒下、椅座部份燒壞，且有滴落血斑的椅子；並於窄小的客廳中，尋獲一只乙醇空瓶。^[1]

背景與筆錄

這名婦人有 3 個兒子：1 個自殺身亡；剩下2個罹患思覺失調症，其一反覆恐嚇家人。根據筆錄，事發當天兩個兒子都在樓上，一個於房間裡休息，另外一個聽著震耳欲聾的音樂。婦人的丈夫發現，她坐在門口耶穌聖像前的椅子上，渾身火舌纏繞，遂大聲呼救，叫沉浸於音樂中的兒子幫忙。在接獲通報的急救人員到場前，一名被請來的神父先行抵達，將經書和念珠放在屍體上。之後，其中一個兒子因為半燒毀的椅子「惹到他」，而在警察尚未趕到時，把該證物移至柴棚。^[1]

驗屍

驗屍團隊針對婦人的屍體，進行了下列檢查：

• 電腦斷層掃描：沒有重大創傷。^[1]
• 外觀相驗：90% 體表二至三度燒傷；頭髮燒焦；左手肘內側的X型割痕邊緣滲血；無自衛或他人造成的傷害。^[1]
• 解剖：呼吸道黏膜泛黑；心臟肥大、冠狀動脈硬化、左心室肥厚。^[1]
• 組織學分析：肺氣腫、肺部鬱血、心肌硬化。^[1]
• 毒理學分析：婦人的血液與尿液裡，有乙醇、抗精神病藥物levomepromazine和抗憂鬱劑sertraline殘留。^[1]

法醫認為婦人原本就有缺血性心臟病和慢性肺氣腫，在大面積燒傷後，導致急性心血管功能不全，休克而死。至於體內乙醇和藥物的濃度，沒有高到會造成死亡。^[1]

重建時序

由於婦人身上沒有抵禦的痕跡，基本上可以推論不是死於他殺。此外，自焚的燒傷面積，通常比被別人縱火來得大，這也符合婦人的情形。然而，她大概沒有事先計劃，單純臨時起意，才會一個方法不行，再試另一個，愈換愈致命，成為手法多元的非典型自殺個案。^[1]

此案複雜的程度，本來就已經令辦案極具挑戰；偏偏死者的家屬和神父又破壞現場；而且警方沒有檢驗可燃液體的成份，這些都讓事情難上加難。不過，在《國際鑑識科學：報告》（Forensic Science International: Reports）期刊上，分析這個案件的作者，還是絞盡腦汁，把整個時序重建出來：^[1]

首先，婦人使用的藥物不是醫師開的，而且她刻意配合大量乙醇服用，自殺意圖明顯。她體內藥物的濃度沒有很高，不過是因為死亡打斷了身體的吸收。再來，手臂嚴重割傷，必定發生在自焚之前，不然應該沒本事劃得那麼整齊，又那麼深。後來火燒的時候，她還活著，而非死後遭人焚屍，所以會吸入濃煙，燻黑呼吸道黏膜。最後，從血斑的型態和方向，則能判斷婦人先持刀傷害自己，接著在公寓的地面層遊蕩，直到進入柴棚取得可燃液體。她可能在那裏或廚房，將液體淋滿全身，再行至門前走道，然後於耶穌像前坐下。該處牆上焚燒的痕跡，跟婦人身形的高度與寬度吻合，即為佐證。^[1]

即使婦人艱困的生活背景，給予她明確的自殺動機，以上推論還是從統合分析多方線索而來。原個案報告作者也強調，遇到如此複雜的命案，務必參考鑑識醫學、毒理學檢驗和醫療影像等資訊，才能做出正確的解讀。^[1]

自殺防治專線：
 衛生福利部安心專線 1925
 生命線協談專線 1995
 張老師輔導專線 1980

參考資料

1. Terranova C, Massaro L, Angiola F. (2023) ‘An unusual unplanned complex suicide by arm cutting, poisoning, and self-immolation’. Forensic Science International: Reports, 8:100327.

• 謝承安／現就讀臺大物理系，因喜愛動畫《戀愛小行星》而喜好小行星
• 林彥興／現就讀清大天文所，努力在陰溝中仰望繁星

2016 年 9 月 8 日，歐西里斯探測器（OSIRIS-REx）由擎天神五號火箭發射升空，追隨著前輩們 ── 隼鳥號與隼鳥二號 ── 的腳步，前往近地小行星貝努（101955 Bennu），執行人類史上第三次的小行星取樣任務。

經過兩年多的飛行，歐西里斯號於 2018 年底成功抵達貝努，並在幾個月後成功採集樣本，預計在今年 9 月 24 號返回地球。透過採集小行星上的原始樣本，科學家將能夠推論 46 億年來太陽系的演變歷史，但除此之外，歐西里斯探測器也在環繞貝努的過程中進行了眾多觀測，也為小行星研究貢獻許多，現在就讓我們回顧歐西里斯號的浩瀚之旅！

歐西里斯基本介紹

要了解歐西里斯號的觀測目標，我們只需要把他的英文全名攤開來看：

Origins, Spectral Interpretation, Resource Identification, Security-Regolith Explorer

翻譯作太陽系起源、光譜解析、資源識別、安全保障、小行星風化層探索者。其縮寫歐西里斯，是埃及神話中的冥神。儘管你可能無法了解各個專有名詞，但在看過那麼長的名字後，應該也能知道歐西里斯探測器的任務可不僅是採集樣本而已。

歐西里斯號的目標是小行星 101955 號「貝努」。

這是一顆於 1999 年由林肯近地小行星研究小組（LINEAR）發現的近地小行星。之所以選擇貝努作為觀測目標，是因為貝努的軌道與地球十分接近，有撞擊地球的潛在風險，另一方面距離近，也可以讓探測器在較短的時間內抵達。

值得一提的是，「貝努」這個名字源自古埃及神話的神鳥，同時也是引領前往冥界的諸神之嚮導。同時，貝努小行星上的各式地形或是地點，也都是以不同神話中的鳥類來命名。

在發射後過了兩年，2018 年，歐西里斯號逐漸接近貝努，並以相機模組中的 8 吋望遠鏡（Polycam）不斷進行觀測，直至十二月成功抵達貝努。

而抵達後的第一項任務，就是詳細繪製全小行星的地圖，過去科學家曾經透過金石太陽系雷達來（GSSR）來探測貝努的模樣，但地面上的雷達雖然可以看到貝努的大致形狀，解析度卻仍不足以窺見小行星上詳細的地形起伏，也就無法事先決定採集樣本的地點但藉由探測器上攜帶的雷射測高儀（OSIRIS-REx Laser Altimeter, OLA），歐西里斯號得以透過發射雷射訊號與接收的時間差， 像是測量海底深度的聲納一樣，繪製全小行星的地形高度圖。另外其配載的高解析度相機（MapCam），也可以讓科學家一覽高解析度的貝努影像。

除了解地形以外，決定採樣地點時，另一項重要的考量是採樣地礦物或化學組成。正如同地球上各處的岩石化學組成不盡相同，不論是含水量、顆粒粗細程度以及有機物的有無，皆是採樣任務執行時需要考量的情況。於是，歐西里斯號使用了三種方法來探測小行星表面上的礦物。

第一種方法是透過風化層 X 射線成像光譜儀（Regolith X-Ray Imaging Spectrometer, REXIS）來觀測 X 射線光譜。讀者或許會想，X 射線多用來觀測高能天體的輻射，像是黑洞、超新星爆發等事件，並且小行星本身也不會發出 X 射線，為何要攜帶這樣的探測儀器？

事實上，當元素吸收到宇宙射線或太陽所發出的 X 射線時，內層的電子會吸收能量並游離，而外層的電子便會向下躍遷，補上原本內層電子的位置，更外層電子又再補上外層電子的位置。在這一連串的過程中，便會發出 X 射線。而由於每個元素的能階都是獨一無二的，藉由觀測X射線的光譜，我們便能了解小行星上各處的元素豐度。

這樣的分析方式被稱作 X 射線螢光分析（X-ray fluorescence, XRF），是一種非破壞性的元素鑑定方式，地質考察、考古甚至是博物館文物鑑定都常利用此方式進行探測。

另外，歐西里斯號上還配戴可見光與紅外線分光儀（OVIRS），也能夠獲取小行星可見光與紅外線波段的光譜來辨別來辨別礦物或是有機物的種類。並且由於不同礦物的熱導率差異，歐西里斯還可以藉由熱輻射光譜儀（OSIRIS-REx Thermal Emission Spectrometer, OTES）掃描全小行星的熱輻射地圖來了解礦物與化學豐度。

熱輻射儀也可以更進一步用於研究小行星上的熱量傳輸問題。當小行星吸收太陽光後將以輻射的方式將能量釋放時，其光壓會給予小行星一個微小的作用力。在經年累月的作用下，便會對其軌道產生改變，此現象稱之為亞爾科夫斯基效應（Yarkovsky effect）。

由於亞爾科夫斯基效應的強弱會受到小行星的反照率、表面材質甚至是地形而影響，如果對小行星不夠了解，那預測小行星軌道的難度將大幅提升。因此歐西里斯號的近距離探測，對精準預測貝努的軌道非常重要。

樣本採集：歐西里斯與貝努的零距離接觸

在近兩年的搜集數據後，歐西里斯號便開始執行此次任務的最終目標：採集樣本。

一開始，科學家們有四個候選地點：夜鷺（Nightingale），此處位於年輕的隕石坑上，且具有最細顆粒的礦物；翠鳥（Kingfisher）為新的隕石坑並具有豐富的含水量；魚鷹（Osprey）具有較低反照率的岩石樣本；鷸（Sandpiper）位於兩個隕石坑之間，可能含有水合礦物。

在科學家掙扎的選擇後，最終決定在名為「夜鷺」的地點進行採樣。因為此處較年輕的地質特性，能夠讓我們採集到貝努更原始的樣本，以此探討貝努在太陽系闖蕩時所遺留的痕跡，再加上較細的礦物也能讓執行任務時能有較高的成功率。至於其他候選地點，只能說後會有期了。

2020年10月20號，歐西里斯號伸出他的機器手臂，名為 Touch-And-Go Sample Acquisition Mechanism（TAGSAM），顧名思義便是碰一下小行星表面後便離開。其運作原理，是在碰觸到小行星表面時釋放加壓氮氣產生爆炸，再搜集飛散出來的碎屑樣本。

說起來雖然簡單，但降落在微小重力的且未知內部構造的小行星上其實非常困難，科學家們需要考量到所有可能影響的作用力，甚至是太陽光所造成的輻射壓都必須考慮進去。

現在，想像你是個科學家，坐在任務的控制室中，透過相機模組中的 SamCam，望著歐西里斯號逐漸靠近小行星，3，2，1⋯⋯，碰！（狀聲詞，事實上，太空中是沒有聲音的。）

採集任務看似十分成功，歐西里斯號將 TAGSAM 的頂端放入樣品返回艙（Sample Return Capsule, SRC）中，SRC 也使用了眾多隔板將散落在太空中的碎屑放入其中，兩天後，歐西里斯號回傳了樣本採集艙的影像，確認歐西里斯號已搜集足夠的樣本，但此時卻發現了些意外，由於採集的樣本太大顆，艙門無法完全緊閉，導致有部分樣本散逸至太空中，還好這不影響任務的完成，算是有驚無險。

2021 年 4 月 7 日，歐西里斯號展開他的最後一次飛越任務，此次他以超近距離（約 3.5 公里）觀測「夜鷺」在採集後的模樣，可以清楚看見採樣任務前後的區別，中心區域產生了一個深度超過45公分的凹痕！ 周圍的岩石也因此錯位。

過去天文學家們透過眾多觀測數據推論，大多數的小行星比起堅硬的石頭，更像是散亂的碎石堆。後來科學家們也透過此次採樣任務確認貝努表面並非像是地殼般的堅硬固體，而比較像是流體般，才產生如此大的凹痕。

在做完惜別任務後，2021 年 5 月 10 號，歐西里斯號啟動了他的主引擎，開始返回地球的旅程。預計在今（2023）年 9 月 24 號，裝載著貝努樣本的樣本返回艙將與歐西里斯號脫離，並以秒速 12 公里的高速衝入地球大氣層，並著陸於猶他州的沙漠中，由研究人員回收後取出樣本進行更近一步的分析。

然而歐西里斯號的旅程仍尚未結束。

接下來它將在 2029 年對另一個有潛在撞擊地球風險的小行星 99942 阿波菲斯（APophis）進行觀測。就讓我們歡迎冥神與他所攜帶的樣本歸來，以及期待未來科學上的重大發現吧！

延伸閱讀

• 夜空中的守望者－ 望遠鏡如何保衛地球? – 科學月刊Science Monthly
• What Would Happen If Asteroid Bennu Hit Earth?
• NASA’s OSIRIS REx Mission Ends Up With More Than It Expected