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WISE發現僅相當於人類體溫的最低溫類恆星天體

臺北天文館_96
・2011/08/30 ・1473字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 527 ・七年級

科學家利用廣角紅外巡天探測衛星(Wide-field Infrared Survey Explorer,WISE)發現一種溫度最低的類恆星天體,溫度僅與人體體溫相差不遠。

天文學家搜尋這些被稱為Y型矮星(Y dwarf)的天體以十幾年了,但都毫無所獲,這是因為在可見光望遠鏡中,根本不太可能找到這些低溫天體。WISE以紅外波段觀察,而且在太空當中所見的天體遠紅外光亮度比在地面還亮5000倍以上,所以可以偵測到溫度更低、更昏暗的天體。它一口氣發現了6顆Y型矮星,且它們離太陽都很近,大概都在40光年以內。

Y型矮星是目前棕矮星(brown dwarf)家族中表面溫度最低的成員。棕矮星常被稱為「失敗的恆星」,質量比行星大,但又不夠大到可以點燃或維持核心的核融合反應,因此沒辦法成為一顆正式恆星;其能量來源來自雲氣收縮成球形天體過程中的位能,少了核融合反應提供穩定的能量來源,因此不像恆星的亮度可以穩定維持達數十億年之久,棕矮星的亮度會隨時間逐漸冷卻、變暗,到後來所發出的餘光大都集中在紅外波段。此外,棕矮星的大氣層與木星這類氣體巨行星類似,但因棕矮星是單獨處在太空中,比受到母星強烈光輝影響的氣體巨行星更容易觀察。因此藉由研究棕矮星,或許可進一步瞭解恆星如何形成,以及系外行星大氣的狀況。

Wide-field Infrared Survey Explorer, or WISE, has uncovered the coldest brown dwarf known so far WISE 1828+2650, this chilly star-like body is not even as warm as a human body, at less than about 80 degrees Fahrenheit (25 degrees Celsius). Image credit: NASA/JPL-Caltech/UCLA  WISE計畫由2010年1月到2011年2月期間,以紅外波段掃瞄全天1.5次左右。到目前為止,WISE探測衛星已經發現約100個新棕矮星,科學家預期未來繼續分析WISE資料庫後,必定還會有更多新發現。在這100個新發現的棕矮星中,其中有6顆是溫度極低的Y型矮星;這6顆中的其中一顆編號為WISE 1828+2650(左圖中央的綠點),位在天琴座方向,表面溫度僅約攝氏25左右,比現在夏天的一般室溫還稍低一些,成為目前已知表面溫度最低的棕矮星。WISE科學團隊成員Davy Kirkpatrick表示:在此之前發現的棕矮星,表面溫度大都相當於廚房爐灶點燃後的溫度;不過這些Y型矮星,卻將腳步從廚房移至房子裡其他比較涼快的地方。

這批新發現的棕矮星都算我們太陽的鄰居,距離從9光年到40光年不等。其中距離僅9光年的WISE 1451-2250應該是離太陽第7近的的恆星系統,將原本第7名的Ross 154擠到第8名。這個距離大約是離我們最近的半人馬座Alpha星C星(南門二C星,中名比鄰星)4.2光年的2倍多。WISE科學家Michael Cushing開玩笑地說:在太陽附近尋找棕矮星,就像要在你家所在的街區尋找一棟隱密的房子。Cushing很高興在離我們這麼近的地方有這麼還未發現的鄰居們,或許將來有一天,他們會發現一顆比比鄰星還近的棕矮星。

This artist conception illustrates what brown dwarfs of different types might look like to a hypothetical interstellar traveler who has flown a spaceship to each one. Image credit: NASA/JPL-Caltech  通常WISE研究團隊一旦辨認出可能為棕矮星的天體後,便申請利用史匹哲太空望遠鏡(Spitzer Space Telescope)以及紅外望遠鏡裝置(Infrared Telescope Facility,IRTF)、帕洛瑪天文台(Palomar Observatory)、凱克天文台(W.M. Keck Observatory)、麥哲倫望遠鏡(Magellan Telescopes)等數座地面天文台來做確認的工作,若天體光譜中具有水、甲烷等分子的譜線特徵,有時還可能包含氨分子,那麼就能確認應為棕矮星。不過,對這些極低溫的Y型矮星而言,這個團隊則動用哈柏太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)來進行確認的工作,雖然一樣是要從光譜中尋找水和甲烷等分子特徵,不過由於大氣溫度較一般棕矮星還低,所以Y型矮星的光譜型態會與一般棕矮星有些許不同。右圖顯示近年來陸續發現的各類棕矮星的表面溫度(顏色)與亮度的比較圖。

資料來源:NASA’s Wise Mission Discovers Coolest Class of Stars [August 23, 2011]

引用自臺北天文館之網路天文館網站

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臺北天文館_96
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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》