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外太空生活教你的事情-《太空人的地球生活指南》

PanSci_96
・2014/09/19 ・2263字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 502 ・六年級

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除了太空任務,太空人的宇宙生活還有哪些行程?(Photo Credit: fdecomite CC

在長時間的太空任務中,我們強制規定要做運動:如果不做,會越來越瘦弱。我們一天必須運動兩個小時,讓肌肉與骨骼的強度能夠勝任極度累人的太空漫步任務,也可以確保回到地球時雙腳還能站立。

不過,想在能輕易移動的環境中運動其實沒那麼簡單。我們需要特殊的運動設備:一輛可以把鞋子卡住的健身腳踏車,讓我們不至於飄走;一台附有束帶的跑步機能讓我們固定踩在機器上,而不是踩空氣。我一開始把訓練強度調整為體重的百分之六十,後來在太空中待久了,才增加強度,讓訓練更具挑戰性。說真的,跑步不是我在太空中最愛做的事:因為當我們習慣到處飄浮,跑步給人一種很怪的感覺:雙腳明明不斷移動,卻哪兒也去不了,稍嫌沒意義。一邊跑步、一邊看曲棍球比賽或電影,的確能增加樂趣(酷愛跑步的太空人似乎比較不在意;宋妮塔.威廉斯就曾在太空中參加二○○七年波士頓馬拉松大賽,她只花了四小時二十四分)。

我也會固定使用 ARED,也就是「進階型耐力提升裝置」(Advanced Resistive Exercise Device)。那種精巧的機器利用兩個真空圓筒,把最多六百磅的力量施加在橫桿或纜線上,我們必須對抗圓筒的吸力。就使用的感覺和對身體的好處來講,非常像在舉重,同時我也會用ARED來踮腳跟、蹲舉,還有一些容易多的動作。太空站的所有設備都裝有隔震器,有些甚至裝了具穩定功能的迴轉儀,這樣運動時才不會影響到科學實驗。

流汗這件事,我們也得留意。汗水不會因為重力而往下流,會慢慢累積起來,整片覆蓋在身體上。如果轉頭時速度太快,巨大的汗滴可能會離開身體,飄到太空艙的另一個角落,打在其他太空人臉上。為了顧及禮儀,在太空站運動時,我們必須把一條毛巾塞在衣服裡,或者讓它飄在身邊,隨時可以拿來吸汗。稍後我們會用夾子把毛巾掛起來,讓水分被空氣吸收,跟尿液一樣,都可以回收當作水使用。

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國際太空站中,一顆水珠剛好漂浮在哈德菲爾(Chris Hadfield,即作者)與攝影機的中間
(Photo Credit: NASA)

沒有錯,水,而且是飲用水。二○一○年以前,國際太空站的用水很多,是用太空梭或補給太空船載來的,裝在一個個圓筒狀袋子裡;如今站上裝有淨水系統,一年可製造一千六百加侖的水。淨水系統裡的過濾器與蒸餾機持續旋轉,製造出人工重力,讓廢水流動,藉此把汗水與用來洗東西的水,甚至尿液都變成飲用水。聽起來是有點噁心(說老實話,當我在享用冰水時也不喜歡一直想它是尿做成的),但是太空站的水的確比大部分北美家庭水龍頭流出來的水還乾淨,喝起來……就跟水一模一樣。

抵達太空站之後不久,我開始拍攝一支支短片,記錄這類只發生在太空中的日常生活細節,加拿大太空總署把片子都po在官網與YouTube上面。拍片對我來講很簡單,只需按下高畫質攝影機上的拍攝鍵,開始示範動作,例如怎樣使用跑步機或洗手。太空總署的編輯就得花較多時間了,他必須幫片子配上有趣且帶有太空感的音樂與圖片,但是努力沒有白費:有些影片在網路上瘋傳,創下幾百萬的瀏覽人次。原來一般人對太空中的瑣事那麼有興趣—例如剪頭髮的情形(我請另一位組員幫我剪,他用一種叫Flowbee的電動剪髮器,接在後面的吸塵器可以直接把髮屑吸走)。

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太空人透過分享日常瑣事,吸引人們關注太空任務的重要性。圖片人物由左至右:Kevin Ford、Chris Hadfield 與 Tom Marshburn(Photo Credit: NASA)

加拿大太空總署體認到這是讓大家對太空計畫產生興趣的絕佳機會,於是趁我在外太空,製作了一百多支短片。這種教育性質的推廣工作也是太空人職責的一部分,而我特別熱愛。在拍片之前,我已經花了二十年時間在許多小鎮的鎮民會堂、小學與扶輪社演講,推廣太空計畫,基本上是哪裡有需要就去。二○一○年,我還創立了一個計畫叫「與太空人的午餐對談」(On the Lunch Pad),利用我吃午餐的時間,用Skype軟體與學校的孩子對談。

有時候令我感到挫折的是,我發現很少人瞭解太空計畫的內容,也不知道這對他們有什麼好處。許多人反對太空計畫的理由是覺得「浪費錢」,卻對太空探險經費的實際使用情況一無所知。例如,加拿大太空總署的年度預算,實際上比加拿大國民每年花在萬聖節糖果上的錢還少,而且大部分預算都用於發展通訊衛星與雷達系統,藉此取得更多天氣與空氣品質預報、環境監測與氣候變遷研究的數據資料。同樣地,美國太空總署的預算也不是用在外太空,而是地球上,拿來投資美國的公司與大學,間接支付了紅利、創造新的工作職缺與新科技,乃至於新興產業。

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太空計畫的企圖心極其強烈,其目標無非是探索我們的太陽系,瞭解地球以外還有什麼。探險的欲望是人類的天性,遠古時代早有不安於室的青少年,為了知道山的另一頭有什麼而離家。過去十年,我們發現在我們的銀河系有兩千顆行星繞行其他星體,而大部分人相信這是有價值的發現。此刻有許多機器被發送到其他星球蒐集資訊,太陽系的每顆行星幾乎都有人造衛星繞行,還有許多機械探測器用於增進我們對大氣層與磁場的瞭解,避免地球受到輻射的傷害。

我做的推廣工作,就是把這些事情解釋給大家聽,但我也學會一個道理:如果想讓人們相信太空計畫是好投資,就必須吸引他們的注意力。

影片說明:在太空站上擰毛巾,水會怎麼運動呢?這支影片已經在 YouTube上吸引超過一千萬次的點閱率。

太空人+書腰立體書封.min

本文文字摘自《太空人的地球生活指南》
由大塊文化出版

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高速移動的話時間流速會不一樣嗎?時間暫停是可能的嗎?——《關於宇宙我們什麼都不知道》
天下文化_96
・2023/11/08 ・2746字 ・閱讀時間約 5 分鐘

我們都感覺到相同的時間嗎?

在二十世紀之前,科學認為時間是普適的:每個人和宇宙中的一切,都感覺到相同時間。那時的假設是,你如果在宇宙裡四處擺滿了一模一樣的時鐘,那麼每個時鐘在任何時刻都會顯示相同時間。畢竟,這就是我們在日常生活中遇到的情況。想像一下,如果每個人的鐘都以不同的速度奔跑,會是多麼混亂!

但後來,愛因斯坦的相對論把空間與時間結合成「時空」*1 概念,改變了一切。愛因斯坦強調,移動中的時鐘運行速度較慢。如果你以接近光速行駛至附近的星星,那麼你體驗的時間,將遠遠少於在地球上的時間。這並不是說你覺得時間過得很慢,像是「駭客任務」中的慢動作鏡頭那樣,而是說地球上的人和時鐘測量到的時間,會比宇宙飛船上的時鐘量到的更長。我們都以同樣的方式(以每秒一秒的節奏)體驗時間,但是如果我們彼此以相對高速移動,我們的時鐘就不會同步。

在瑞士的某個地方,製錶師剛剛心臟病發作。

一模一樣的時鐘卻以不同速度運行,似乎違背了所有的邏輯論證,但宇宙就是這樣運行的。我們知道這是真的,因為我們己經在日常生活中見證了。你的手機(或汽車、飛機)上的 GPS 接收器,會假定繞地球跑的 GPS 衛星時間走得較慢(衛星以每小時數千里的速度,在受地球巨大質量彎曲的空間中移動)。沒有這些資訊,你的 GPS 設備將無法從衛星傳輸的信號中,精確的同步和進行三角定位。關鍵是當宇宙遵循某個邏輯法則時,這些法則有時不見得如你所想。以這個案例來說,宇宙有個最高速限:光速。根據愛因斯坦的相對論,沒有任何東西、資訊甚至是外送披薩的旅行速率,可以比光跑得快。這個速率(每個時段所移動的距離)的絕對上限,會產生一些奇怪後果,並挑戰我們的時間概念。

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首先,先確定我們了解這個速率限制是如何運作的。最重要的規則是:從任何角度來衡量任何人的速率時,這個速率限制都必須適用。我們說沒有什麼東西可以比光速還快時,無論你用什麼觀點來看,就是「沒有」。

所以我們來做個簡單的思考實驗。假設你坐在沙發上並打開手電筒。對你來說,手電筒的光線以光速遠離你。不過,我們是否可以把你的沙發綁在火箭上,點燃火箭然後讓沙發以驚人的速度移動呢?如果此時你打開手電筒,會發生什麼事?如果把手電筒指向火箭前方,光線是否以光速再加上火箭的速率移動呢?

我們將在第十章〈我們能以超光速移動嗎?〉花更多時間在這些想法上。但重要的是,為了讓所有觀察者(在火箭上的你和我們其他在地球上的人)看到,手電筒的光線都是以光速移動的,於是某些東西必須改變,這個東西就是「時間」。

為了幫助你理解這個概念,讓我們回到把時間當做時空第四維度的想法。這個想法有助於想像物體如何穿越時間和空間,而把宇宙速限應用在你的總速率上。如果你坐在地球上的沙發裡,你沒有穿越空間(相對於地球)的速率,所以你穿越時間的速率可以很高。

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但如果你坐在火箭上,對地球而言,火箭的移動速度接近光速,那麼你穿越空間的速率是非常高的。因此,為了讓你穿越時空的總速率在相對於地球時,保持在宇宙速限之內,你的時間速率必須減少,在此所有的速率量測都使用地球上的時鐘。

還讀得下去嗎?

對於不同人可以回報不同時間長度,你可能很難接受,但這是宇宙的運作方式。更奇怪的是,人們可能會在某些情況下,看到事件以不同順序發生,而且都是正確的。舉例來說,兩位誠實的觀察者,如果以非常不同的速度移動,他們會對誰贏得直線競速賽有不同的看法。

如果你的寵物美洲駝和雪貂進行賽跑,那麼,依據你的移動速度和相對於比賽場地的距離,你可以看到心愛的美洲駝或雪貂贏得比賽。每隻寵物都會有屬於自己事件的版本,如果你的祖母能夠以接近光速的速率移動,她看到的比賽結果可能完全不同。而且,所有人都是正確的!(不過要注意的是,每個人的時間起始點都不相同。)

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圖/《關於宇宙我們什麼都不知道》

我們喜歡認為宇宙有絕對真實的歷史,所以不同人可以體驗不同的時間,是令人難以接受的想法。我們可以想像,原則上有人可以寫下宇宙至今發生的每一件事(這會是非常冗長的故事而且大半都超級無聊)。如果這故事存在,那麼每個人都可以根據自己的經驗來進行檢查,除非是無心之過或視力模糊,每個人讀的故事應該要一致。但愛因斯坦的相對論使得一切都是相對的,所以不同觀察者對於宇宙裡事件的先後順序,會有不同的描述。

最終我們必須放棄宇宙有絕對單一時鐘存在的想法。雖然因此我們有時會遇到違反直覺且看似荒謬的領域,但驚人的是,這種看待時間的方式已測試為真。與許多物理革命一樣,我們被迫拋棄自我的直覺,並遵循受時間主觀意識影響較小的數學之道。

時間會停止嗎?

打從一開始,人們就想排除時間會停止的概念。時間除了向前,我們從未見過它做過其他事,既然如此,時間怎麼可能還有別的選項呢?由於我們本來就不清楚為什麼時間要前進,所以很難自信的說,時間向前是永恆真理。

一些物理學家相信,時間的「箭頭」是根據熵必須增加的法則所決定。也就是說,時間的方向與熵增加的方向相同。但如果這是真的,當宇宙達到最大熵時會發生什麼事?在這樣的宇宙裡,一切都將處於平衡而且不能創造秩序。那麼,時間會在這一點停下來嗎?還是時間不再有意義?一些哲學家猜測,在這個時刻,時間的箭頭和熵增加的法則可能會逆轉過來,導致宇宙縮小到一個微小奇點。不過,這個說法比較像是深夜裡藥吃多了後激發的猜測,而不是實際的科學預測。

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還有理論提出大霹靂創造了兩個宇宙,一個時間向前流逝,一個時間向後奔流。更瘋狂的理論則提出時間不只一個方向。為什麼不呢?我們可以在三個(或更多)空間方向中移動,為什麼不能有兩個或更多的時間方向?真相為何?如往常一樣,我們不知道。

註解

  1. 愛因斯坦的天才並沒有展現在為事物命名上面。

——本文摘自《關於宇宙我們什麼都不知道》,2023 年 9 月,天下文化出版,未經同意請勿轉載。

天下文化_96
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天下文化成立於1982年。一直堅持「傳播進步觀念,豐富閱讀世界」,已出版超過2,500種書籍,涵括財經企管、心理勵志、社會人文、科學文化、文學人生、健康生活、親子教養等領域。每一本書都帶給讀者知識、啟發、創意、以及實用的多重收穫,也持續引領台灣社會與國際重要管理潮流同步接軌。

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諦聽宇宙深處的低吟,宇宙低頻重力波訊號代表的意義——《科學月刊》
科學月刊_96
・2023/11/01 ・3782字 ・閱讀時間約 7 分鐘

  • 作者/陳哲佑
    • 任職於日本理化學研究所,專長為黑洞物理、宇宙學、重力理論等。
    • 熱愛旅行、排球與珍珠奶茶
  • Take Home Message
    • 今(2023)年 6 月,北美奈赫茲重力波天文臺(NANOGrav)團隊觀察到宇宙中的低頻重力波。
    • NANOGrav 團隊利用數個脈衝星組成「脈衝星陣列」(PTA),測量各脈衝星訊號到達的時間,計算不同訊號的到達時間是否存在著相關性。
    • PTA 得到的重力波訊號相當持續,沒有明確的波源。科學家推測此訊號可能來自多個超大質量雙黑洞系統互繞而產生的疊加背景。

2015 年 9 月,位於美國的雷射干涉儀重力波天文臺(Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, LIGO)成功偵測來自雙黑洞碰撞的重力波訊號(請見延伸閱讀 1)。

這個發現不僅再次驗證愛因斯坦(Albert Einstein)「廣義相對論」的成功,更引領人類進入嶄新的重力波天文學時代。到了現在,我們不僅能使用各種電磁波波段進行觀測,還多了重力波這個強而有力的工具能夠窺探我們身處的宇宙,甚至還有同時結合兩者的多信使天文學(multi-messenger astronomy)註1,皆能帶給人類許多單純電磁波波段觀測無法觸及的資訊(請見延伸閱讀 2)。

如同不同波段的電磁波觀測結果為我們捎來不同的訊息,重力波也有不同的頻譜,且頻譜與產生重力波的波源性質有非常密切的關係。以雙黑洞碰撞為例,系統中黑洞的質量與碰撞過程中發出的重力波頻率大致上成反比,因此當系統中黑洞的質量愈大,它產生的重力波頻率就愈低。

目前地球上的三個重力波天文臺:LIGO、處女座重力波團隊(The Virgo Collaboration, Virgo),以及神岡重力波探測器(Kamioka Gravitational wave detector, KAGRA, or Large-scale Cryogenic Gravitational wave Telescope, LCGT)都受限於干涉儀的長度,只對頻率範圍 10~1000 赫茲(Hz)的重力波有足夠的靈敏度,此範圍的重力波對應到的波源即是一般恆星質量大小的雙黑洞系統。

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然而,來自超大質量黑洞互繞所發出的重力波頻率幾乎是奈赫茲(Nano Hertz,即 10-9 Hz)級別,如果想要探測到此重力波,就需要一個「星系」規模的重力波探測器。雖然這聽起來彷彿天方夜譚,但就在今年 6 月,北美奈赫茲重力波天文臺(North American Nanohertz Observatory for Gravitational Waves, NANOGrav)的團隊利用「脈衝星計時陣列」(pulsar timing array, PTA)成功地觀測到這些低頻重力波存在的證據。

以不同方式觀察不同頻率的重力波

與電磁波相似,重力波也有不同的頻率。不同頻率的重力波會對應到不同性質的波源,且需要不同的方式觀測。圖/科學月刊 資料來源/Barack, et al. 2018

NANOGrav 如何觀測低頻重力波?

讀者聽過脈衝星(pulsar)嗎?它是一種高速旋轉且高度磁化的中子星(neutron star)註2,會從磁極放出電磁波。隨著脈衝星的旋轉,它的電磁波會以非常規律的時間間隔掃過地球,因而被身處於地球上的我們偵測到,就像是海邊的燈塔所發出的光,會規律地掃過地平面一般。由於脈衝星的旋轉模式相當穩定,掃過地球的脈衝就如同宇宙中天然的時鐘,因此在天文學上有相當多的應用——甚至可以用來觀測重力波。

利用脈衝星觀測重力波的第一步,首先要記錄各個脈衝星的電磁脈衝到達地球的時間(time of arrival),並且將這些訊號與脈衝星電磁脈衝的理論模型做比對。

如果訊號和理論模型相符,那麼兩者相減後所得到的訊號差(residual)只會剩下一堆雜訊;相反的,如果宇宙中存在著重力波,並且扭曲了該脈衝星和地球之間的時空,那麼兩訊號相減之後就不會只有雜訊,而會出現時空擾動的蹤跡。

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利用數個脈衝星組成的脈衝星計時陣列,可用來尋找宇宙中低頻的重力波訊號。圖/Tonia Klein, NANOGrav 

然而以觀測的角度來看,即便我們從來自單一脈衝星的訊號中發現訊號差出現偏離雜訊的跡象,也不能直接推論這些跡象一定是來自重力波。畢竟科學家對脈衝星的內部機制和脈衝傳遞的過程也並未完全了解,這些未知的機制都可能會使單一脈衝星的訊號差偏離雜訊。

因此為了要判斷重力波是否存在,就必須進行更進一步的觀測:利用數個脈衝星組成脈衝星陣列,測量每個脈衝星訊號到達的時間,並且計算這些不同脈衝星訊號的到達時間是否存在某種相關性。

舉例來說,如果脈衝星和地球之間沒有重力波造成的時空擾動,那麼即便每顆脈衝星的訊號差都出現偏離雜訊的跡象,彼此之間的訊號也會完全獨立且不相干;反之,如果脈衝星和地球之間有重力波經過,這些重力波便會扭曲時空,不僅會改變這些脈衝訊號的到達時間,且不同脈衝星訊號到達的時間變化也會具有某種特定的相關性。

根據廣義相對論的計算,一旦有重力波經過,不同脈衝星訊號之間的相關性與脈衝星在天球上的夾角會滿足一條特定的曲線,稱為 HD 曲線(Hellings-Downs curve)。

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科學家以兩顆脈衝星為一組觀測單位,藉由觀測多組脈衝星的訊號、計算它們之間的相關性,再比較這些數據是否符合 HD 曲線,就能夠進一步推斷低頻重力波是否存在。值得一提的是,由於重力波訊號非常微弱,用來作為陣列的脈衝星必須有非常穩定的計時條件,因此一般會選擇自轉週期在毫秒(ms)級別的毫秒脈衝星作為觀測對象。

NANOGrav 在今年 6 月發布的觀測結果就是利用位於波多黎各的阿雷西博天文台(Arecibo Observatory,已於 2020 年因結構老舊而退役)、美國的綠堤望遠鏡(Robert C. Byrd Green Bank Telescope)和甚大天線陣(Very Large Array, VLA)觀測 68 顆毫秒脈衝星。

他們分析了長達 15 年的觀測數據後,發現這些脈衝星訊號的相關性與 HD 曲線相當吻合,證實了低頻重力波確實存在於我們的宇宙中。

除了 NANOGrav,其他團隊例如歐洲的脈衝星計時陣列(European Pulsar Timing Array, EPTA)、澳洲的帕克斯脈衝星計時陣列(Parkes Pulsar Timing Array, PPTA)、印度的脈衝星定時陣列(Indian Pulsar Timing Array, InPTA),以及中國的脈衝星計時陣列(Chinese Pulsar Timing Array, CPTA)等,皆得到相符的結果。

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NANOGrav 觀測結果帶來的意義

與先前 LIGO 觀測到的瞬時重力波訊號不同,目前利用 PTA 得到的重力波訊號是相當持續的,而且並沒有較明確的單一波源,反而像是由來自四面八方數個波源組成的隨機背景訊號。

打個比方,LIGO 收到的重力波訊號像是我們站在海邊,迎面而來一波一波分明的海浪,每一波海浪分別對應到不同黑洞碰撞事件所發出的重力波;而 PTA 的訊號則是位於大海正中央,感受到隨機且不規則的海面起伏。

目前對這些奈赫茲級別的重力波訊號最合理也最自然的解釋,是來自多個超大質量雙黑洞系統互繞而產生的疊加背景。若真是如此,那這項發現將對天文學產生重大的意義。

過去科學界對於如此巨大的雙黑洞系統能否在可觀測宇宙(observable universe)的時間內互繞仍普遍存疑,如果PTA觀測到的重力波真的來自超大質量雙黑洞互繞,那代表這類系統不僅存在,它們的出現還比過去我們預期的更為頻繁,且產生的訊號也更強。

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NANOGrav 的觀測結果

橫軸為脈衝星陣列中,兩脈衝星位置之間的夾角;縱軸為訊號之間的相關性;藍色數據點為 NANOGrav 15 年的觀測結果;黑色虛線為 HD 曲線。可看出數據點的分布與 HD 曲線相當吻合。圖/科學月刊 資料來源/Agazie et al. 2023

不過除了雙黑洞系統,也有其他「相對新奇」的物理機制也可能產生這樣的重力波背景,包含早期宇宙的相變、暗物質,以及其他非標準模型的物理等。若要從觀測的角度去區分這些成因,最重要的關鍵在於,能否從隨機背景中找到特定的波源方向。

如果是雙黑洞系統造成的重力波,勢必會有來自某些方向的訊號比較強;反之,如果是早期宇宙產生的重力波,那麼這些重力波將會隨著宇宙的膨脹瀰漫在整個宇宙中,因此它們勢必是相當均向的。

為了找到波源方向,提升訊號的靈敏度成為了當務之急。而若要提升 PTA 的靈敏度,最主要的方式有兩種——其一是將更多的脈衝星加入陣列;其二則是延長觀測的時間。

目前,不同的 PTA 團隊已經組成國際脈衝星計時陣列(International PTA)互相分享彼此的脈衝星觀測資料。隨著觀測技術的進步,解密這些奈赫茲級別的神祕重力波將指日可待。

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註解

  1. 相較於過往只能以可見光觀測宇宙,多信使天文學能利用多種探測訊號,如電磁波、微中子、重力波、宇宙射線等工具探索宇宙現象,獲得更多不同資訊及宇宙更細微的面貌。
  2. 質量較重的恆星在演化到末期、發生超新星爆炸(supernova)後,就有可能成為中子星。

延伸閱讀

  1. 林俊鈺(2016)。發現重力波!,科學月刊556,248–249。
  2. 金升光(2017)。重力波獨白落幕 多角觀測閃亮登場,科學月刊576,892–893。
  3. NANOgrav. (Jun 28 2023). Scientists use Exotic Stars to Tune into Hum from Cosmic Symphony. NANOgrav.
  • 〈本文選自《科學月刊》2023 年 10 月號〉
  • 科學月刊/在一個資訊不值錢的時代中,試圖緊握那知識餘溫外,也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。
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少吃多運動,減重勿依賴藥品!
衛生福利部食品藥物管理署_96
・2023/10/08 ・3591字 ・閱讀時間約 7 分鐘

本文轉載自食藥好文網

  • 文/周怡廷(高雄醫學大學生理學研究所畢業)

「相對於日月星辰的空幻

 相對更渺茫的峰頂絕景

 雨水和霧的甜頭

 卡在靈魂與脂肪之間

 你我都是不得已的胖子」

——鯨向海〈相對的胖子〉[1]

這段詩是否說中你的心事?是否你也卡在靈魂與脂肪之間,成了不得已的胖子?

各樣影視作品中,諸多男神女神以規格化的美,行銷了某些身材的樣板,成效極佳。行走人間,很容易就聽見人們在討論胖瘦,瞧見路上哪家診所也開了減重門診,或者被一家又一家健身房的廣告襲擊。

然而,飽餐一頓以後,站上體重計,哀號自己又胖了的時候,是否想過——你真的胖嗎?究竟體重多重才夠資格被稱為「胖子」?

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何為「肥胖」

「肥胖」這件事,其實是有官方定義的。世界衛生組織(World Health Organization)以身體質量指數(Body Mass Index,BMI)[體重(公斤)/身高 2(公尺 2)]作為體位是否過重或肥胖的基準 [2]。衛生福利部公布了以 BMI 值為基準的國人體位定義 [3]:18 歲以上成年人的 BMI 值,低於 18.5 為過輕;達到 18.5 以上而小於 24 為正常;達到 24 而小於 27 為過重;達到 27 才稱之為肥胖。

BMI 值可作為判斷是否過重或肥胖,最初階、最簡單的標準。然而,BMI 值落在標準區間,並不代表體位也必然在標準區間。事實上,論到體位、身形,還應留意「身體組成」(body composition)。人體的組成成分從分子層面看,由多至寡包括水分、脂肪、蛋白質及礦物質 [4]。其中最引人注目的,便是脂肪。除了因為脂肪是在不同個體間差異最大的組成成分,也因為脂肪量過高與許多疾病的罹病率和死亡率有正相關。腰圍由於能反映腹部脂肪的多寡,亦成為衡量是否肥胖的重要指標。

肥胖的流行病學

依據國健署委託之國民營養健康狀況變遷調查研究 [5],臺灣從 2017 到 2020 年間,19 歲以上,BMI 值達 27 以上,即依體位定義屬於肥胖者,佔了 23.9%;若再將腰圍考量進來,19 歲以上腰圍過大者(男性達 90 公分以上、女性達 80 公分以上)就佔了 50.1%。

圖/envato

肥胖為多種疾病的危險因子

就算不考慮外在的美醜,過重或肥胖也與健康逃不了關係。依據全球疾病負擔(Global Burden of Disease, GBD)的資料,全球與高 BMI 值有相當關聯之疾病(如心血管疾病、糖尿病、惡性腫瘤等)所造成的失能調整後生命年(disability-adjusted life year, DALY)與死亡人數,2017 年已增至 1990 年的兩倍以上 [6]。肥胖在全球已是造成包括心血管疾病、非酒精性脂肪肝、糖尿病和部分癌症等慢性疾病負擔的主要成因之一 [7]。而腹部脂肪的堆積與許多肥胖相關之併發症的發生甚至死亡率有關。

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減重的方式——控制飲食

因此,為了身體健康,若是 BMI 值或腰圍達到肥胖的標準,還是要尋求合適的方式進行減重。最為眾人所熟知的減重方式,是藉著少吃,減少身體對熱量的攝取。坊間推出了各式各樣的斷食法、林林總總聲稱對減重有幫助的食品,為許多需要減重的朋友提供了各樣的選項。惟提醒民眾,減重宜採取限制熱量且營養均衡的飲食,三餐定時定量,對於六大類食物要適量攝取,避免激進斷食,造成身體的傷害。

運動的重要

體重管理的關鍵,在於人體攝入之能量與消耗之能量間的平衡,儘管節食或斷食有助於減輕體重,體重減輕後,身體的基礎能量消耗也會隨之降低 [11],造就減重瓶頸或復胖的發生。若希望減重效果能長久維持而不復胖,養成運動習慣也非常重要。有許多文獻證實,若每週能進行 200 至 300 分鐘中度到劇烈的運動(這絕非指每週僅運動一次,每次持續 3 至 5 小時,而是每週運動時數的總和),有助於長期穩定的減重 [12]

健康生活習慣是關鍵

生活習慣也與減重能否成功有密不可分的關係。人體的晝夜節律系統和代謝系統間有著緊密的相互作用 [13]。因此,當晝夜節律失調(比如經常要於不同地區的不同時差間來往,或由於工作型態,需輪流值夜班者,皆容易有晝夜節律失調的問題),身體的代謝能力便會受損,因而導致肥胖或第二型糖尿病等問題。是以,若能養成固定的作息與規律的進食習慣,亦可預防肥胖與協助減重。

有研究指出,無論 BMI 值是高是低,養成健康的生活型態(包括每日攝取至少 5 種蔬菜或水果、每月規律運動 12 次以上、適度飲酒[女性每日飲用 1 杯、男性每日飲用 2 杯],以及不吸菸)皆有助於降低罹病與死亡的比例 [14]。若能維持健康的每日作息與生活習慣,無論體重是否降到你心目中理想的範圍,都能裨益於整體健康,也會使你更有活力。

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圖/envato

利用手術或藥品減重可能面臨的風險

無論透過節食、運動或改變生活習慣來執行減重,都需要有強大的意志力,因此,一些總「卡在靈魂與脂肪之間」的朋友們,便試圖求助於手術或藥品。透過手術來協助減重的方式包括胃繞道、胃縮小、胃束帶、胃內水球手術等 [15],皆是藉由改造胃腸道,來減少熱量的攝取。如有接受減重手術之需求,應就個體整體健康狀況與可能面臨的風險,與醫師審慎討論後再作決定。

也有藉由抽脂手術去除腹部脂肪的減肥方式,但近年也有愈來愈多接受抽脂手術後內臟穿孔的案例 [17],要接受此類手術,務必慎選醫療院所。此外,研究也顯示,抽脂手術雖可去除腹部的皮下脂肪,但無法顯著改善包括胰島素阻抗(insulin resistance)等與肥胖有關的代謝異常 [18]。若是想透過減重來改善健康狀態,老老實實地調控飲食、改善生活作息、規律運動,效果還是較長遠。

人體本身有許多由腸胃道、肝臟、胰臟或脂肪組織所分泌,調節食慾或飽足感的激素,其作用於大腦,促使我們想要吃東西或因感到飽足而決定毋需進食。許多減重藥品便模擬這些激素的分子機制開發出來。然而,服用這些藥品也可能引發心血管不良反應、自殺風險增加,或導致藥品依賴或濫用等副作用 [19]

想利用藥品來減重者,應留意切勿使用來路不明之減肥藥品,也別自行上網購買處方藥品。國內的藥害救濟申請條件為「遵照醫師處方或藥師指示下,使用合法藥品,卻發生嚴重的藥物不良反應」方可申請。若是未經醫師診斷而擅自購買及服用處方藥品,除了極可能因著對其正確之用量、用途、禁忌及副作用缺乏瞭解而造成對身體的傷害,倘發生嚴重不良反應,亦無法申請藥害救濟。如有任何用藥問題,還是要諮詢專業醫療人員,千萬別使用來路不明之藥品,以免沒有達到效果外,又傷身。

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參考資料

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  4. Borga M, West J, Bell JD, et al. (2018). Advanced body composition assessment: from body mass index to body composition profiling. J Investig Med, 66(5):1-9. doi: 10.1136/jim-2018-000722
  5. 潘文涵(2022)。國民營養健康狀況變遷調查(106-109 年)成果報告。檢自https://www.hpa.gov.tw/Pages/List.aspx?nodeid=3998 (Feb 16, 2023)
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  9. Tsitsou S, Zacharodimos N, Poulia KA, et al. (2022). Effects of Time-Restricted Feeding and Ramadan Fasting on Body Weight, Body Composition, Glucose Responses, and Insulin Resistance: A Systematic Review of Randomized Controlled Trials. Nutrients, 14(22):4778. doi: 10.3390/nu14224778.
  10. Wilkinson MJ, Manoogian ENC, Zadourian A, et al. (2020). Ten-Hour Time-Restricted Eating Reduces Weight, Blood Pressure, and Atherogenic Lipids in Patients with Metabolic Syndrome. Cell Metab, 31(1):92-104.e5. doi: 10.1016/j.cmet.2019.11.004.
  11. Hall KD, & Kahan S. (2018). Maintenance of Lost Weight and Long-Term Management of Obesity. Med Clin North Am, 102(1):183-197. doi: 10.1016/j.mcna.2017.08.012.
  12. Aronne LJ, Hall KD, M Jakicic J, et al. (2021). Describing the Weight-Reduced State: Physiology, Behavior, and Interventions. Obesity (Silver Spring), 29 Suppl 1(Suppl 1):S9-S24. doi: 10.1002/oby.23086.
  13. Laermans J, & Depoortere I. (2016). Chronobesity: role of the circadian system in the obesity epidemic. Obes Rev, 17(2):108-25. doi: 10.1111/obr.12351.
  14. Matheson EM, King DE, Everett CJ. (2012). Healthy lifestyle habits and mortality in overweight and obese individuals. J Am Board Fam Med, 25(1):9-15. doi: 10.3122/jabfm.2012.01.110164.
  15. 台大醫院減重暨代謝手術中心,常見減重手術比較(無日期)。檢自https://www.ntuh.gov.tw/obesity/Fpage.action?muid=2285&fid=2137 (Feb 16, 2023)
  16. De Simone B, Chouillard E, Ramos AC, et al. (2022). Operative management of acute abdomen after bariatric surgery in the emergency setting: the OBA guidelines. World J Emerg Surg, 17(1):51. doi: 10.1186/s13017-022-00452-w.
  17. Skorochod R, Fteiha B, Gronovich Y. (2022). Perforation of Abdominal Viscera Following Liposuction: A Systemic Literature Review. Aesthetic Plast Surg, 46(2):774-785. doi: 10.1007/s00266-021-02532-9.
  18. Klein S, Fontana L, Young VL, et al. (2004). Absence of an effect of liposuction on insulin action and risk factors for coronary heart disease. N Engl J Med, 350(25):2549-57. doi: 10.1056/NEJMoa033179.
  19. Müller TD, Blüher M, Tschöp MH, et al. (2022) Anti-obesity drug discovery: advances and challenges. Nat Rev Drug Discov, 21(3):201-223. doi: 10.1038/s41573-021-00337-8.
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