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尋找第二個地球

活躍星系核_96
・2014/11/25 ・1592字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 520 ・七年級
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credit: CC by Debivort @Wikimedia Commons

文 / 辜品高(中研院天文所)

西元1995年是人類科學史上畫時代的一年,天文學家發現太陽並不是唯一帶有行星的恆星,這個結果掀起一股研究外星生物的風潮。生命如何在地球開始的,或是甚至有機會在太陽系以外的行星上形成,至今仍然是一個謎。在地球上,我們通常說構成生命的三要素是陽光、水、和空氣。陽光供給植物和某些微生物行光合作用所需的永續能量。水則是一種相當好的溶劑:可能在早期的地球,不同的有機分子可以溶解於海洋或湖泊中,透過彼此之間的生化反應,而進化成生命體。可是,溫度和大氣壓力要正確,水才能以液態方式存在於一個行星表面上。

怎麼能成為「第二個地球」的條件?行星不能離開它的母恆星太近,以至於太熱而將水給蒸發離開該行星。當然也不能離它的母恆星太遠,以至於太過寒冷而水都結成了冰。我們知道,恆星有著不同的質量。質量比太陽大的,輻射能量比太陽強;反之,質量比太陽小的,輻射強度就比太陽弱。所以當一個恆星的質量越小,所給予的輻射能量越低,行星就必須越靠近此恆星,以維持水可以在其表面存在的溫度。

此外,行星質量可能需要像地球,才能有足夠適當的大氣,去維持在地表上液態水的存在。譬如說,月球因為質量僅是地球的百分之一,微弱的重力無法抓住大氣,造成氣壓太低使得水無法在表面存在。另一方面像木星或海王星之類的巨大行星,質量超過十個地球。它們的外層或者甚至內部,主要由濃厚的氫氣和氦氣所組成,以至於氣壓過高,液態水也無法形成。綜合以上所說,天文學家給每一個單一的恆星定義一條所謂的「適居帶」(habitable zone):給予足夠合理的大氣,液態水可以在類地行星表面存在的環狀軌道帶。

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尋找太陽系外的類地行星是無比的困難,母恆星的光源倒成為尋找暗淡系外地球的光害。但是我們知道,受到行星重力的影響,會使得母恆星的光譜線因為都卜勒效應而呈現週期性的微小頻率變化,天文學家巧妙地觀測這種現象來間接發現行星。行星凌星是另外一種普遍用來尋找系外行星的方法:試想一個系外行星的軌道面恰巧和觀測者的視線幾乎平行,每當行星運行到母恆星和觀測者之間,也就是在所謂凌星發生的時候,母恆星的光度會因微小行星的遮掩而稍微變暗。

最近上檔的電影「星際效應」,描述因為地球氣候變遷而缺糧,人類被迫去尋找第二個適居的地球。因為劇中候選行星都在黑洞附近,強大的重力導致幾年的光陰減慢到幾個小時。這種行星真得會存在嗎?根據廣義相對論,如此巨大的時間變化只能在黑洞的事件穹界(event horizon)附近才會發生,結果是候選行星不但因為黑洞強大的重力失去它的母恆星,也因為強大的潮汐作用而被無情地扯裂(tidal disruption)。當然我們無需對科幻電影的劇情挑三撿四。有趣的科學聯想是,在電影裡呈現黑洞的重力可以讓光線彎曲而成像,事實上行星的重力也可以像透鏡讓背景星光彎曲而聚焦。這種現象稱作重力微透鏡(microlensing)。天文學家已利用這種方式發現大約30個系外行星,期盼未來利用重力微透鏡可以發現在「適居帶」的類地行星。

利用都卜勒效應和行星凌星,天文學家已發現十幾個類地行星在「適居帶」內。希望下一代的哈伯望遠鏡,也就是詹姆士韋伯太空望遠鏡(James Webb Space Telescope),將有機會透過凌星的過程,觀測到系外地球的大氣環流和光譜。如果光譜顯現氧氣、臭氧、水汽、二氧化碳等分子的存在,這將強烈暗示「第二個地球」的存在,或許進一步能幫助人類了解生命的起源!

參考資料

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  1. 辜品高 “太陽系與系外行星的探索” 2011/夏 台北星空
  2. The Habitable Exoplanets Catalog
  3. Habitable Zone Gallery
  4. Universetoday: Event Horizon of a Black Hole
  5. Gezari, Suvi “The tidal disruption of stars by supermassive black holes”, Physics Today, 67, 37, 2014
  6. WFIRST Mission: exoplanets – microlesning
  7. James Webb Space Telescope: starlight filters through planetary atmosphere
  8. 蔡尚閔, Dobbs-Dixson, Ian., 辜品高 “Super-rotating circulation in the atmosphere of a tidally locked exoplanet”, Astrophysical Journal, 793, 141, 2014
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活躍星系核_96
752 篇文章 ・ 122 位粉絲
活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia

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【suno AI】五音不全也沒關係,讓 AI 幫你唱歌!這些 AI 是怎麼做到音樂生成的?
泛科學院_96
・2024/04/18 ・459字 ・閱讀時間少於 1 分鐘

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不知道大家有沒有被傳說中的OO緊縮術攻擊,總之小編是中招了。

有時候一個人上網也是挺無助的,手足無措的我就想了解一下歌曲生成的魔法是怎麼出現的。

今天就讓我們來評測一下線上歌曲生成的服務,順便說說這些聲音生成是怎麼做出來的。

廢話不多說,讓我們開始吧!

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你有用過什麼更好笑,更好用的 AI 音樂生成工具呢?

我們最近有在研究怎麼用 AI 剪片,還有……AI 女友。

想看剪片的打+1,想看女友的打 <3

有其他想要看的 AI 測試或相關問題,也可以留言分享喔!

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泛科學院_96
29 篇文章 ・ 38 位粉絲
我是泛科學院的AJ,有15年的軟體測試與電腦教育經驗,善於協助偏鄉NPO提升資訊能力,以Maker角度用發明解決身邊大小問題。與你分享人工智慧相關應用,每週更新兩集,讓我們帶你進入科技與創新的奇妙世界,為未來開啟無限可能!

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降低罹癌風險這樣做!肝癌預防、晚期治療一把罩
careonline_96
・2024/04/17 ・2301字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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罹癌就得放棄工作?晚期肝癌口服標靶藥助彈性兼顧工作與生活!晚期肝癌治療圖文懶人包

台灣肝癌每年約有上萬名新確診的肝癌個案,其中又以 45 歲以上、具備勞動生產力的族群佔多數 。而肝癌因早期症狀不明顯,直到腫瘤較大才可能出現腹脹、腹痛、黃疸等症狀,等到確診肝癌時已有約三成患者為不適合手術治療的晚期〔1〕,且疾病惡化速度快〔2〕。臺大醫院癌症微創中心黃凱文主任指出,根據最新的癌症登記報告,110 年新增的罹病數中 45 歲以上男性近七成〔1〕。可見對於勞動階級的威脅之大,罹病後可能嚴重他們的生活與生計。

發現時為時已晚的肝癌

晚期肝癌新藥藏自費風險,健保申請成功率不到五成

針對早期肝癌,一般會先評估進行手術治療。黃凱文醫師說明,中晚期肝癌除了使用手術局部治療外,若病人的狀況許可,還可進行全身性藥物治療,包括標靶藥物、免疫藥物等。晚期肝癌的健保用藥中,目前有一線藥物三種藥物,病人只要符合相關條件,醫師便會協助申請使用,其中有一項是新通過的標靶加免疫藥物的免疫治療組合〔3〕

然而最新的藥物並不一定對病患就是最好的藥物。黃凱文醫師提醒:「目前健保規定三種藥物中只能擇一給付,倘若治療效果不明顯想改用其他藥物,接下來病人有可能要自費使用。」而新藥標靶加免疫的治療組合,相對於另外兩款藥物,健保給付條件較嚴格,如果半年內腫瘤沒有持續縮小,健保便不再給付〔4〕。若要自費繼續使用,經濟負擔就相當沉重。

「就我個人的經驗而言,第一次申請新藥大約只有四成晚期病人可以滿足健保給付條件,而後續第二、三次申請中,目前僅有一半病人能夠續用新藥。」對於健保續用狀況,黃凱文醫師如此分享。

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晚期肝癌治療解析

選擇適合的治療方式,穩定用藥維持生活品質

健保通過新藥後,肝癌治療選擇增加,黃凱文醫師指出,標靶加免疫的治療組合與口服標靶藥物的反應率、治療成效相近,不過標靶加免疫的治療組合採用針劑注射,病人需要每三週回診接受治療;而口服標靶藥,只要在家服藥每日一到兩次,病人無需每月來回跑醫院,回診次數相對少很多,對生活及工作影響也較小。

現階段晚期肝癌的治療,標靶藥物與免疫藥物都能發揮治療成效。在這些治療選項中並沒有絕對較好的選擇,重點在於適不適合。黃凱文醫師說明,醫師都會與家屬、病人詳細討論。綜合考量,每個人的健康狀況、家庭環境、經濟考量後,共同決策選擇合適的藥物。

由於肝癌早期沒有症狀,具有危險因子的民眾一定要定期追蹤檢查,早期發現、早期治療能夠達到較佳的預後。黃凱文醫師提醒,B 型肝炎或 C 型肝炎帶原者應該及早接受治療,現在已有成效卓越的抗病毒藥物,能夠避免肝臟持續發炎,降低罹癌風險。若確診中晚期肝癌,請不要灰心。黃凱文醫師說,肝癌的治療藥物持續在進步,治療選擇也越來越多。病人只要和醫療團隊密切配合,按部就班接受治療,便有機會達到長期存活!

降低肝癌風險

筆記重點整理

一、 肝癌初期大多沒有症狀,在台灣,新增的肝癌個案中約三成肝癌患者在確定診斷時便是中晚期肝癌,不適合接受手術治療。肝癌的危險因子有很多,包括病毒性肝炎(如 B 型肝炎、C 型肝炎)、肝硬化、脂肪肝、體重過重、酒精性肝炎、抽菸、黃麴毒素、家族病史等。

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二、 針對早期肝癌,一般會先評估進行手術或消融治療。而中晚期肝癌,除了使用手術局部治療外,若病人的狀況許可,還可進行全身性藥物治療,包括標靶藥物、免疫藥物等。

三、 標靶加免疫的治療組合與口服標靶藥物的反應率、治療成效相近,不過標靶加免疫的治療組合採用針劑注射,病人需要每三周回診接受治療,而口服標靶藥,只要在家服藥每日一到兩次,有助減少回診次數,對生活與工作的影響較小。

四、 新藥的健保給付條件相對較嚴苛,如果半年內腫瘤沒有持續縮小,健保便不再給付,患者需要自費使用藥物。

五、 現階段晚期肝癌的治療,標靶藥物與免疫藥物都能發揮治療成效。在這些治療選項中並沒有絕對較好的選擇,重點在於適合患者個人的狀況。

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參考資料

  1. 衛生福利部 110 年癌症登記報告
  2. Nathani, P., Gopal, P., Rich, N., Yopp, A., Yokoo, T., John, B., Marrero, J., Parikh, N., & Singal, A. G. (2021). Hepatocellular carcinoma tumour volume doubling time: a systematic review and meta-analysis. Gut, 70(2), 401–407. https://doi.org/10.1136/gutjnl-2020-321040
  3. 衛生福利部 全民健康保險藥物給付項目及支付標準共同擬訂會議藥品部分第 62 次會議紀錄
  4. 衛生福利部 藥品給付規定

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careonline_96
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少了目鏡的數位顯微鏡
顯微觀點_96
・2024/04/16 ・1996字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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本文轉載自顯微觀點

顯微鏡在觀察微小物體上發揮非常重要的作用,但傳統光學顯微鏡通常愈將倍率放大,景深就愈淺,在觀察立體的生物標本或是組織切片,觀察者無論怎樣調焦,依然無法獲得完全清晰的圖片。數位顯微鏡便能解決這樣的問題。

數位顯微鏡和光學顯微鏡最大的差異在於觀察方式。數位顯微鏡不像傳統顯微鏡透過目鏡來觀察,而是使用數位相機獲取畫面,再將即時畫面投影到連接的電腦螢幕。

三要件組成數位顯微鏡

數位顯微鏡結合了傳統光學顯微鏡、數位多媒體和數位處理技術,其成像系統通常包括三個模組:顯微鏡光學模組、資料擷取模組、數位影像處理和軟體控制模組。

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顯微鏡光學模組執行顯微成像的功能,將欲觀察的樣本影像聚焦。一旦聚焦,資料擷取模組就會將影像以數位格式儲存在感光元件,如 CCD(電荷耦合裝置‍)或 CMOS‍(互補式金氧半導體),再透過 USB 或其他介面傳輸到電腦儲存裝置。

軟體控制模組則是整個數位顯微鏡系統的核心,可即時控制、優化擷取的影像,並加以處理、分析測量。尤其隨著功能更強大的電腦出現,數位顯微影像可以得到更有效和高效的處理,例如可以取代手動計數功能,或是快速推疊或拼接影像。

公式

Dtot 表示景深,λ 是照明光的波長,n 是物鏡至觀察物體間介質的折射率,NA 是物鏡的數值孔徑

e 是放置在顯微鏡物鏡圖像中,可分辨的最小距離,M 是橫向總放大倍率

從公式可以看到,景深和總放大倍率幾乎成反比。而以過去難以同時兼備的高倍率和大景深來說,使用顯微鏡調整焦點,搜尋並到達分佈在不同深度的樣本後,再以數位成像設備捕捉分佈在這些深度的所有清晰影像,傳輸到電腦就能產生高品質、清晰的影像。

另外,也可結合雷射和共軛焦顯微鏡觀察不同深度的橫斷切面影像,再利用電腦影像處理和 3D 重建演算法,便能可以獲得高解析度的立體輪廓,進而觀察複雜的細胞骨架、染色體、細胞器和細胞膜。

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數位顯微鏡的電腦即時處理也常應用在動態或活體(in vivo)檢測的研究中,例如細胞膜潛在變化、藥物進入組織或細胞膜的過程等。

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數位顯微鏡的倍率計算

傳統顯微鏡的總放大倍率為目鏡倍率 x 物鏡倍率,既然數位顯微鏡拿掉了目鏡改以數位相機、電腦取代,該如何計算總放大倍率呢?

數位顯微鏡除了光學放大倍率,還必須考慮數位放大倍率,因此總放大倍率=光學放大倍率 x 數位放大倍率

  • 光學放大倍率:物鏡放大倍率 x C 型轉接環放大倍率

由於連接顯微鏡和相機通常有一個 C 型轉接環(C-mount),且內建鏡頭。因此必須先將物鏡放大倍率乘以轉接環的放大倍率。

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  • 數位放大倍率=螢幕(顯示器)尺寸/感光元件尺寸

數位放大倍率必須考慮的元素有螢幕和感光元件。通常螢幕的對角線尺寸以英吋為單位,因此必須先將測量值轉換為毫米(mm);以 19 吋顯示器為例,其對角線測量值則為 19 吋 x 25.4=482.6 (mm)。

感光元件尺寸同樣以對角線的測量值來計算。以 1” 的晶片來說,其對角線測量值為 16(mm)。

感光元件規格(英吋)對角線
1″12.89.316
2/3″8.86.611
1/1.8″7.25.49
1/2″6.44.88
1/2.5″5.84.37
1/3″4.83.66
1/4″3.22.44

因此若以 10X 的物鏡搭配 0.67X 的 C 型轉接環,變焦 5X 後使用 2/3”CMOS 攝錄器拍攝並投影在 24 吋螢幕上。此時總放大倍率為:10 X 0.67 X 5 X 24 X 25.4 / 11 = 1856.5 (倍)

不過,隨著技術的不斷進步,數位顯微鏡和光學顯微鏡間的界限變得越來越模糊,有些數位顯微鏡採用更多光學元件,光學顯微鏡也採用了數位相機技術;相信打破藩籬的那一天指日可待。

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參考資料

  1. Digital vs. Optical Microscopes: An In-Depth Comparison
  2. How to Calculate Microscope On-Screen Magnification
  3. Chen, X., Zheng, B., & Liu, H. (2011). Optical and digital microscopic imaging techniques and applications in pathology. Analytical cellular pathology (Amsterdam)34(1-2), 5–18.

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顯微觀點_96
3 篇文章 ・ 1 位粉絲
從細微的事物出發,關注微觀世界的一切,對肉眼所不能見的事物充滿好奇,發掘蘊藏在微觀影像之下的故事。