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知識大圖解:巨行星(Mega planets)

知識大圖解_96
・2015/02/24 ・2542字 ・閱讀時間約 5 分鐘 ・SR值 529 ・七年級
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Mega planets
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氣態巨型行星與地球這樣的岩質行星有何不同?

想像有一顆行星上的風暴竟然大到足以吞噬地球,行星本身卻又輕盈得可以漂浮在海面上,前提是找得到夠大的海洋;此外,行星上還吹著直逼兩倍音速的強風。這種巨大行星並非科幻小說裡的產物,而是真實存在於太陽系裡,叫做氣態巨行星(gas giant)。

我們的太陽系可分成兩個主要部分。內圍區的天體比較小而緊密,也比較溫暖,這裡的行星組成大致跟地球差不多,包括水星、金星、地球與火星。過了火星繼續向外走,有一個由小型岩質天體形成的大環,這些小型天體是當初沒有形成行星的碎片,而這個大環被稱為小行星帶(Asteroid Belt)。

太陽系外圍區是個廣袤而空曠的空間,有四顆巨行星在此出沒,以與太陽的距離由近而遠排列依序為木星、土星、天王星和海王星。

這四顆行星的巨大程度超越我們在岩質行星上的日常經驗。舉幾個例子來說明它們到底有多大:木星可以裝進1300顆地球,土星只比木星小一點點。天王星跟海王星的大小很接近,雖然只有另外兩位鄰居的一半,依然大到足以一口吞掉地球。除此之外,這幾顆行星的構造也與地球和地球的鄰居天差地遠。內太陽系的行星主要由高密度的岩石物質組成,有些行星表面覆蓋著一層薄薄的氣體跟水。然而外太陽系的這幾顆巨行星截然不同,幾乎完全由氣體組成(或是氣體受到巨大壓力凝結而成的液體),因此被稱為「氣態巨行星」。

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每顆氣態巨行星都有一層厚厚的外大氣層,包覆著由化學物質組成的巨大內部「地函」,從上方傳來的壓力會讓行星深處的化學物質從氣態變成液態,甚至是更奇特的狀態。氣態巨行星的固態核心至多跟地球一樣大,與外圍的氣體層相比簡直微不足道。雖然在我們眼中,氣體似乎很脆弱,但是巨行星光靠本身的巨大重力就能維持完整。(舉例來說,木星的雲頂重力是地球的2.5倍)。

氣態巨行星的高層大氣裡有劇烈的天氣系統,包括強烈風暴與颶風級強風;驅動這些天氣系統的力量除了來自太陽的熱能,也來自行星內部的能量。至少有三顆巨行星內部存在著「發電廠」,能量的來源包括核心的重力塌縮,以及高密度粒子往內層移動和較輕的粒子往外層移動的運動;在寒冷的太陽系深處,這個過程製造的能量遠遠超過單由陽光傳來的能量。目前已知唯一沒有內在能源的氣態巨行星是天王星,因此天王星的劇烈天氣成因仍是個謎。

雖說體積龐大,但是氣態巨行星的自轉速度很快,也因此一天的時間遠比地球短。木星和土星一天的時間分別是9.9小時和10.7小時,天王星與海王星分別是17.2小時與16.1小時。如此的高轉速有助於天氣系統包覆行星,在行星上各自形成獨特的雲帶。以木星與土星為例,兩者自轉的速度都快到導致赤道明顯突出,因為這裡的氣體幾乎快被甩出去了。

氣態巨行星是如何誕生的呢?又為什麼跟地球和地球附近的岩質行星如此不同?最明確的解釋是早期太陽系發生了一次重要分裂形成了一條「雪線」,位在雪線以外的揮發性化學物質(沸點比較低)不會沸騰消失,然後被年輕太陽的強烈輻射吹進星際空間。新生的太陽把這些物質吹出內太陽系,只留下岩石碎屑形成像地球這樣的行星,於是便有一大圈輕盈的氣體與結冰的化學物質在外圍繞行。接下來發生的事情有兩派理論。

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太陽系的四顆巨行星各有特色。木星體積最大,色彩也最豐富;木星表面有巨大的風暴肆虐,其中最有名的風暴絕對是大紅斑(Great Red Spot)。大紅斑持續長達數世紀,大得足以吞噬超過兩顆地球。木星還有一個巨大磁場,據信是由一大片導電的「液態金屬氫」海洋製造出來的;液態金屬氫的成因是正常的液態氫(也就是氫分子)因為木星核心附近的高壓力解離而成。

大家都知道土星有美麗的土星環,但是土星本身乍看之下卻平淡無奇;千萬別被它的外表騙了。據信土星這顆第六行星的內部與木星非常相似,也可以產生與木星同樣劇烈的天氣系統,不過土星的重力比較小,因此上層氣體的壓縮程度較低,使得這顆行星的整體密度甚至比水還小。再加上太陽輻射變少,高層大氣溫度較低,裡面的氨凝結後形成乳白色霧霾,不但覆蓋住整顆行星,也遮住了下面劇烈的天氣系統。

天王星與海王星跟內圈的木星與土星完全不同,除了體積較小、顏色互異之外(天王星與海王星分別是藍色跟綠色,而非乳白色跟棕色),內部組成也不一樣。木星與土星有90%以上的成分是氫,而天王星與海王星的內層主要成分是化合物,例如氨、甲烷跟水(行星學上都稱之為「冰」)。在天王星與海王星表層底下,凝結的冰使內部宛如「冰沙」,因此這兩顆行星有時也被稱為「冰巨星」(ice giant),而不是真正的氣態巨行星。

天王星是一個難解之謎,它並非「直立」而是以98度的角度傾斜繞行太陽,原因可能是誕生初期遭受巨大撞擊,也因此繞行太陽一圈要84地球年的天王星擁有氣候極端的季節。當航海家2號(Voyager 2)在1986年飛越天王星的時候,天王星的一端正值長達42年的夏季,另一端則是漫長又寒冷的隆冬黑夜。(航海家2號是唯一探索過這些遙遠行星的太空探測器)。當時的探測結果令人失望,因為天王星看起來似乎沒有任何天氣系統。幾年後,哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)的照片顯示天王星的天氣出現了「甦醒」跡象。現在的看法是當季節處於最極端的狀態時,會抑制天王星的正常天氣型態(甚至會隱藏內在能源存在的證據)。

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如果天王星寧靜得令人失望,航海家號探測器發現以攝氏負200度的環境來說,海王星的活動異常活躍。時速超過2000公里的強風把天氣系統吹到海王星各處,而內在能源製造的能量超過來自太陽的能量2.5倍。這種現象或許跟海王星內部獨特的化學成分改變有關:甲烷分子分解後,釋放出來的碳被壓縮成微小的鑽石結晶後紛紛落在海王星核上。

太陽系的四顆氣態巨行星都是令人驚嘆的獨特世界,有足夠的祕密與未解之謎靜待研究人員花費數十年去探索。不過,彷彿這些謎團還不夠多似的,過去二十年來天文學家又發現了幾百顆氣態巨行星,原因是他們發現了繞行其他恆星的行星。目前發現的太陽系外行星都是巨行星,不只是因為巨行星本來就比岩質行星常見,更是因為目前的探測方式比較容易發現巨行星。雖然我們顯然對這些遙遠又陌生的世界認識有限,但是它們已經為我們帶來一些重大驚喜。(可以確定的是,這些龐然大物還有更多尚待了解的地方。)

本文節錄自《How It Works知識大圖解 國際中文版》第05期(2015年2月號)

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從認證到實踐:以智慧綠建築三大標章邁向淨零
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2024/11/15 ・4487字 ・閱讀時間約 9 分鐘

本文由 建研所 委託,泛科學企劃執行。 


當你走進一棟建築,是否能感受到它對環境的友善?或許不是每個人都意識到,但現今建築不只提供我們居住和工作的空間,更是肩負著重要的永續節能責任。

綠建築標準的誕生,正是為了應對全球氣候變遷與資源匱乏問題,確保建築設計能夠減少資源浪費、降低污染,同時提升我們的生活品質。然而,要成為綠建築並非易事,每一棟建築都需要通過層層關卡,才能獲得標章認證。

為推動環保永續的建築環境,政府自 1999 年起便陸續著手推動「綠建築標章」、「智慧建築標章」以及「綠建材標章」的相關政策。這些標章的設立,旨在透過標準化的建築評估系統,鼓勵建築設計融入生態友善、能源高效及健康安全的原則。並且政府在政策推動時,為鼓勵業界在規劃設計階段即導入綠建築手法,自 2003 年特別辦理優良綠建築作品評選活動。截至 2024 年為止,已有 130 件優良綠建築、31 件優良智慧建築得獎作品,涵蓋學校、醫療機構、公共住宅等各類型建築,不僅提升建築物的整體性能,也彰顯了政府對綠色、智慧建築的重視。

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說這麼多,你可能還不明白建築要變「綠」、變「聰明」的過程,要經歷哪些標準與挑戰?

綠建築標章智慧建築標章綠建材標章
來源:內政部建築研究所

第一招:依循 EEWH 標準,打造綠建築典範

環境友善和高效率運用資源,是綠建築(green building)的核心理念,但這樣的概念不僅限於外觀或用材這麼簡單,而是涵蓋建築物的整個生命週期,也就是包括規劃、設計、施工、營運和維護階段在內,都要貼合綠建築的價值。

關於綠建築的標準,讓我們先回到 1990 年,當時英國建築研究機構(BRE)首次發布有關「建築研究發展環境評估工具(Building Research Establishment Environmental Assessment Method,BREEAM®)」,是世界上第一個建築永續評估方法。美國則在綠建築委員會成立後,於 1998 年推出「能源與環境設計領導認證」(Leadership in Energy and Environmental Design, LEED)這套評估系統,加速推動了全球綠建築行動。

臺灣在綠建築的制訂上不落人後。由於臺灣地處亞熱帶,氣溫高,濕度也高,得要有一套我們自己的評分規則——臺灣綠建築評估系統「EEWH」應運而生,四個英文字母分別為 Ecology(生態)、Energy saving(節能)、Waste reduction(減廢)以及 Health(健康),分成「合格、銅、銀、黃金和鑽石」共五個等級,設有九大評估指標。

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我們就以「台江國家公園」為例,看它如何躍過一道道指標,成為「鑽石級」綠建築的國家公園!

位於臺南市四草大橋旁的「台江國家公園」是臺灣第8座國家公園,也是臺灣唯一的濕地型的國家公園。同時,還是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築,其外觀採白色系列,從高空俯瞰,就像在一座小島上座落了許多白色建築群的聚落;從地面看則有臺南鹽山的意象。

因其地形與地理位置的特殊,生物多樣性的保護則成了台江國家公園的首要考量。園區利用既有的魚塭結構,設計自然護岸,保留基地既有的雜木林和灌木草原,並種植原生與誘鳥誘蟲等多樣性植物,採用複層雜生混種綠化。以石籠作為擋土護坡與卵石回填增加了多孔隙,不僅強化了環境的保護力,也提供多樣的生物棲息環境,使這裡成為動植物共生的美好棲地。

台江國家公園是南部行政機關第一座鑽石級的綠建築。圖/內政部建築研究所

第二招:想成綠建築,必用綠建材

要成為一幢優秀好棒棒的綠建築,使用在原料取得、產品製造、應用過程和使用後的再生利用循環中,對地球環境負荷最小、對人類身體健康無害的「綠建材」非常重要。

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這種建材最早是在 1988 年國際材料科學研究會上被提出,一路到今日,國際間對此一概念的共識主要包括再使用(reuse)、再循環(recycle)、廢棄物減量(reduce)和低污染(low emission materials)等特性,從而減少化學合成材料產生的生態負荷和能源消耗。同時,使用自然材料與低 VOC(Volatile Organic Compounds,揮發性有機化合物)建材,亦可避免對人體產生危害。

在綠建築標章後,內政部建築研究所也於 2004 年 7 月正式推行綠建材標章制度,以建材生命週期為主軸,提出「健康、生態、高性能、再生」四大方向。舉例來說,為確保室內環境品質,建材必須符合低逸散、低污染、低臭氣等條件;為了防溫室效應的影響,須使用本土材料以節省資源和能源;使用高性能與再生建材,不僅要經久耐用、具高度隔熱和防音等特性,也強調材料本身的再利用性。


在台江國家公園內,綠建材的應用是其獲得 EEWH 認證的重要部分。其不僅在設計結構上體現了生態理念,更在材料選擇上延續了對環境的關懷。園區步道以當地的蚵殼磚鋪設,並利用蚵殼作為建築格柵的填充材料,為鳥類和小生物營造棲息空間,讓「蚵殼磚」不再只是建材,而是與自然共生的橋樑。園區的內部裝修選用礦纖維天花板、矽酸鈣板、企口鋁板等符合綠建材標準的系統天花。牆面則粉刷乳膠漆,整體綠建材使用率為 52.8%。

被建築實體圍塑出的中庭廣場,牆面設計有蚵殼格柵。圖/內政部建築研究所

在日常節能方面,台江國家公園也做了相當細緻的設計。例如,引入樓板下的水面蒸散低溫外氣,屋頂下設置通風空氣層,高處設置排風窗讓熱空氣迅速排出,廊道還配備自動控制的微噴霧系統來降溫。屋頂採用蚵殼與漂流木創造生態棲地,創造空氣層及通風窗引入水面低溫外企,如此一來就能改善事內外氣溫及熱空氣的通風對流,不僅提升了隔熱效果,減少空調需求,讓建築如同「與海共舞」,在減廢與健康方面皆表現優異,展示出綠建築在地化的無限可能。

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島式建築群分割後所形成的巷道與水道。圖/內政部建築研究所

在綠建材的部分,另外補充獲選為 2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學新建工程,其採用生產過程中二氧化碳排放量較低的建材,比方提高高爐水泥(具高強度、耐久、緻密等特性,重點是發熱量低)的量,並使用能提高混凝土晚期抗壓性、降低混凝土成本與建物碳足跡的「爐石粉」,還用再生透水磚做人行道鋪面。

2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所
2023 年優良綠建築的臺南市立九份子國民中小學。圖/內政部建築研究所

同樣入選 2023 年綠建築的還有雲林豐泰文教基金會的綠園區,首先,他們捨棄金屬建材,讓高爐水泥使用率達 100%。別具心意的是,他們也將施工開挖的土方做回填,將有高地差的荒地恢復成平坦綠地,本來還有點「工業風」的房舍告別荒蕪,無痛轉綠。

雲林豐泰文教基金會的綠園區。圖/內政部建築研究所

等等,這樣看來建築夠不夠綠的命運,似乎在建材選擇跟設計環節就決定了,是這樣嗎?當然不是,建築是活的,需要持續管理–有智慧的管理。

第三招:智慧管理與科技應用

我們對生態的友善性與資源運用的效率,除了從建築設計與建材的使用等角度介入,也須適度融入「智慧建築」(intelligent buildings)的概念,即運用資通訊科技來提升建築物效能、舒適度與安全性,使空間更人性化。像是透過建築物佈建感測器,用於蒐集環境資料和使用行為,並作為空調、照明等設備、設施運轉操作之重要參考。

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為了推動建築與資通訊產業的整合,內政部建築研究所於 2004 年建立了「智慧建築標章」制度,為消費者提供判斷建築物是否善用資通訊感知技術的標準。評估指標經多次修訂,目前是以「基礎設施、維運管理、安全防災、節能管理、健康舒適、智慧創新」等六大項指標作為評估基準。
以節能管理指標為例,為了掌握建築物生命週期中的能耗,需透過系統設備和技術的主動控制來達成低耗與節能的目標,評估重點包含設備效率、節能技術和能源管理三大面向。在健康舒適方面,則在空間整體環境、光環境、溫熱環境、空氣品質、水資源等物理環境,以及健康管理系統和便利服務上進行評估。

樹林藝文綜合大樓在設計與施工過程中,充分展現智慧建築應用綜合佈線、資訊通信、系統整合、設施管理、安全防災、節能管理、健康舒適及智慧創新 8 大指標先進技術,來達成兼顧環保和永續發展的理念,也是利用建築資訊模型(BIM)技術打造的指標性建築,受到國際矚目。

樹林藝文綜合大樓。圖/內政部建築研究所「111年優良智慧建築專輯」(新北市政府提供)

在興建階段,為了保留基地內 4 棵原有老樹,團隊透過測量儀器對老樹外觀進行精細掃描,並將大小等比例匯入 BIM 模型中,讓建築師能清晰掌握樹木與建築物之間的距離,確保施工過程不影響樹木健康。此外,在大樓啟用後,BIM 技術被運用於「電子維護管理系統」,透過 3D 建築資訊模型,提供大樓內設備位置及履歷資料的即時讀取。系統可進行設備的監測和維護,包括保養計畫、異常修繕及耗材管理,讓整棟大樓的全生命週期狀況都能得到妥善管理。

智慧建築導入 BIM 技術的應用,從建造設計擴展至施工和日常管理,使建築生命周期的管理更加智慧化。以 FM 系統 ( Facility Management,簡稱 FM ) 為例,該系統可在雲端進行遠端控制,根據會議室的使用時段靈活調節空調風門,會議期間開啟通往會議室的風門以加強換氣,而非使用時段則可根據二氧化碳濃度調整外氣空調箱的運轉頻率,保持低頻運作,實現節能效果。透過智慧管理提升了節能效益、建築物的維護效率和公共安全管理。

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總結

綠建築、綠建材與智慧建築這三大標章共同構建了邁向淨零碳排、居住健康和環境永續的基礎。綠建築標章強調設計與施工的生態友善與節能表現,從源頭減少碳足跡;綠建材標章則確保建材從生產到廢棄的全生命週期中對環境影響最小,並保障居民的健康;智慧建築標章運用科技應用,實現能源的高效管理和室內環境的精準調控,增強了居住的舒適性與安全性。這些標章的綜合應用,讓建築不僅是滿足基本居住需求,更成為實現淨零、促進健康和支持永續的具體實踐。

建築物於魚塭之上,採高腳屋的構造形式,尊重自然地貌。圖/內政部建築研究所

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新型生物製劑對抗全身膿疱!皮膚專家揭示治療突破的秘密
careonline_96
・2024/11/22 ・2790字 ・閱讀時間約 5 分鐘

圖/照護線上

「那是一位年輕女性,從小就診斷全身型膿疱性乾癬,也反覆發作過好幾次。」高雄長庚紀念醫院皮膚部助理教授曾涵琪醫師表示,「每次急性發作時,患者全身會冒出大量膿疱,伴隨發燒、劇烈疼痛、且癢得很厲害,苦不堪言。由於皮膚會持續流出膿水,患者經常需要住院治療,無法上班。為了遮蓋遍布全身的膿疱,患者都只能穿著長袖,也不敢外出。」

患者有申請使用傳統的生物製劑,讓病情初步獲得控制,不過因為肝膿瘍的關係,又導致全身型膿疱性乾癬急性大面積發作。曾涵琪醫師指出,由於這位病患在接受基因檢測後,確認具有 IL36RN 基因突變,所以有機會改採用針對全身型膿疱性乾癬致病機轉 IL-36 的新型生物製劑。接受治療後,患者的疼痛、搔癢快速緩解,大約一週後膿疱便幾乎清除,能夠較快恢復正常的生活與工作,帶給患者很大的幫助。

全身型膿疱性乾癬(GPP,generalized pustular psoriasis)是一種少見的皮膚疾病,發病率大約是十萬分之一。因為患者可能面臨嚴重的併發症,是種會危及生命的重症。

有些全身型膿疱性乾癬患者是由其他形式的乾癬轉變而來,也有些患者是自發性膿疱性乾癬。曾涵琪醫師說,全身型膿疱性乾癬的特徵是皮膚出現紅斑和膿疱,並且可能伴隨發燒、畏寒、疼痛、搔癢等症狀。患者全身上下、從頭到腳都可能受到影響,皮膚上會出現一顆顆膿疱,嚴重時這些膿疱會融合成一大片「膿疱湖」,且滲出膿液,急性發作時來的又急又猛,常常導致患者需要住院治療。

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全身型膿疱性乾癬又痛又癢恐致命
圖/照護線上

急性發作時,抽血檢查會發現白血球和發炎指數異常升高。常被誤認為是嚴重的感染,因為表現出來的症狀像是全身感染膿疱。然而,全身型膿疱性乾癬其實是一種由嚴重發炎反應所引起的自體發炎性疾病,而非細菌或病毒感染。

全身型膿疱性乾癬的發病因子包括基因變異(如IL36RN)、藥物、感染、壓力、懷孕等。曾涵琪醫師說,全身型膿疱性乾癬並沒有特定的好發族群,兒童或成人都有可能發生。有些患者在小時候就出現症狀,有些患者則是在成年後發病。

臨床上可使用全身型膿疱性乾癬整體評估工具(GPPGA)來評估病情的嚴重度,分別根據膿皰、紅斑、脫屑的狀況從到 0 分(無症狀)至 4 分(最嚴重)來評分,三項加總後除以三,可以得到平均分數。治療過程中也可利用全身型膿疱性乾癬整體評估工具來評估治療成效。

全身型膿疱性乾癬整體評估工具(GPPGA)
圖/照護線上

新型生物製劑幫助快速緩解膿疱症狀

全身型膿疱性乾癬發作時會讓患者全身劇烈疼痛、搔癢,嚴重影響生活、睡眠品質,苦不堪言,所以大家都希望能盡快緩解症狀,讓膿疱消退。

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全身型膿疱性乾癬的傳統治療藥物包括口服 A 酸、免疫調節劑、類固醇等,但是治療成效較有限,必須使用一段時間後,症狀才會漸漸緩解,或有生物製劑選擇,但大多是針對一般乾癬的 IL-17、IL-23 發炎路徑所設計,難以對症下藥。

隨著醫學進步,全身型膿疱性乾癬的致病機轉較為清楚,所以可以針對致病機轉「IL-36 發炎路徑」所開發的藥物,目前已有針對此特定細胞激素發揮作用的新型生物製劑供患者選擇。

目前健保也已針對基因檢測確認具有 IL36RN 基因突變,急性大面積膿疱性乾癬的患者給付新型生物製劑。曾涵琪醫師說,針對 IL-36 的新型生物製劑可以精準的阻斷發炎的連鎖反應,達到快速控制急性發作的效果。

臨床試驗顯示,在急性發作期使用全身型膿疱性乾癬新型生物製劑治療後,有超過5成患者在首週即可達到膿疱完全消退,GPPGA 的膿疱評分從 2-4 分降低至完全消除的 0 分,疼痛也大幅緩解,顯著提升生活品質,幫助患者較快回到原本的生活與工作,而且在接受治療後有 6 成患者維持膿疱清除達 12 週。

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新型生物製劑幫助快速緩解症狀
圖/照護線上

新型生物製劑採靜脈注射,若狀況許可,注射完後患者就可以回家,有超過半數的患者在注射一次後便能達到理想的治療成效,對於急性大面積膿疱性乾癬的患者來說是一項突破性的治療選擇。

筆記重點整理

目前健保也已針對基因檢測確認具有 IL36RN 基因突變,急性大面積膿疱性乾癬的患者給付新型生物製劑,可以精準的阻斷發炎的連鎖反應,達到快速控制急性發作的效果。有超過5成患者在首週即可達到膿疱完全消退,GPPGA 的膿疱評分從 2-4 分降低至完全消除的 0 分,疼痛也大幅緩解,顯著提升生活品質,幫助患者較快回到原本的生活與工作,而且在接受治療後有 6 成患者維持膿疱清除達 12 週。

全身型膿疱性乾癬的特徵是皮膚出現紅斑和膿疱,並且可能伴隨發燒、畏寒、疼痛、搔癢等症狀。患者全身上下、從頭到腳都可能受到影響,皮膚上會出現一顆顆膿疱,嚴重時這些膿疱會融合成一大片,且滲出膿液,讓患者非常不舒服,常常需要住院治療,是種可能危及生命的重症。

臨床上可使用全身型膿疱性乾癬整體評估工具(GPPGA)來評估病情的嚴重度,分別根據膿皰、紅斑、脫屑的狀況從 0 分(無症狀)至 4 分(最嚴重)來評分,三項加總後除以三,可以得到平均分數。治療過程中也可利用全身型膿疱性乾癬整體評估工具來評估治療成效。

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全身型膿疱性乾癬的傳統治療藥物包括口服A酸、免疫調節劑、類固醇等,但是治療成效較有限,必須使用一段時間後,症狀才會漸漸緩解,或有生物製劑選擇,但大多是針對一般乾癬的 IL-17、IL-23 發炎路徑所設計,難以對症下藥。

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太空夢成真!自費就能上太空?SpaceX 與賈里德如何推動載人航太新里程碑
PanSci_96
・2024/11/21 ・2327字 ・閱讀時間約 4 分鐘

北極星黎明:開創商業太空漫步的新紀元

2024 年 9 月 10 日,載人航太任務迎來了歷史性的突破。由美國富豪賈里德·艾薩克曼率領的四名太空人,乘坐 SpaceX 的獵鷹九號(Falcon 9)火箭和龍飛船(Crew Dragon),開始了為期五天的「北極星黎明 Polaris Dawn」任務。這次任務實現了人類首次商業太空漫步,並打破了過去五十年人類距離地球最遠的紀錄。這也是美國四十多年來首次推出的新設計太空衣,進行了「人體測試」。

這次任務的成果不僅僅令人振奮,還為未來的商業航太業開啟了新的篇章。為了解這次突破的意義,我們先一起來體驗「北極星黎明」任務的精彩旅程。

歡迎訂閱 Pansci Youtube 頻道 獲取更多深入淺出的科學知識!

這位賈里德是何許人也?

賈里德·艾薩克曼,現年 4 1歲,是一位白手起家的美國富豪,擁有零售支付公司的成功經歷。他還是一名充滿冒險精神的飛行家,駕駛輕型飛機創下環球飛行的紀錄,並且會操縱戰鬥機與進行特技飛行。他甚至創辦了「私人空軍」公司德拉肯國際,為美軍訓練飛行員。

賈里德對飛行的熱愛讓他不斷追求新的高度,最終使他與 SpaceX 合作,共同邁向更遙遠的天空。2021 年,他啟動了「靈感四號 Inspiration 4」任務,選擇了三名來自不同背景的一般人,與他一同踏上三天的太空旅程。這次任務向世界展示,普通人也有機會踏上太空,而不僅僅是經過嚴苛訓練的專業太空人。

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然而,賈里德並不滿足於此。他希望飛得更高、更遠,甚至挑戰從太空船內走向船外,完成首次商業太空漫步。這便是「北極星黎明」任務的起源。

太空漫步的挑戰

太空漫步並非簡單地穿上太空衣、打開艙門便能完成。以國際太空站為例,太空人在漫步之前需要進入氣閘艙(Airlock),一個介於太空站內部和太空之間的小房間。在氣閘艙中,太空人需要進行數小時的「預呼吸(Pre Breath)」過程,以降低大氣壓力,適應太空衣中的低壓環境,並避免潛水時常見的減壓病風險。

然而,SpaceX 的龍飛船並未設計氣閘艙,這意味著要讓太空人進行漫步,就必須將整個太空艙降壓至真空狀態,再在太空漫步結束後重新加壓。因此,團隊對龍飛船進行了大幅改造,增強了生命維持系統,並安裝了更多氮氣與氧氣槽。

此外,SpaceX 原先設計的太空衣是艙內使用的(IVA Suit),僅用於緊急情況下保護太空人,並不適合太空漫步。為了這次任務,SpaceX 不得不設計一款全新的艙外太空衣(EVA Suit),這是美國自四十年前以來首次設計新型艙外太空衣。

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北極星黎明任務的突破

2024 年 9 月,SpaceX 成功發射「北極星黎明」任務,這是首次由私人機構執行的太空行走任務,開創了商業太空探索的新紀元。 圖/envato

在完成了艱鉅的準備工作後,「北極星黎明」任務終於在 2024 年 9 月 10 日順利升空。這五天的旅程充滿挑戰與創舉,為商業航太寫下了新的篇章。

任務的前兩天,重點是進入 1400 公里高的軌道,這是自 1972 年阿波羅 17 號以來人類距離地球最遠的記錄。此外,兩名任務專家莎拉·吉利斯(Sarah Gillis)和安娜·梅農(Anna Menon)也成為飛得最高的女性。

在完成軌道調整後,第三天的重頭戲——商業太空漫步正式開始。龍飛船內部的氣體被排空後,賈里德和莎拉輪流將身體探出艙外,進行了一系列新太空衣的測試,而其餘兩名組員則留在艙內監控系統。這次太空漫步雖然並未像電影中那樣「漫步」在太空,但其意義非凡,因為這是由私人資金支持的商業艙外活動。

科學研究與未來展望

除了太空漫步之外,任務組員還進行了多項科學實驗和技術測試,包括微重力對人體各器官的影響研究,這些研究對於人類未來長時間在太空生活至關重要。此外,團隊還測試了星鏈(Starlink)雷射通訊技術,以提高太空中數據傳輸的效率。

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在任務期間,任務專家莎拉·吉利斯還在太空中用小提琴演奏了《雷伊主題曲》,並通過星鏈技術將影片傳送回地球,與全球音樂家合作完成了一場跨越時空的演出。

任務的最後一天,龍飛船安全返回地球,成功在墨西哥灣降落,為這次史無前例的太空任務畫上了圓滿的句號。

北極星黎明的意義

商業航太突破在即,未來實現太空旅行的可能或許離我們越來越近。圖/envato

對於熟悉太空史的朋友來說,這次的太空漫步似乎並不如 1960 年代的雙子星任務那樣驚險。然而,真正的突破在於「商業」二字。這次任務由賈里德自掏腰包資助,展示了商業公司在航太探索中的潛力,就像 SpaceX 在過去二十年所取得的成就。

任務中進行的大量技術測試和科學研究,證明了這不僅僅是富豪的太空旅遊,而是一次充滿挑戰的科學與技術驗證任務。這些經驗和技術將成為未來挑戰月球與火星的重要基石。

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「北極星黎明」任務雖然已經結束,但賈里德的太空夢還在繼續。這只是「北極星計畫」的第一步,未來還有至少兩次任務正在籌備中,其中第三次任務將搭乘 SpaceX 的星艦(Starship),進行首次載人飛行。

隨著技術的進步和更多私人資金的投入,還可以期待人類接下來在商業航太領域能取得更多突破。在未來,要來趟真正的太空之旅,看來除了熱愛科學,還需要努力賺錢了。

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