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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」。

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。

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)。

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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賀爾蒙藥物知多少?皮下注射須知及使用要點
careonline_96
・2022/11/29 ・1727字 ・閱讀時間約 3 分鐘

在兒童內分泌科,有許多賀爾蒙相關藥物因為藥物成分結構的特殊性質,給藥途徑常常需要透過皮下注射,讓藥物能良好吸收並穩定發揮其效果。

使用較多、也較廣為人知的幾種藥物包含「胰島素」、「生長激素」與「類升糖素胜肽-1 受體促效劑(GLP-1 receptor agonist)(俗稱減肥針、瘦瘦針)」。

皮下注射藥物給藥裝置

林口長庚醫院兒童內分泌科邱巧凡醫師指出,大多數上述藥物,近年都以「筆型針」設計為主流。傳統以空針筒抽取玻璃瓶藥劑的方式已經逐漸被筆型針取代。相較於傳統方法,筆型針有許多優勢,包含操作時間短、步驟簡單、操作方便、劑量拿捏精確等。

另外,近幾年還有「無針注射器」的產品,透過高壓噴射原理,使藥物不須透過針頭即可進入皮下組織,目前適用於胰島素注射。

注射部位

皮下注射的部位包含:腹部、臀部、上臂、大腿外側。

這些部位在藥物吸收速度上略有差異,分別如下:

  • 吸收速度最快的部位: 腹部
  • 吸收速度其次為: 上臂
  • 吸收速度較慢: 大腿、臀部

其他會影響藥物吸收速度的因素還包含:

  1. 運動:剛剛運動完的一側肢體由於血流增加,藥物吸收速度也會加快。
  2. 溫度:較高的溫度,藥物吸收速度快;較低的溫度,藥物吸收速度較慢。(例如泡溫泉、熱水澡、按摩後)
  3. 注射部位深淺:
  • 注射太淺,未到皮下組織,容易產生疼痛感,藥物吸收速率也較差。
  • 注射太深,進到肌肉層,會加速藥物吸收速率。

邱巧凡醫師表示,基於上述對於藥物吸收速率的影響因素,在需要藥物快速或稍晚發揮功效的情境下,或當觀察到藥效發揮不如往常時,這樣的因素考量就相當重要。

皮下注射藥物使用要點

  1. 許多皮下注射藥物平時都是需要冷藏保存的,若剛從冷藏取出便立即注射,由於溫度較低,注射時疼痛感較明顯。建議可以提前拿出來,待溫度稍微回升,再執行注射。
  2. 務必養成習慣,每次注射前都要先確認藥物名稱、有效期限、劑量,並檢查藥水是否有雜質、變色、混濁等異常。
  3. 注射時避開感染、發炎、纖維化、凹陷、脂肪增生等處,以免影響藥效。
  4. 務必確實做好「注射部位」及「注射筆針頭銜接處」的清潔消毒。
  5. 針頭完全插入至注射部位後,再按壓注射按鈕。
  6. 輸注後在原處停留 6~10 秒,再拔出針頭,確保完全輸注並避免藥水洩漏。
  7. 注射部位要輪替,避免施打同一部位,造成腫塊的形成,影響藥物吸收。
  8. 針頭拔出後,輕壓注射處至不再出血即可。
  9. 注射部位「不要揉」,否則容易因此拉扯到皮下微血管造成出血或瘀青。
  10. 不與其他人共用針頭、筆型針,針頭也不要重複使用。
  11. 使用後的針頭請用「有瓶蓋」「堅硬不易被刺穿」的容器盛裝,並於容器標示清楚「內含廢棄針具」,栓緊瓶蓋,帶回原就診醫療院所或有「居家廢棄藥物檢收站」標章的社區藥局回收處理。

配合醫囑指示正確使用藥物,並掌握以上皮下注射藥物的注射要點,相信能讓藥物更加穩定且安全地發揮其最佳療效。

careonline_96
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以暴制暴!?無政府的封建時代——《戰爭憑什麼:從靈長類到機器人的衝突與文明進程》
黑體文化_96
・2022/11/28 ・1550字 ・閱讀時間約 3 分鐘

一七七○年代,愛丁堡經濟學家亞當.史密斯(Adam Smith)在安全開明的環境下撰寫《國富論》(The Wealth of Nations),他把當時井然有序的世界與德.庫西、伯爵羅伯、亨利國王和菲利浦國王身處的動盪時代進行比對。

史密斯感傷地總結表示,那是個「無政府的封建時代」(「封建」一詞源自於拉丁文的feoda或feuda,意即「封地」,這種授予土地的做法導致主僕關係極為複雜),「勢力龐大的領主繼續按照自己的心意開戰,他們幾乎不停息地襲擊他人,也常常攻打國王。在原野上,暴力、掠奪和混亂場景還屢見不鮮。」

自史密斯的年代起,各個學者都無法斷定「無政府的封建時代」有何意義。愛里亞斯正是在一九三○年代試著解讀這段混亂時期之際,才認定歐洲必然經歷過文明的進程,使暴力死亡率下降。但愛里亞斯只對了一半,他並沒有從長遠角度分析,就逕自認定封建時期的紛亂只是人類的自然狀態。但事實上這個時期所代表的是古代帝國瓦解後,帶來反效果的戰爭在千年之間不斷重新上演,最後才有如此混亂的局勢出現。

無政府的封建時代:1218年,分別為基督徒和穆斯林的菁英騎兵在埃及達米艾塔陷入一團混戰(摘自某本在1255年左右問世的書)。(黑體文化提供)

無政府的封建時代:「一二一八年,分別為基督徒和穆斯林的菁英騎兵在埃及達米艾塔陷入一團混戰(摘自某本在一二五五年左右問世的書)。」

然而,到了一九六○年代,越來越多學者受《薩摩亞人的成年》影響,相信人類天生愛好和平,許多歷史學家開始思考:「用『無政府的封建時代』來形容德.庫西身處的世界是否恰當?」每當有征服者威廉之類的暴君砍掉人頭時,都會有像聖方濟各(Francis of Assisi)的聖人同時在照顧蒼生,而且歐洲人解決紛爭時大多不會訴諸暴力。當然,二十世紀的亞諾馬米人也是如此,但他們之中卻還是有四分之一死於暴力。「無政府的封建時代」之所以很適合用來形容十四世紀的歐洲,是因為當時許多人都極度隨意使用暴力,在這方面很像亞諾馬米人。

得以流傳的故事數以千計,我最喜歡的故事是——「一個騎士到鄰國城堡拜訪用餐,他寒暄問道:『殿下,這瓶醇厚的酒花了您多少錢?』」

國王親切地回應說:「啊,從來沒有活人向我要過一分錢。」[註1]

對我而言,「無政府的封建時代」一詞不但精確地形容了九○○年至一四○○年的西歐,還貼切描述了同期大部分歐亞幸運緯度的狀況。從英格蘭到日本,隨著各地利維坦政府自行瓦解,這些社會都一步步走向「無政府的封建時代」。

文獻提到「部曲」[註2]在三、四世紀於中國北方崛起,他們是跟隨軍閥出戰以分得戰利品的私兵。至於在印度,笈多王朝在六世紀開始衰落,各地的「薩曼塔」(samanta,封建首領)在政府崩塌時提供士兵,統治者漸漸承認他們已完全獨立。在中東,哈里發有種土地政策叫「伊克塔」(iqta’),把土地授予各地蘇丹,但他們卻不一定會組建軍隊作為回報。

到了九世紀,阿拉伯世界靠著伊克塔政策的微薄力量,才能維持團結。到了一○○○年,拜占庭帝國走上同一道路,君主透過授予土地來換取軍事服務,這種制度稱為「普羅諾埃」(pronoia)。各地的古代帝國君主都在走進自己的墳墓。

 註譯

  • 註1:意思是向他要錢的人沒有一個活下來。
  • 註2:中國魏晉南北朝的一種社會階級,主要指家兵、私兵。

——本文摘自《戰爭憑什麼:從靈長類到機器人的衝突與文明進程》,2022 年 11 月,黑體文化出版,未經同意請勿轉載。

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鑑識故事系列:2016 柏林聖誕市集的車輛恐攻
胡中行_96
・2022/11/28 ・2192字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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時年 24 歲的難民 Anis Amri,與聖戰組織關係密切,並擁有 6 個化名和 3 種國籍。2016 年 6 月,他的庇護申請遭到德國政府拒絕,卻又因為家鄉突尼西亞否認其公民身份,所以無法被遣返。 [1] 12 月 19 日,Amri 持槍射擊 1 名司機,把對方扔到副駕駛座,改由自己開車。當天 08:02 p.m.,他駕著該輛 40 噸重的聯結車,以 60 – 70 km/hr 的速度,直搗柏林 Breitscheidplatz 聖誕市集的中央通道。[2]

紅線框出聯結車穿越聖誕市集的軌跡。圖/參考資料 2,Figure 1(CC BY 4.0)

08:45 p.m. 柏林州立刑事調查辦公室調度中心的鑑識團隊,[註]在待命時接獲通報。依常規他們僅會派出 2 名人員;不過這回事態嚴重,被要求增加人力。[2]

09:30 p.m. 由 2 名鑑識專家和3名助理醫師所組成的團隊,抵達聖誕市集。此時距離事件發生,約過了 90 分鐘,傷患急救與運送皆已完成。比起醫療支援,顯然更需要警察深入調查。[2]

12 月 20 日,01:00 a.m. 警方在規劃管理架構後,展開搜證:現場被分為 5 大區域,每區負責的團隊,有刑案攝影師、鑑識病理學家、證物保管員與兇殺案調查員各 1 名。他們在市集的中央通道上與聯結車底下,各尋獲幾具屍體。此外,有 3 名稍早送醫的重傷受害者,於當晚死亡。[2]

之前急救人員在處理傷患的時候,從聯結車裡把原本的司機拖出來搶救,可惜後者傷重不治。現在調查展開了,他們向警察報告司機的頭部受傷,而該傷口稍後又被確認為槍傷。這個發現立刻將警方的偵辦方向,由交通意外,扭轉成恐怖攻擊。[2]

聯結車從受害者左邊擠壓,使(褐色的)肝臟右邊爆開。圖/參考資料 2,Figure 4(CC BY 4.0)

驗屍

從 20 日早上到 22 日傍晚,此案的所有死屍都被檢驗一番。除了司機頭部的槍傷;以及解剖才會看到內臟毀壞,常出現於交通事故的鈍器損傷(如上圖);[2]還可見皮下組織與下面的筋膜,被外力錯開的「Morel-Lavallée 病灶」(Morel-Lavallée lesion,簡稱 MLL)。[2, 3]

車輛恐攻

以大型車輛進行恐怖攻擊的手法,並不罕見。車輛恐攻vehicle-ramming attacks)造成傷害的機制,大略可分為以下 4 種:

  1. 直接碰撞:受害者通常會有多處骨折,以及嚴重的顱腦損傷。[2]視速度而定,也可能因為驟然停止運動,而使內臟在體內劇烈撞擊,導致減速傷害deceleration injuries)。[2, 4]
  2. 撞飛出去:人體遭車輛衝擊,彈出去後,又掉落下來。不僅有撞擊的力道,砸在地面上,也會令四肢骨折,或腦部受傷慘重。[2]
  3. 輾壓損傷:沉重的車輛從人體上方駛過,於是骨骼碎裂,組織滑脫分離。[2]
  4. 間接創傷:受害的群眾在閃避車輛攻擊的過程中,彼此碰撞或擠壓,甚至在逃離時波及路人。[2]

在這個案件裡,驗屍所見的傷害均為前三項,沒有任何的間接創傷。[2]不過,是否有生還者屬於第四種,就不得而知了。

案發前幾年的 Breitscheidplatz 聖誕市集。圖/Arild Vågen on Wikimedia Commons(CC BY-SA 3.0)

聖誕市集是德國的歲末傳統之一,[5]難免人潮擁擠。案發當天雖然是星期一,但包含聯結車司機在內,Amri 總共造成 12 人死亡,[1, 2]數十人受傷。[1]恐怖組織伊斯蘭國ISIS)稱他是一位戰士。事後 Amri 逃離德國,悄悄地經由法國,進入義大利。12 月 23 日早晨,2 名米蘭警察例行臨檢,要求 Amri 提供身份證件。他突然拔槍射傷其一,隨後馬上被另個員警擊斃。[1]

約莫在恐攻落幕 7 週之後,2017 年 2 月,柏林消防局舉辦了一場給救災人員與警察的座談會,名稱取作「習得的教訓」(Lessons Learned)。內容討論急診醫療、警方策略,以及驗屍結果等諸多層面。他們認為從波士頓、巴黎、馬德里和孟買學來的重大傷亡經驗,被證實對這次的應變極有助益。儘管德國鮮少遇到恐怖攻擊,但警察、消防與鑑識等單位合作無間。[2]

  

延伸閱讀

國殤之後:集體哀慟的調適

鑑識故事系列:萬聖節前夕的瑞典校園血案

備註

德國首都柏林的確是個「城市」,然而在行政上也被官方視為一「州」。[6]

參考資料

  1. Barajas J. (23 DEC 2016) ‘Berlin attack suspect killed in shootout with Italian police’. PBS News Hour.
  2. Buschmann C, Hartwig S, Tsokos M, et al. (2020) ‘Death scene investigation and autopsy proceedings in identifying the victims of the terror attack on the Breitscheidplatz in Berlin 19th December 2016’. Forensic Science, Medicine, and Pathology, 16, 510–514.
  3. Scolaro JA, Chao T, Zamorano DP. (2016) ‘The Morel-Lavallée Lesion: Diagnosis and Management’. Journal of the American Academy of Orthopaedic Surgeons, 24 (10): 667 – 672.
  4. Dumovich J, Singh P. (19 SEP 2022) ‘Physiology, Trauma’. In: StatPearls. Treasure Island (FL): StatPearls Publishing.
  5. Larsen T. (2020) ‘Advent’. In The Oxford Handbook of Christmas. Oxford University Press.
  6. Government and administration.’ Berlin Partner Business Location Center. (Accessed on 09 NOV 2022)
胡中行_96
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曾任澳洲臨床試驗研究護理師,以及臺、澳劇場工作者。 西澳大學護理碩士、國立台北藝術大學戲劇學士(主修編劇)。邀稿請洽臉書「荒誕遊牧」,謝謝。