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2015台灣國際科展 民俗祕方、太空氣候、蟑螂觸角皆題材 

劉珈均
・2015/03/09 ・4280字 ・閱讀時間約 8 分鐘 ・SR值 559 ・八年級

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文/劉珈均、蔡佩容、簡韻真

台灣國際科展自2002年起舉辦,像個科學競技場,各國好手在此交流、過招,選手的競技選擇繁多,有數學、化學、物理與天文學、動物學、微生物學、醫學與健康科學、行為與社會科學等13科,看見這些只有15到18歲左右的國高中生,是如此努力地「應用所學增進人類福祉」,若你也(跟採編們一樣)抱憾自己高中時代被考卷淹沒,一起來看看上個月的科展有哪些中學生驚人研究,逛逛今年來自20國家、展出150件作品的有趣攤位吧!

青少年科學家得主

各科獲獎學生有機會被選派繼續參與美國、荷蘭等國際科展,大會評審並從13科的一等獎選拔出三件專題,成為科展最高榮譽「青少年科學獎」,今年由建中高一生陳韋同、台中一中高二生李嘉峻、來自美國的華裔高中生張杰西(Jesse Zhang)共同獲得這最大獎。

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由左至右分別為陳韋同、李嘉峻、張杰西。圖/劉珈均攝。

陳韋同已不是第一次進入國際科展複賽了,此次他設計「單點定位系統應用於無人飛行器控制系統」,厲害的地方在於,只要單一參考點,即可即時而精準的定位!目前常用的定位系統仍稍有不便,如GPS定位需要三四顆衛星,且無法用於室內追蹤;一般室內定位用的RSSI技術(Received Signal Strength Indicator)亦需要至少三個定位點,且訊號易受物體干擾或牆壁反射,常得多一道演算法抵消;無人飛行器常以相機定位,易有死角,也有妨害隱私疑慮。陳韋同讓定位點減少的方法是利用兩個旋轉速率不同的磁鐵產生磁場變化,只要測磁場的相位差,再配合分頻多工(Frequency Division Multiplexing)的數位訊號處理,就可得知物體在三度空間中的位置與角度,相當方便用於室內定位。年紀輕輕的他已在申請專利,除了應用於無人飛行器,也可延伸用在行動穿戴裝置、照護機器人甚至送餐機器人的室內定位控制,讓機器人更完美地執行任務。

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根據GOCE衛星資料繪成的地球洋流影像。photo credit:ESA/CNES/CLS

太空也要有天氣預報!大氣層最上層的熱氣層常受太陽風影響,讓空氣分子的密度產生變化,這也會影響到在這個高度巡弋的衛星。來自美國科羅拉多州的張杰西發現,除了太陽風之外,月球重力場也對大氣層上層的「太空天氣」影響甚鉅。他分析歐洲太空總署2009至2013年的的GOCE海洋環流探測衛星資料(Gravity field and steady-state Ocean Circulation Explorer, GOCE),由該衛星提供的地球磁場、地表冰層厚度及洋流等數據,計算出不受月潮振盪和地磁影響的結果。發現月球的重力也會影響增溫層的氣象,如同影響地球的潮汐一般,且影響力可以達到太陽風的 50 %。這個月潮信號(lunar tidal signature)的動態分布與氣層的相對密度及帶狀氣流(zonal wind)都有季節-緯度(seasonal-latitudinal)上的關係。

李嘉峻喜歡數學,在看書過程中看到有趣的題目,他以六個環狀數字為雛形,分析相間兩數字相減之後的絕對值,在這些環狀排列的條件下,探討其守衡狀態及其全數歸零的研究。李嘉峻說,不同於一般多以數論角度去解釋數列的性質,這專題提供另一個角度討論盧卡斯數列與梅森數列;就實際應用,守衡狀態中的同餘性質或許可用於通訊傳遞與密碼學的加密資料,不過這是否可行還要進一步探究。

颱風、鄉野傳說、攝影機腳架──生活即科學

每個家庭可能都有些祖傳秘方,從小立志當醫生的加拿大高中生艾蜜莉˙歐萊里(Emily O’Reilly)也不例外,她的科展作品靈感來自她克羅埃西亞爺爺的「民俗保健食品」──杏子(apricot)。幽門螺旋桿菌會引起胃黏膜慢性發炎,進而導致胃及十二指腸潰瘍,甚至胃癌。在她爺爺的家鄉,相傳杏子可以治療胃癌,歐萊里歷時一年作這實驗專題,她移去杏仁中的氰化物成份,以確定幽門螺旋桿菌不是被氰化物殺死,再將杏子萃取物加進幽門螺旋桿菌的培養皿,發現杏子萃取物的確能產生生長抑制圈。歐萊里的爺爺已過世,歐萊里以此專題紀念爺爺,她也期盼未來能進一步研究杏子對抗胃癌的功效及應用。

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加拿大高中生艾蜜莉˙歐萊里探討爺爺家鄉的「民俗保健食品」杏子是否真有抑制胃病的效用,以此專題紀念爺爺。圖/劉珈均攝。

人人喊打的外來入侵種「小花蔓澤蘭」嚴重影響台灣本土生態系。但是曉明女中的許芷瑄利用移植腫瘤到裸鼠身上,發現小花蔓澤蘭的葉和根莖萃取物有清除自由基的能力,以及保護紅血球不受自由基誘發溶血反應,研究也發現它可以抑制血癌細胞生長。換句話說,小花蔓澤蘭可能具有抗氧化及抗血癌的功效!若未來成功利用它開發預防自由基疾病及抗癌的保健食品,也許就能促使大家踴躍除去小花蔓澤蘭,讓台灣生態系鬆一口氣,還另外賦予了「害草」重大生存意義(天生我材必有用,突然有點勵志啊)。

每次颱風來襲,大家除了關心有沒有放假之外,也都會緊盯颱風轉來轉去到底會從哪裡登陸,來自美國的吳威廉(William Wu)也希望能找到預測墨西哥灣颶風登陸地點的方式。他分析超過八十筆颶風登陸的歷史資料後,發現颶風登陸地點與路徑的相關性。他將會指向登陸地點的颶風路徑的切線位置連起來,建立出三條紐帶,當颶風經過時,可以大致估計其前往的登陸地點,他說這種方法的平均預測誤差比目前美國國家颶風中心模型的預測誤差少了 50 %。

天文學專題在科展屬鳳毛麟角,今年北一女學生柯芷蓉與江郁儀從選修課的作業延伸發想專題,從高一斷斷續續作到高三,探討紅移與星系顏色的關係,此專題拿下物理與天文學科別首獎。天文學家用望遠鏡擷取遙遠星系的資料,而宇宙正在加速膨脹,導致星系的顏色會往光譜波長較長的紅光方向移動,此為「紅移」,天體距離愈遠,遠離速度愈快,紅移值愈高,紅移值可用於計算地球與天體的距離。柯芷蓉說,他們看到一篇研究(Strateva et al. 2001),該研究使用史隆巡天計畫(SDSS)釋出的數據推想,但當時SDSS尚未有紅移資料,因此該學者用星系的亮度推論紅移,設想愈暗的星系,離地球愈遠,紅移值也愈高,偏紅星系的紅移值高會偏紅,但偏藍的星系紅移值愈高則偏藍。「這感覺跟我們課堂聽到的天文知識相衝突。」他們決定深入探究。柯芷蓉說,SDSS後期的資料有紅移值,他們分析SDSS第7至12版本的57萬多筆資料,加入實際觀測的紅移數據,重新探討紅移值與星系顏色、亮度的關係,發現紅移與顏色並無絕對的線性對應關係,不能從亮度推論紅移,且偏藍星系紅移值高一樣偏紅。他們修正了原本缺乏資訊造成的誤差,讓星系資訊更精確。

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瑞士高中生埃利亞斯˙漢普的多軸手持腳架在現場吸引大批人潮。圖/劉珈均攝。

現場非常受歡迎的瑞士高中生埃利亞斯˙漢普(Elias Hampp)設計了多軸攝影機手持腳架,不論各種手持姿勢,腳架縱軸重心皆可巧妙的維持不變,其多軸關節緩衝手持給予的外力,讓影像維持平穩、不晃動,使用者也可調整螺絲位置,分配力矩配重。這腳架加上一台GoPro,簡直無往不利!只可惜腳架重量略沉了一點,小編熱烈期待以後是否有更輕巧的作品上市(若太輕巧,手持又容易晃動影像了,得抓到平衡點)。

國際科展有蟑螂入侵!

蜚蠊目 姬蜚蠊科 德國姬蠊 Blattella germanica  94昆蟲營 惠蓀林場
圖為德國姬蠊。photo credit: https://flic.kr/p/4Z7S7。

中山女高的生物老師蔡任圃有個綽號「蟑螂艦長」,他期望教育不只傳遞知識,更要引燃熱情,總是不斷鼓勵學生去闖。林沂萱、陳永文所做的《螂吞虎嚥》利用影像分析及電位記錄,探討斐蠊前腸的消化機制,結果發現牠們可以敏感偵測人體無法辨識的低揮發性物質,也會對可能影響酸鹼與滲透壓恆定的物質呈現趨避反應,未來也許可以利用這些趨避性來調配蟑螂藥。

另一組的姚乃筠、毛靖雯研究非真社會性昆蟲的蜚蠊,是否像黃蜂一樣,具有警告費洛蒙(alarm pheromone),能提醒其他個體逃亡或攻擊。結果發現自美洲蟑螂 (Periplaneta americana )分泌萃取的警告物質,具種內甚至是種間驅散效果,顯示其可能不為單一物種專屬的費洛蒙;此外,在不同性別與年齡間有不同的反應,推測分別有行為演化上的意義。未來也許可以利用以上兩組發現的趨避性甚至警戒物質,調配對環境傷害更小的蟑螂藥。

蟑螂總是惱人的爬上爬下,迅速躲開拖鞋攻勢,李欣玫與陳韻安探討蟑螂是不是能知道重力方向在哪裡。依據文獻資料,多數昆蟲用本體感受器如肌肉、關節、毛板等偵測身體各處的壓力,整合壓力資訊後才能推測出重力方向,這種方式需要較長的時間,若壓力資訊錯誤或身體各處壓力均等(例如被埋在沙子中),就會導致昆蟲判斷錯誤。蟑螂在地面、天花板、牆面等處爬行的過程中,重力方向不時變換,而蟑螂爬行速度又快,因此,李欣玫與陳韻安推論蟑螂身上有直接偵測重力的器官,讓牠可以迅速正確地判斷重力方向並作出反射以避免摔落,他們稱該器官為重力感受器(gravity receptor)。他們研究發現:蟑螂的觸角以及位於腹部末端的尾毛就是重力感受器;觸角需要兩側都存在才保有完整功能,尾毛只需單側即可;觸角的擺動可能是感測到重力方向改變後,產生的反射;蟑螂的尾毛有一種像小石頭的構造懸掛表面,與人類的耳石(同是與平衡有關的構造)十分相似,這種小石頭或許跟蟑螂感測重力有關,若之後有更多研究,找出相關的平衡機制,也許未來可以利用蟑螂來研究與人類前庭系統(包括耳石)相關的疾病。困擾很多人的暈眩症就是跟耳石有關,但耳石在耳朵裡,又小又不好找,若能利用長在蟑螂尾毛表面的小石頭研究應該會方便許多。

社科學生站出來 科展不由理工組「壟斷」

在這充滿自然組與理工氣息的場合,「行為與社會科學類」的攤位顯得獨樹一幟,國外科展多有此項目,台灣國際科展則是近三年才新增此科別。

北一女學生黃以寧與孟玉婕研究身障者與消費行為,過去研究顯示,不論是求職或消費,身障者常受到不平等待遇,黃以寧與孟玉婕換個角度想,若讓身障者轉換角色,位於生產者端,所受待遇如何?她們到夜市擺攤,請同一人分飾正常人與坐輪椅的身障者兩個角色,賣飲料六天,她們觀察記錄輔以問卷,分析來往一百多位顧客的行為。她們調查發現,年齡較高或是平日不常購買飲料的消費者,向身障業者購買飲料的比例及可能性較高(雖然購買行為受飲料吸引程度影響極高),這些族群的消費行為可能更受同理心驅策,其他變項如性別則較不顯著。她們希望藉由這些研究未來可以幫助身障業者,在打動消費者的時候做到更有效的行銷。

南非高中生蕾雅˙法蘭區(Leia French)自己設計遊戲「Gaming for Social Change」,在遊戲關卡中埋入社會議題暗示,希望以遊戲喚起對南非社會議題的關注,例如缺水問題、基礎建設不足、煤油燈造成的火災。蕾雅以問卷分析90位玩家玩遊戲前後的價值觀改變,發現這類遊戲能較輕鬆而更貼近生活的方式,喚起大家對社會議題的重視。

有趣的作品太多實在寫不下,對其他專題作品有興趣的讀者可以上科教館的網站看更多歷年的得獎作品。

 

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劉珈均
35 篇文章 ・ 0 位粉絲
PanSci 特約記者。大學時期主修新聞,嚮往能上山下海跑採訪,因緣際會接觸科學新聞後就不想離開了。生活總是在熬夜,不是趕稿就是在屋頂看星星,一邊想像是否有外星人也朝著地球方向看過來。

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鑑識故事系列:對花粉過敏,卻吞桃自盡?!
胡中行_96
・2022/10/13 ・1821字 ・閱讀時間約 3 分鐘

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高 176 公分,重 57 公斤,身上多處刺青,雙臂有頻繁注射的疤痕。曾經是個毒蟲兼老菸槍的他,7 年前因持有並販賣毒品遭到判刑;如今,這名阿爾巴尼亞男子 30 歲了,依然被關在義大利米蘭的監獄裡。低安全等級的牢房,每間容得下兩個受刑人。最近前獄友刑期剛滿,床位尚且無人替補,所以過去二天他都獨自一人。長期低落的情緒缺乏出口,而他基於良好表現所獲得的特別待遇,也不過就是打掃飯廳的機會。[1]

他勢必得用萬無一失的方法,脫離困境:用完餐後,穿著囚衣的他靜靜地躺下。當獄方打開房門,眼前竟是一具屍體。三天後,鑑識團隊奉命驗屍。[1]

死者身上無明顯外傷,呼吸道也沒有阻塞。口腔與唇黏膜輕微充血(hyperaemia);肺、肝以及腎臟鬱血(congestion);[註]而氣管與支氣管流著泛紅的黏液和血液。150 毫升的胃部內容物中,包含部份消化的帶皮植物性殘渣。此外,根據醫療紀錄,他生前患有氣喘,對花粉過敏,但平時沒有服用任何藥物。以上線索都不足以用來推論確切的死因。[1]

該名阿爾巴尼亞受刑人的口袋裡,有一張手寫的字條提到「我受夠了」、「我過敏」,還有最重要的「我吃了已知能自殺的東西」。在與獄方既有的文件比對後,確認二者筆跡相符,確實為他親筆所寫。鑑識團隊做的血清分析,也證實他的 IgE 抗體濃度偏高。這就耐人尋味了:IgE 抗體是診斷過敏反應的指標[1]既然監獄中理論上沒有花粉,除非有人偷渡進來,不然就是死者還有不為人知的過敏原?

他生前最後一餐吃剩的桃子,擺在身旁。這一點和花粉過敏的病歷,給了鑑識團隊一個靈感,並決定朝此方向,縮小調查範圍:檢驗與桃子以及樺樹有關的特定 IgE 抗體。[1]

花粉食物過敏症候群患者,同時對特定花粉和食物過敏。圖/charlesdeluvio on Unsplash

花粉食物過敏症候群(pollen food allergy syndrome)是一種同時對特定花粉和食物過敏的毛病。[2]其中樺樹果實症候群(birch-fruit syndrome)的意思,不是說吃了樺樹的翅果會出事,而是對樺樹花粉以及桃子、梨子、李子、蘋果、草莓、櫻桃、杏桃和杏仁等薔薇科(Rosaceae)的果實過敏。[2-4]此症患者多半會在食用上述果實後的 5 至 15 分鐘內,出現發炎反應[3]不過,也不是每個對樺樹花粉過敏的人,都不能碰此類果實。樺樹果實症候群的盛行率,還有這兩種過敏原之間的關係,在各地差距甚大。比方說,美國有 75.9% 的樺樹花粉過敏者,吃蘋果也會產生症狀;丹麥 34%;而義大利只有 9%。[4]為了預防發作,盡量避開這些果實是最簡單的作法。但有趣的是,其實果實只要被煮過了,例如:製成果醬,患者通常便可盡情享用,不會有事[2, 3]

話說回來,如果食用者是刻意藉此自殺,那存活率就看個人造化了。花粉食物過敏症候群所造成的症狀,一般侷限在食物觸碰到的範圍,例如:嘴巴、嘴唇、舌頭和喉嚨等部位,會腫脹或搔癢。[2, 5]這些症狀大多不會維持太久,因此無需用藥治療。[2]偏偏就有那麼倒楣的少數人,光是吃顆桃子,便會腹痛、腹瀉、嘔吐、氣喘、咳嗽,還有皮膚紅疹和眼皮浮腫;更誇張的話,甚至會血壓下降,並產生致命的休克現象。[3]

最後,鑑識團隊從桃子和樺樹特定的 IgE 抗體濃度,確定這名阿爾巴尼亞囚犯應該是嚴重過敏患者。[1]他在不會被及時搶救的狀況下,成功地吞桃自盡。

  

延伸閱讀

你知道你有可能對倉鼠或壁蝨過敏嗎?Alpha-gal 症候群會帶來什麼樣的過敏症狀呢?

備註

充血(hyperaemia)是發炎反應中,主動增加輸入的血液所致;而鬱血(congestion,又譯「被動充血」)則是減緩的回流,造成血液被動聚積。[6]

參考資料

  1. Tambuzzi S, Gentile G, Boracchi M, et al. (2021) ‘Postmortem diagnostics of assumed suicidal food anaphylaxis in prison: a unique case of anaphylactic death due to peach ingestion’. Forensic Science, Medicine, and Pathology, 17, pp. 449–455.
  2. Pollen Food Allergy Syndrome’. (21 MAR 2019) American College of Allergy, Asthma & Immunology.
  3. Manchester Academic Health Science Centre. (18 OCT 2006) ‘Allergy information for: Peach (Prunus persica)’. The University of Manchester.
  4. Wang J. (2013) ‘Chapter 12 Oral Allergy Syndrome’. In Metcalfe DD, Sampson HA, Simon RA, Lack G (Eds.), Food Allergy: Adverse Reactions to Foods and Food Additives. John Wiley & Sons.
  5. Kim JH, Kim SH, Park HW, et al. (2018) ‘Oral Allergy Syndrome in Birch Pollen-Sensitized Patients from a Korean University Hospital’. Journal of Korean Medical Science, 33 (33): e218.
  6. López A, Martinson SA. (2017) ‘Chapter 9 – Respiratory System, Mediastinum, and Pleurae’. Pathologic Basis of Veterinary Disease (Sixth Edition), pp. 471-560.e1.
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胡中行_96
64 篇文章 ・ 23 位粉絲
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。

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精準預測氣象的「掩星技術」,讓你知道颱風放不放假!
科技大觀園_96
・2021/11/16 ・2380字 ・閱讀時間約 4 分鐘

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新颱風生成後,大家最關心的就是颱風的路徑、帶來的風雨大不大,以及——到底放不放颱風假?要能預測和評估颱風的走向影響,可靠的氣象觀測資料是不可或缺的。這就不得不提,在我們頭頂上認真執行觀測任務的人造衛星,以及它們身懷測知氣象變化的絕技!

每次颱風來襲,大家都關心會不會放颱風假。圖/pixabay

貢獻全球氣象資料,福爾摩沙衛星功不可沒

過去福爾摩沙衛星三號(福三)執勤十年,為全世界多個氣象中心與研究單位提供無以計數的資料,可謂台灣在國際氣象上的外交大使,於減少天氣預報誤差的貢獻度上,更曾被評為全球前五。福三榮退後,接棒的福爾摩沙衛星七號(福七)也在今年二月完成任務軌道的全部部署。福三和福七都不只有一枚衛星,而是由各 6 枚衛星組成的衛星星系(constellation)。每一枚衛星就像在不同位置巡守、收集氣象情報並互相通報的將士,使得觀測範圍可以覆蓋地球各個區域,提供即時而完整的三維觀測數據。

福衛七號結構示意圖。圖/國家太空中心

但福七與行經南北極的「繞極衛星」福三不同的是,它在南北緯 50 度間軌道繞行,主攻台灣、赤道與中低緯度颱風盛行區的觀測。因此福七可以提供密集度更高、更多的溫度、壓力、水氣等氣象資料。國家太空中心推估,它可提升氣象預報準度 10% ——以颱風為例,可以讓 72 小時的路徑誤差改善 10%,協助我們更精準地評估氣象變化與預防災害。

每日可提供 4000 點大氣垂直剖線資料、大幅提升全球氣象預報準確度的福七,究竟是怎麽辦到的?答案就是掩星技術 (Radio Occultation) 。

掩星技術,讓衛星成為太空中最精準的溫度計!

在天文學上,「掩星」指的是一個天體,在另一個天體與觀測者之間通過,產生的遮蔽現象。但英文中的「Occultation」,也可以指前景中的物體,阻擋遮蔽背景中任何物體的情形。而所謂的「掩星技術」,就是利用電磁波訊號在經過大氣層時,會因穿透不同溫度、壓力或濕度的空氣層,被「遮蔽」而產生轉向、變慢、減弱等的特性,來反演出地球上空之溫度、氣壓和濕度。

衛星與衛星之間,本來因為地球的阻隔看不到彼此,但可以接受來自彼此的電磁波訊號。福七的主要酬載儀器——全球衛星導航系統無線電訊號接收儀」(TGRS),可以接受美國全球定位系統(GPS) 和俄羅斯全球導航衛星系統(GLONASS)全球定位衛星通過大氣與電離層的折射訊號。接著,通過計算電波訊號的偏折程度,就可以反演出大氣與電離層中的溫度、水氣、壓力、電子密度等數據。

掩星技術在 1995 年才開始投入應用,而從 2006 年的福三,到如今福七計劃中積累的研究經驗,使台灣成為這項新穎技術領域的佼佼者。掩星技術所得到的資料具備高準確度和解析度,也擁有不需要大量接收訊號的衛星,就可以得到大範圍數據、降低成本的優勢,不僅可以用作氣象預報,更能幫助我們監控和增進對氣候變遷的瞭解。

衛星加上同位素的助攻,可以使天氣預報更精準

另一方面,除了改善觀測一般氣象資料如溫度、濕度、大氣壓力等參數的準確度,在氣象觀測中新增測定不一樣的參數——如大氣水分子的同位素,也可以讓我們的天氣預報更精準!

過去礙於資料的取得有限,同位素分析在氣象觀測與預報中常被忽略。但近年來人造衛星技術的發展,為氣象科學推開新的一扇窗。來自歐洲太空總署、搭載光譜分析儀的衛星 IASI ( Infrared Atmospheric Sounding Interferometer ),讓東京大學的研究團隊,可以利用其所搜集到的大氣水氣資訊,在氣象預報的模型中,第一次嘗試納入同位素資訊的考量來做分析。

我們都知道,擁有相同質子數、不同中子數的氫與氧元素之同位素,會讓個別水分子的重量變得更重或輕一些。水分子同位素對氣相和液相轉換相當敏感,與一般的水分子 H2O 相比,較重的水分子如 H2HO 或H218O 會更傾向於凝結成水珠,或更難蒸發。因此蒸發與降雨過程等大氣運動,便會影響不同同位素水氣分子的分佈。追蹤它們的行跡,能增進我們對氣象系統的瞭解。

研究團隊以 2013 年在日本發生的低壓事件作為參照,發現納入同位素的數據之後,氣象模型能更好地模擬這次事件的整體氣壓情形。而在全球的尺度,尤其是中緯度及北半球地區,融合同位素資訊後,氣象預報如氣溫及濕度預測的準確度,也都有所提高。雖然這只是初步的探究,但科學家期許,未來進一步完善氣象觀測衛星對同位素資料的收集,能使人類更往精準氣象預測的目標邁進。

人造衛星就像是科學家的千里眼,能觀測千里之外的風雲變化。發展衛星技術,不僅能讓我們更精準預測氣象,在全球化的現代,也能在國際上發揮「Taiwan Can Help」及互助的精神;各國對航太技術的投入與數據資源共享,更是科研工作與人類社會的一大福音。

福爾摩沙衛星拍攝的美麗福爾摩沙島。圖/國家太空中心

參考文獻

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科技大觀園_96
82 篇文章 ・ 1103 位粉絲
為妥善保存多年來此類科普活動產出的成果,並使一般大眾能透過網際網路分享科普資源,科技部於2007年完成「科技大觀園」科普網站的建置,並於2008年1月正式上線營運。 「科技大觀園」網站為一數位整合平台,累積了大量的科普影音、科技新知、科普文章、科普演講及各類科普活動訊息,期使科學能扎根於每個人的生活與文化中。

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【2021 年搞笑諾貝爾獎】10 項「廢到笑」獲獎研究出爐:性行為可以治鼻塞?揭露人貓之間的喵電感應?
PanSci_96
・2021/09/10 ・4903字 ・閱讀時間約 10 分鐘

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  • 文/y 編、A 編、C 編
  • 圖/U 編

你今天連結了嗎?萬眾矚目、要說泛科學只為了今天開張也不為過(太誇張),2021 搞笑諾貝爾獎堂堂登場了!

今年的主題是「人與人的連結」,許多獎項也與「連結」這一概念相吻合。今年的亮點還有台北捷運站入鏡,以及台灣科學家也是搞笑諾貝爾獎兩屆得主楊佩良的 24/7!

就讓我們一起來看看今年的快訊,也一起來期待接下來的深入報導!

泛科專題【不認真就輸了!搞笑諾貝爾獎】,給你歷屆搞笑諾貝爾獎介紹!

【生物獎】分析多種貓語的意義,和貓與人之間的溝通

貓奴們,你各位怎麼讓這個獎被別人拿了?生物學獎得主 Susanne Schötz 因為研究人貓語言交流而獲獎。

y編覺得這不只搞笑諾貝爾獎,這麼對全人類有貢獻、促進人貓種族和諧的研究,拿個諾貝爾和平獎都不過份啊。

Susanne 藉由一系列的語音研究,分析了貓咪的叫聲以及人與貓之間的溝通方式。

除了在 2019年的研究中將貓咪的叫聲分為 19 種,他還錄了 40 隻貓 780 段「貓語」,發現貓咪在心情好的時候傾向發出頻率上揚的叫聲,而在緊張、情緒低落的時候則是下降的,並以此建構模型。

透過模型,就可以知道你在擼貓時他是真的舒服還是叫你滾蛋、你回家時到底是歡迎你還是在抱怨,諸如此類。

據說 Susanne 還在研究貓貓的方言,有科學家如此孜孜不倦,人貓和平到來的那一天恐怕真的不遠了(?。

生物學獎得主 Susanne Schötz(右下)因為研究人貓語言交流而獲獎。圖/Improbable Research

研究原文:A Comparative Acoustic Analysis of Purring in Four Cats

詳細介紹請看: 【2021 年搞笑諾貝爾:生物獎】鏟屎官們聽令!貓咪如何透過 20 種叫聲支配人類?

【物理獎】建立物理模型,說明行人為什麼不容易相撞

這次的物理獎,在研究團隊中發現臺灣學者啦(驚)!他是任職於加州大學數學與統計系的 Chung-min Lee 教授。而這次獲獎的原因,是建立了物理模型說明行人為什麼不容易相撞。

大家不陌生的忠孝新生站,左上為 Chung-min Lee 教授。圖/《APS physics

研究人員歷經了六個月的數據收集後,建立了數百萬條移動軌跡,以此數據作為基礎發展出模型,並發現這個模型具有「朗之萬公式」的特徵

換句話說,行人的行走行為,與花粉在水中亂飄的「布朗運動」,可能有點類似。(A 編:物理真的好難Q)

研究結果也說明行人的周圍,有類似《獵人》中的「圓」,如果兩人的橫向距離小於 1.4 公尺時,行人會感知到對方並改變行走路徑

研究原文:Physics-based modeling and data representation of pairwise interactions among pedestrians

詳細介紹請看:【2021 年搞笑諾貝爾:物理獎】AT 力場全開!如何在擁擠的車站通道中不被別人撞到?

【動力學獎】走路看手機,行人會更容易相撞

物理學獎才解釋完為什麼不容易相撞,下一個頒發的動力學獎立刻打臉,說明為什麼行人會容易相撞!

物理學獎表示:說好的尊重呢?

研究者邀請了 54 名大學生,並將他們平均分配在走道兩端,以他們自由行走的軌跡作為對照組(軌跡如下圖 Baseline 所示),並測試滑手機的人在隊伍的不同位置,會對行走軌跡造成什麼影響。

如果是領頭羊開始滑手機,隊伍軌跡不只混亂,整體的移動速度也會變慢,但如果是隊伍最後的人滑手機,則沒有顯著影響。

研究中,人群自由行走的軌跡對照圖。圖/《Science
圖/Improbable Research

研究原文:Mutual Anticipation Can Contribute to Self-Organization in Human Crowds

詳細介紹請看:【2021 年搞笑諾貝爾:動力學獎】實驗證實:邊走邊當低頭族,會更容易和行人相撞喔!

【化學獎】電影院觀眾釋放的氣味,會隨情緒改變

故事是這樣開始的,研究團隊在聖誕假期不想放假,跑到電影院測量空氣。(A 編:什麼鬼)

測量結果發現當觀眾因電影特定橋段造成害怕、緊張、喜悅…等情緒時,呼吸或皮膚(體味)代謝出的物質會有所不同。

這表示以後只要做類似酒測的檢定,就能知道你剛剛看了什麼。(誤)

研究原文:“Proof of Concept Study: Testing Human Volatile Organic Compounds as Tools for Age Classification of Films

【生態獎】分析多國廢棄口香糖上的菌菌

看到亂吐的口香糖,你會覺得哪裡怪 ㄍㄞ ㄋㄧㄡ 的嗎?(y 編會,而且很會!)

這次的搞笑諾貝爾生態學獎的研究,支持了你的這種心理,因為這些廢棄的口香糖裡不只有很多菌菌,它們還會在幾週的時間從口腔微生物群、轉換為環境微生物群。

研究團隊的樣本來自西班牙、法國、希臘、土耳其和新加坡(為什麼新加坡可以找到樣本!),這看似有點不衛生又搞笑的研究其實可以很好的幫助法醫學、傳染病控制等領域。

研究團隊的樣本來自西班牙、法國、希臘、土耳其和新加坡。圖/Improbable Research

研究原文:The Wasted Chewing Gum Bacteriome

詳細介紹請看: 【2021 年搞笑諾貝爾:生態學獎】口香糖渣裡的微生物小宇宙!

【經濟學獎】體重或許可以成為貪腐的指標?

這聽起來很直覺的指標,要驗證起來需要轉幾個彎。因為研究者沒辦法拿到政治家實際的健康資料,因此他收集了 15 個後蘇聯國家(post-Soviet countries)299 張內閣首長的照片,並透過機器學習,推算他們的 BMI 值。

研究發現,這些政治家的 BMI 值的中位數,和該國的貪腐程度相關,研究結果如下圖,可以看到波羅的海三小國——拉脫維亞、愛沙尼亞和立陶宛的體重中位數是相對來說最低的。

波羅的海三小國——拉脫維亞、愛沙尼亞和立陶宛的體重中位數是相對來說最低的。圖/《Wiley Online Library

不過該研究也有人質疑這個假設不科學,甚至會有加強偏見的狀況。總之,要理解這個研究是在其特殊性,並還存在諸多限制,他並不適合當作你之後投票時的重要參考指標,還是請自己好好做功課吧!

圖/Improbable Research

研究原文:Obesity of Politicians and Corruption in Post‐Soviet Countries

【醫學獎】鼻子與生殖器之間的連結

1897 年一位在柏林職業的耳鼻喉科醫師  Wilhelm Fliess(他還是佛洛伊德的好朋友),發表了「鼻反射神經」的理論,假設了鼻子與生殖器之間存在著必然的生理連結。

既然有假設,那有研究者想深入了解了解,也是很合理!

於是百年後,有研究團隊找了 18 組伴侶,要求他們在性行為時的五個特定時間點進行「鼻功能」的自評,分別是:性行為前、性高潮後立刻、性高潮後 30 分鐘、一小時及三小時。為了科學,要在性高潮後想著要填量表也是相當浪漫的事情呢(手比愛心)。

研究發現,有鼻塞情況的人,在性行為之後,鼻塞的狀況確實有獲得改善

很期待看到這裡的有志之士可以試試看並與我們分享有沒有效,也為要與正在鼻塞的伴侶做愛的夥伴致上無限的敬意。

圖/Improbable Research

研究原文:Can Sex Improve Nasal Function? — An Exploration of the Link Between Sex and Nasal Function

詳細介紹請看: 【2021 年搞笑諾貝爾:醫學獎】呼吸不順免驚!實驗證實:愛愛可以治鼻塞

【和平獎】驗證男性的鬍鬚面對拳擊的防禦力

不管是東方還是西方,濃密的鬍鬚一直是男性氣質的指標,更曾經是社會地位的象徵。但過去一直未有針對鬍子在實戰中的防禦力進行研究。

現在這個研究出現了!研究者為了驗證鬍子的「拳擊假說」(鬍子可在拳擊中保護下巴被貓爆),用羊毛代替人類的鬍子、用落錘衝擊實驗機(型號:Instron Dynatup 8250 )代替拳頭進行衝擊力的實驗。

研究結果指出,3 種羊毛型態的對照組中,「毛茸茸的毛」比「修剪過的毛」及「拔下來的毛」都更能有效吸收衝擊力!

此研究證實了,如果有人要對你的下巴貓一拳,有鬍子的你,真的可以減少下頜骨粉碎的可能性喔!(不然呢?)

羊毛物理衝擊實驗示意圖。圖/《Integrative Organismal Biology

研究原文:Impact Protection Potential of Mammalian Hair: Testing the Pugilism Hypothesis for the Evolution of Human Facial Hair

詳細介紹請看:【2021 年搞笑諾貝爾:和平獎】光溜溜的下巴怕鐵拳?快把你的鬍子留好留滿!

【昆蟲學獎】如何在潛水艇中消滅蟑螂

看過台灣夏季街道滿滿的蟑螂嗎?相信不管身在哪裡都不會有人樂見看到蟑螂出沒(抖),更何況是在密閉的潛水艇裡(瘋掉rrr),因此有研究者開始研究,究竟怎樣才能消滅潛水艇裡的蟑螂。

這份 1964 年的研究,當年在經歷了 3 艘潛水艇中與蟑螂的戰役後指出,相較於蚊香中的除蟲菊脂及農藥中的胡椒基丁醚,噴灑敵敵畏(dichlorvos)是最安全、經濟且有效殺蟑的方案。

因此研究結論也建議,「噴灑敵敵畏」可當作美國海軍控制潛艦內蟑螂數量的方案。

當年的研究者現在已經是老爺爺了(右下)。圖/Improbable Research

研究原文:A New Method of Cockroach Control on Submarines

【交通獎】用直升機倒掛犀牛,會比側臥更安全嗎?

如何用更符合人道的方式運輸動物,一直是備受關注的議題。而本研究以黑犀牛為實驗對象,想探討從腳部倒掛黑犀牛,究竟有沒有比側臥懸掛的方式更安全?

在本次實驗中,研究者將 12 頭黑犀牛麻醉後,依序讓牠們側臥吊掛10分鐘後,再被起重機用腳部倒掛 10 分鐘(看來是為了節省經費),想比較出 2 種姿勢哪種對黑犀牛來說更加安全?

最後從犀牛們的生理指標來看結果,吊掛及側臥對犀牛的肺功能損害……沒什麼區別,但因為吊掛對胸腔的壓迫較小,犀牛們的吸氣量有微量提升,也就是說呼吸似乎更順暢了!

圖/Improbable Research

研究原文:The Pulmonary and Metabolic Effects of Suspension by the Feet Compared with Lateral Recumbency in Immobilized Black Rhinoceroses (Diceros bicornis) Captured by Aerial Darting

詳細介紹請看:【2021 年搞笑諾貝爾:交通獎】四腳朝天倒吊運送犀牛,會比側臥更安全嗎?


雖然來到 2021 年,這已是第二次的遠端頒獎典禮了,但這群科學家們還是十分自娛自樂呢!能夠在這樣的日子繼續愛著科學,實在是再幸福不過的事呀。如果大家想要支持主辦單位,可以去他們的官網贊助喔!(也可以贊助認真報導的我們<3)

圖/Improbable Research

那麼,今年的典禮到此結束啦!更多詳細內容請期待我們的後續報導!也可以複習一下以前超有哏的頒獎典禮,或是去看看往年的得獎內容喔!

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PanSci_96
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