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與海神對話 環繞台灣海疆的海洋雷達網

劉珈均
・2015/03/22 ・2976字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 587 ・九年級

TOROS
近即時環台海流觀測成果示意圖。圖/TOROS 團隊提供。

人類離開了海洋幾千年之後,又回過頭來試圖了解海洋,於是海洋科學家在各個領域與海神對話,「海洋雷達就是我們與海神對話的其中一個工具。」計畫主持人、國研院海洋中心副研究員賴堅戊說。

國研院海洋科技研究中心歷時6年,環著台灣1200公里長的海岸線建造17座雷達測站(全部共20座,另外三座分別歸屬教育部與中科院),花費兩億,完成「環台岸基海洋雷達系統」(Taiwan Ocean Radar Observing System, TOROS),全天候偵測環台海域1至2公尺深的表層海流資訊,觀測距離達150~200公里,涵蓋的海域大小相當於5.4倍的台灣島面積。

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今年1月甫建完新北市貢寮區馬崗測站,TOROS海洋雷達網終告完工!圖/TOROS團隊提供。

中國沿岸流、南海海流、黑潮流過台灣周圍海域,且夏冬兩季流況不同,這些海流深深影響著台灣的氣溫、濕度等氣候條件,也影響航海、漁場與海洋能源開發等經濟活動,若能長期監測海象環境,對研究與實際應用的助益都相當大。

海洋的「索倫之眼」

雷達是二戰產物,自1970至1980年代,科學家開始將雷達技術導入海洋環境監測,賴堅戊戲稱:「戰後科學家也要找出路,繼續申請研究經費補助。」從八零年代到現在,美國已建置了141座海洋雷達站,數量居世界之冠;韓國與日本分別建了24與21座;台灣的20座在數量上居世界第四,但建置密度最高,也是唯一雷達網環繞全部海岸線的國家。

雷達會發射電波訊號至觀測區域,以都卜勒效應的原理分析回波訊號,便能得到物體的大小、距離、方位、高度、速度等資訊,整合兩座雷達的觀測數據,就能取得海流速度與方向資訊。海洋中心沿著海岸線,每隔70至90公里建置一座雷達站,台灣東西岸的雷達測站採用頻率為5MHz,台灣島南北則因地形限制,無法如東西岸大規模「掃描」,遂改採用13MHz的頻率,提高資料解析度。

傳統多利用研究船、漂流浮標或錨碇浮標執行海象觀測任務,但單點量測的範圍侷限於觀測設備通過的路線上,傳統方式不僅成本較高,海象變幻不定也增添任務風險。TOROS則可大面積、近即時、全天候不間斷的「掃描」,偵測表層海流資料。

雷達與探測船比較
TOROS與研究船海觀測成果差異圖。藍色箭頭為TOROS觀測的海流資訊,紅色軌跡為研究船獲取的資訊。研究船主要提供航線上的流速觀測,需要長時間連續航行;TOROS則能在短時間內大範圍觀測。圖/賴堅戊提供。

「追逐潮流」的任務 就找TOROS支援前線

黑潮相關主題是台灣最活躍的海洋研究題材之一,建置TOROS系統的最初目的也是為了黑潮相關研究,後來延伸出許多應用。掌握海流的速度與方向可以做什麼呢?TOROS除了提供氣象、海洋研究、海洋工程所需的第一手觀測資料,對各機關監測海洋環境、海洋汙染擴散、海難搜救、海洋遊憩風險管理等領域也是一大助力。

中央氣象局海象測報中心主任滕春慈說,海流之於船舶猶如風之於飛機,精確的海流資訊能幫助船舶制定航線,更準確地安排停靠港口的時程,判斷要跟隨或避開主要海流;海流加上海溫對漁業是很重要的資訊,冷暖海流交會處是良好的漁場所在,知道海流流向也就知道魚群動態。滕春慈表示,目前氣象局的海流預報是整合潮汐、流體運動模式等等的模擬結果,若引進TOROS實際觀測的數據,會先用於驗證現行的模擬系統。

TOROS也是海上救援的得力助手!炎炎夏日,大家一窩蜂湧向陽光、沙灘、海浪,但意外時有所聞,根據海巡署統計,2008至2014年七年之間,執行救生救難案件達3301件。去年六月,TOROS團隊剛在墾丁建置三座雷達站,南灣發生遊客落水失蹤事件,海巡署向TOROS團隊尋求幫助,希望協助分析海流流向。團隊根據雷達觀測數據模擬物體漂流方向,推估失蹤者仍在南灣海域內,尚未被帶離海灣、隨黑潮被帶往東部,最後海巡署果真在推測地點附近尋獲失蹤者。未來若將TOROS的資訊導入海巡署的海難搜救系統,海難預防與搜救都會更有效率。

墾管處於「岸際海域活動管理作業要點」中制定戲水限制,當持續浪高一米,就會插紅旗、禁止遊客戲水。但戲水者會不會被海浪捲走,依據海流流向判斷會更準確,浪高也有可能流向往內。海洋中心已與墾管處合作,提供墾丁周遭海域的表層海流觀測資訊,協助墾管處管理遊憩風險,雙方去年就架設了資訊交換平台作為測試(此平台目前暫停中,今年夏天會再度開站)。不過,突發性的「瘋狗浪」就不在TOROS的「守備範圍」內了。

南灣海流
(左)海洋中心為墾管處架設的「遊憩風險管理資訊交換平台」 (右)2014年6月墾丁發生遊客落水失蹤事件時,海洋中心根據雷達觀測數據模擬漂流方向。圖/TOROS 團隊提供。

觀察海洋生物行蹤也是TOROS著力點,賴堅戊說,近期計畫是五月與墾管處及海洋生物學家合作,觀察墾丁海域的珊瑚產卵。日後雷達觀測如果在特定海域看到魚苗,也可以依據海流資訊反推魚兒的迴游路徑,協助海洋生態研究。

環島三圈尋測點 盡走有蛇出沒的偏僻海邊

TOROS團隊成員近十人,背景領域來自海洋工程、海洋科學、電子、電機,團隊環島三圈,走遍台灣1200公里的海岸線,尋覓建測站的適合地點。因為雷達易受地形影響,海岸線的突出處是設立測站的理想地點,這些地方多為風景區或軍事碉堡,大多為國家單位所有,土地取得過程相當複雜;因位處偏僻,建設水電與電信等基礎設施也相當麻煩,「而且草裡面都有蛇!我們要常常與蛇為伍,但位在保護區又不能除草!」賴堅戊笑說,他與另一個成員工作時兩度差點踩到蛇,「他都不想跟我一起工作了!」

當團隊找到合適地點,會先將雷達擺在那裡一星期,進行一連串測試,看看該地的訊號品質、是否太多干擾、與相鄰測站資料整合結果如何,若該地訊號品質不佳,就要換個地方。較另類的經驗是在貓鼻頭,成員發現訊號被另一股訊號覆蓋了,轉開收音機,調至儀器顯示的頻段,結果是從外國傳來的廣播節目,團隊只好寫信請廣播電台調整波段(NCC主管頻譜分配,於法有據);後灣的測站還曾遭竊,蘋果電腦被偷,幸好資料數據都有備份保存。

雷達站
海洋雷達的發射天線(左)與接收天線(右)。圖/取自海洋環境資料庫網站。

流場圖逐時更新 未來增加海嘯預報

團隊成員廖建明博士說,未來計畫在離島增建測站,多一個測站的資訊可讓數據更清晰精確,也可充作備援系統,萬一某測站故障「罷工」,仍有兩座雷達可以合成資訊。日本311的災難掀起許多地震與海嘯的討論,菲律賓西方南海的馬尼拉海溝被視為潛在風險,未來團隊也將開發海嘯波預警偵測功能,提供一兩百公里外海嘯波傳遞的觀測訊息,因應馬尼拉海溝發生地震時可能引發之海嘯。

TOROS觀測所得的資料「圖像」會登於「海洋環境資料庫」網站上,每小時更新一次周圍流場圖,但海流數據是軍事敏感資訊,若需要詳細的流速與流向數值,須向國研院申請。海洋中心另設有一個「海象模擬平台」,更新頻率與大氣預報同步,一天兩次(颱風天會增加預報頻率),亦有未來72小時的海象預測。TOROS的原始資料則依照「國家機密保護法」暫不開放,國防部與科技部尚在研擬資料釋出的方式。

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劉珈均
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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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用這劑補好新冠預防保護力!防疫新解方:長效型單株抗體適用於「免疫低下族群預防」及「高風險族群輕症治療」
鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
・2023/01/19 ・2874字 ・閱讀時間約 5 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

本文由 台灣感染症醫學會 合作,泛科學企劃執行。

  • 審稿醫生/ 台灣感染症醫學會理事長 王復德

「好想飛出國~」這句話在長達近 3 年的「鎖國」後終於實現,然而隨著各國陸續解封、確診消息頻傳,讓民眾再度興起可能染疫的恐慌,特別是一群本身自體免疫力就比正常人差的病友。

全球約有 2% 的免疫功能低下病友,包括血癌、接受化放療、器官移植、接受免疫抑制劑治療、HIV 及先天性免疫不全的患者…等,由於自身免疫問題,即便施打新冠疫苗,所產生的抗體和保護力仍比一般人低。即使施打疫苗,這群病人一旦確診,因免疫力低難清除病毒,重症與死亡風險較高,加護病房 (ICU) 使用率是 1.5 倍,死亡率則是 2 倍。

進一步來看,部分免疫低下病患因服用免疫抑制劑,使得免疫功能與疫苗保護力下降,這些藥物包括高劑量類固醇、特定免疫抑制之生物製劑,或器官移植後預防免疫排斥的藥物。國外臨床研究顯示,部分病友打完疫苗後的抗體生成情況遠低於常人,以器官移植病患來說,僅有31%能產生抗體反應。

疫苗保護力較一般人低,靠「被動免疫」補充抗新冠保護力

為什麼免疫低下族群打疫苗無法產生足夠的抗體?主因為疫苗抗體產生的機轉,是仰賴身體正常免疫功能、自行激化主動產生抗體,這即為「主動免疫」,一般民眾接種新冠疫苗即屬於此。相比之下,免疫低下病患因自身免疫功能不足,難以經由疫苗主動激化免疫功能來保護自身,因此可採「被動免疫」方式,藉由外界輔助直接投以免疫低下病患抗體,給予保護力。

外力介入能達到「被動免疫」的有長效型單株抗體,可改善免疫低下病患因原有治療而無法接種疫苗,或接種疫苗後保護力較差的困境,有效降低確診後的重症風險,保護力可持續長達 6 個月。另須注意,單株抗體不可取代疫苗接種,完成單株抗體注射後仍需維持其他防疫措施。

長效型單株抗體緊急授權予免疫低下患者使用 有望降低感染與重症風險

2022年歐盟、英、法、澳等多國緊急使用授權用於 COVID-19 免疫低下族群暴露前預防,台灣也在去年 9 月通過緊急授權,免疫低下患者專用的單株抗體,在接種疫苗以外多一層保護,能降低感染、重症與死亡風險。

從臨床數據來看,長效型單株抗體對免疫功能嚴重不足的族群,接種後六個月內可降低 83% 感染風險,效力與安全性已通過臨床試驗證實,證據也顯示針對台灣主流病毒株 BA.5 及 BA.2.75 具保護力。

六大類人可公費施打 醫界呼籲民眾積極防禦

台灣提供對 COVID-19 疫苗接種反應不佳之免疫功能低下者以降低其染疫風險,根據 2022 年 11 月疾管署公布的最新領用方案,符合施打的條件包含:

一、成人或 ≥ 12 歲且體重 ≥ 40 公斤,且;
二、六個月內無感染 SARS-CoV-2,且;
三、一周內與 SARS-CoV-2 感染者無已知的接觸史,且;
四、且符合下列條件任一者:

(一)曾在一年內接受實體器官或血液幹細胞移植
(二)接受實體器官或血液幹細胞移植後任何時間有急性排斥現象
(三)曾在一年內接受 CAR-T 治療或 B 細胞清除治療 (B cell depletion therapy)
(四)具有效重大傷病卡之嚴重先天性免疫不全病患
(五)具有效重大傷病卡之血液腫瘤病患(淋巴肉瘤、何杰金氏、淋巴及組織其他惡性瘤、白血病)
(六)感染HIV且最近一次 CD4 < 200 cells/mm3 者 。

符合上述條件之病友,可主動諮詢醫師。多數病友施打後沒有特別的不適感,少數病友會有些微噁心或疲倦感,為即時處理發生率極低的過敏性休克或輸注反應,需於輸注時持續監測並於輸注後於醫療單位觀察至少 1 小時。

目前藥品存放醫療院所部分如下,完整名單請見公費COVID-19複合式單株抗體領用方案

  • 北部

台大醫院(含台大癌症醫院)、台北榮總、三軍總醫院、振興醫院、馬偕醫院、萬芳醫院、雙和醫院、和信治癌醫院、亞東醫院、台北慈濟醫院、耕莘醫院、陽明交通大學附設醫院、林口長庚醫院、新竹馬偕醫院

  • 中部

         大千醫院、中國醫藥大學附設醫院、台中榮總、彰化基督教醫療財團法人彰化基督教醫院

  • 南部/東部

台大雲林醫院、成功大學附設醫院、奇美醫院、高雄長庚醫院、高雄榮總、義大醫院、高雄醫學大學附設醫院、花蓮慈濟

除了預防 也可用於治療確診者

長效型單株抗體不但可以增加免疫低下者的保護力,還可以用來治療「具重症風險因子且不需用氧」的輕症病患。根據臨床數據顯示,只要在出現症狀後的 5 天內投藥,可有效降低近七成 (67%) 的住院或死亡風險;如果是3天內投藥,則可大幅減少到近九成 (88%) 的住院或死亡風險,所以把握黃金時間盡早治療是關鍵。

  • 新冠治療藥物比較表:
藥名Evusheld
長效型單株抗體
Molnupiravir
莫納皮拉韋
Paxlovid
倍拉維
Remdesivir
瑞德西韋
作用原理結合至病毒的棘蛋白受體結合區域,抑制病毒進入人體細胞干擾病毒的基因序列,導致複製錯亂突變蛋白酵素抑制劑,阻斷病毒繁殖抑制病毒複製所需之酵素的活性,從而抑制病毒增生
治療方式單次肌肉注射(施打後留觀1小時)口服5天口服5天靜脈注射3天
適用對象發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與兒童(12歲以上且體重至少40公斤)的輕症病患。發病5天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人(18歲以上)的輕症病患。發病7天內、具有重症風險因子、未使用氧氣之成人與孩童(年齡大於28天且體重3公斤以上)的輕症病患。
*Remdesivir用於重症之適用條件和使用天數有所不同
注意事項病毒變異株藥物交互作用孕婦哺乳禁用輸注反應

免疫低下病友需有更多重的防疫保護,除了戴口罩、保持社交距離、勤洗手、減少到公共場所等非藥物性防護措施外,按時接種COVID-19疫苗,仍是最具效益之傳染病預防介入措施。若有符合施打長效型單株抗體資格的病患,應主動諮詢醫師,經醫師評估用藥效益與施打必要性。

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鳥苷三磷酸 (PanSci Promo)_96
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柔軟的導電革命:前所未見的無序高分子導體
linjunJR_96
・2022/12/30 ・1995字 ・閱讀時間約 4 分鐘

只有金屬會導電?

怎麼樣的材料能導電?這個問題的答案或許將永遠改寫。

怎麼樣的材料能導電?金屬?這個問題的答案或許將永遠改寫。圖/pexels

芝加哥大學的研究團隊發現了一種新的合成材料,擁有塑膠般柔軟的非晶體結構,同時又有金屬般的導電性質。

講到導體,首先會想到的是老字號的金屬家族。金銀銅鐵這類材料是由單一金屬原子排列成整齊的晶格,自由電子可以穿梭其中。大約從十八世紀開始,科學家便知道常見的金屬可以用來傳導電荷,並將物質分為導體和橡膠這類的絕緣體。利用金屬電纜和元件,人們打造了公共電力網和電力火車頭,將人類社會帶進了電氣時代。

利用金屬電纜和元件,人們打造了公共電力網和電力火車頭,將人類社會帶進了電氣時代。圖/pexels

相隔許久後,二十世紀後半幾次意外的實驗讓科學家發現聚乙炔這種高分子聚合物在摻雜了些許碘原子之後,也能表現出良好的導電性。這完全顛覆了人們對於導體的認知:

原來除了金屬材料之外,塑膠聚合物也可以作為導體。

和傳統無機材料比起來,導電聚合物的製程簡單便宜,也有較好的可塑性,被俗稱為「導電塑膠」。這種突破性的材料帶來了新一波的電子產品,像是有機發光二極體(OLED)螢幕、有機太陽能電池、以及有機半導體科技等等。

儘管有著導電塑膠的響亮名號,但是導電聚合物和金屬導體一樣,都有緊密整齊的晶格結構,讓特定能量的電子可以順暢地流通。事實上,現代的固態理論認定固態材料必須要有這些整齊排列的晶格,才能有效地傳導電力。像是玻璃、黏土、橡膠這些結構無序的非晶體材料則肯定無法導電。

從左到右分別是有序的晶體、無序的非晶體、和氣體。圖/ Encyclopædia Britannica

再一次超越想像,無序材料也能導電

不過芝加哥大學博士生 Jiaze Xie(現為普林斯頓大學博士後研究員)近期發現了另外一種可能性。他選擇了 TTFtt 這種高分子作為嘗試的目標。TTF 結構本身在數年前就已經被發現可以作為導電高分子的組成單元,但因為合成技術困難,並沒有受到研究圈的關注。Jiaze Xie 將鎳原子鑲在碳原子和硫原子組成的長鏈上,合成出全新的 NiTTFtt,開始了一系列的實驗。

在實驗室中,NiTTFtt 展現了不錯的導電性。但最令人驚訝的是,X 射線繞射結果顯示它的分子結構是無序的,沒有整齊的晶格結構。它是一種理論上不該存在的「無序高分子」導體。

事實上,NiTTFtt 的質地就像是小朋友的玩具黏土一樣,只要將一坨 NiTTFtt 黏在電路上,就可以開始導電。這表示它有著幾乎無人能敵的可塑性。除此之外,它還十分的穩定。實驗人員將它加熱到攝氏兩百多度、放在潮濕的空氣中幾十天、在它身上滴強酸強鹼,想盡各種方式考驗它,但它的導電性在各種條件下幾乎都能保持穩定,顯示其實際應用的潛力不容小覷。

這種被現有理論排除的材料為什麼有辦法存在呢?研究團隊利用掃描式電子顯微鏡和 X 光繞射的探測結果建構出了下圖的原子結構模型,企圖對這種前所未見的材料提出解釋。

每個綠色的鎳原子為基準可以看出一個個扁平的組成單元,他們首先組成長長的一維長條。圖/參考資料

以每個綠色的鎳原子為基準可以看出一個個扁平的組成單元。他們首先組成長長的一維長條(左),平行堆疊成千層派一樣的結構(中),並橫向排列形成立體的材料(右)。注意到每個長條排列的方向雖然一樣,但是並不需要有規律的秩序。

透過理論計算和電腦模擬,研究團隊發現長條之間即使經過平移或是扭曲,電子活動的範圍還是能維持足夠的重疊,讓電子能夠穿過不規則排列的千層派結構。也就是說,NiTTFtt 的特殊原子結構使得其導電性能在非結晶結構下屹立不搖。

獨一無二的特性,或許可以帶來更多的突破

NiTTFtt 獨一無二的材料性質顛覆了固態物理的既有認知,讓這份研究登上了《自然》期刊。由於電子產品是如此無所不在,任何關於導電材料的發展都會帶來無限的可能性。NiTTFtt 的可塑性以及耐溫耐濕耐酸鹼的超人特性開啟了許多傳統導體無法想像的機會。

研究團隊向全世界示範了有機分子只要有適當的結構,就可以在非結晶排列下維持金屬般的導體性質。他們也期待「無序高分子」導體能夠像金屬導體和導電聚合物兩位大前輩一樣,為人類社會帶來革命性的科技突破。

參考資料

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油炸的聲音學:水滴在油鍋中的三種爆炸方式
linjunJR_96
・2022/12/28 ・2397字 ・閱讀時間約 4 分鐘

國民法官生存指南:用足夠的智識面對法庭裡的一切。

廚房小秘訣:用竹筷試油溫,原理是什麼?

傳統的烹飪智慧告訴我們,要判別油鍋的溫度不需要溫度計,只要插入油鍋的竹筷周圍開始浮現細小的氣泡,便表示油鍋溫度已達,可以開始放入食材。另外,煎牛排或是炒菜時,如果在食材下鍋的當下沒有聽到美味的滋滋聲,通常便表示溫度太低,無法做出漂亮的料理。

在廚房中,我們時常可以靠耳朵來測量溫度。這些氣泡和相應的 嗶啵聲來自於筷子(或食材)中的水分碰到滾燙的油鍋時,瞬間蒸發產生的微小爆炸。

傳統的烹飪智慧告訴我們,要判別油鍋的溫度不需要溫度計。圖/pexels

猶他州立大學機械航太工程系的木山景仁(Akihito Kiyama)對這個現象很有興趣,拿起高速攝影機和麥克風紀錄了竹筷插入熱油中的事件,希望能仔細觀察熱油中的劇烈反應。出乎意料的是,他發現油鍋中的水滴在爆破時有三種主要的型態,各個所產生的氣泡形狀及爆破聲音都非常特別。

做為一個初步實驗,他首先直接將浸過水的竹筷插入高溫油鍋內。下圖可以看到氣泡的數量和大小都明顯和溫度成正相關,看來流傳許久的廚房秘訣沒有讓我們失望。

可以看到氣泡的數量和大小都明顯和溫度成正相關。圖/作者提供

此外,他也觀察到氣泡數量和筷子中的含水量有明顯的關聯,沒有事先浸水的竹筷產生的氣泡少很多。另一方面,若是改用乾燥的金屬筷則不會觀察到任何氣泡,因為當中幾乎沒有任何水分。

顯然的,水分多寡是重點。但由於每雙竹筷的組成與含水量較難控制,研究團隊改用一條兩端懸掛的U形鐵絲,浸水後連著底部沾黏的水珠一同緩緩放入熱油中,等同於是在油炸一顆水珠,將實驗聚焦在水滴帶來的氣泡爆破。

氣泡的三種型態

利用每秒一萬張的高速攝影以及近距離收音的麥克風,研究團隊企圖進一步觀察爆破過程的細節以及產生的聲音特性。

根據爆炸時的不同深度,他觀察到三種氣泡型態:

第一種是爆破型氣泡。當水滴幾乎一接觸到油面就蒸發膨脹,引發一個凸出油面的圓形氣泡。最後在破裂時噴濺出大量的油滴。

爆破型氣泡。影/作者提供

第二種的拉長型氣泡在較深的位置才開始膨脹,因此沒有造成液面破裂,反而是朝上射出高高的柱狀熱油,同時氣泡則向下延伸形成一個長形的空氣室。

拉長型氣泡。影/作者提供

爆破型和拉長型氣泡的聲音雖然聽起來不太一樣,但是頻率特徵基本上大同小異,都是 1400 的赫茲清脆爆破聲響。值得一提的是,在這兩種情況下爆破聲響都不是來自油面上可見的泡泡破裂。從高速影像和錄音結果的比對可以發現,聲音的最大值明顯出現在泡泡破掉前的膨脹階段。此時的高溫蒸氣快速膨脹,劇烈壓力改變帶來空氣震波,基本上和空氣中炸彈發聲的原理一模一樣。因此說這些氣泡正在「爆炸」可是一點都不誇張。

除了上面兩種氣泡之外,當水珠意外從鐵絲上滑落掉入熱油中,研究人員發現了第三種與眾不同的表現:震盪型氣泡。由於掉落速度較快,水珠一直到較深的位置才開始汽化膨脹,並在液體表面下進行每秒數百次的膨脹收縮,過程持續了幾毫秒,最後消散成數個小氣泡。

震盪型氣泡。影/作者提供

儘管沒有明顯的噴濺或爆破,震盪型氣泡仍然會引發聲響,但聽起來似乎和前面兩者不太一樣,持續時間也較久。仔細一看,聲響的主要頻率竟然和高速影片中氣泡膨脹收縮的頻率不謀而合,都在 800 赫茲左右。研究人員因此推測,震盪型氣泡產生的聲響其實是來自於油面下的高速震盪。

研從上到下分別是爆破型、拉長型、震盪型氣泡。
圖/作者提供

關於震盪行為的起源,研究人員沒有提出直接的解釋。不過他們同時觀察到另一個有趣的現象:氣泡在下方高速震盪時會對熱油表面造成擾動,讓某些原本浮在油面相安無事的小氣泡破裂並噴濺。這顯示熱油表面的氣泡對於物理擾動十分敏感,可能也是造成廚房中熱油噴濺的主要原因之一。

這三種型態,不限於油鍋

說到這,有一個重要的問題還沒問:這三種氣泡的形態和油溫高低有沒有關係呢?也就是,我們能不能用不同的氣泡型態或爆炸音高來判別油溫高低?研究人員嘗試了 170 度到 220 度的常見油溫,發現三種氣泡型態在各種溫度都有機會出現。油溫的最佳判準,或許還是簡單的一根竹筷。

這次研究的眼光也不僅止於家中的廚房。大自然中的液面噴濺,例如海邊拍打的浪花還有火山爆發時的熔岩,會產生懸浮於空中的液體微粒,也就是氣溶膠(Aerosol)。不論是天然還是人工製造氣溶膠,都對環境有很大的影響。來自海浪的海洋氣溶膠主宰了全球氣候,而人為排放的氣溶膠則是我們看到灰濛濛的空氣汙染。

木山景仁和他的團隊希望透過這次研究辨明不同的氣泡種類與相對應的聲音特徵,用於發展音訊偵測技術來監控熱油噴濺或是氣溶膠形成的過程。

下方是研究團隊製作的精華影片,收錄了各種溫度下的竹筷氣泡以及三種氣泡型態的聲響,讓讀者親耳體驗油炸食物的美妙聲響。

各種溫度下的竹筷氣泡以及三種氣泡型態的聲響。影/Youtube

參考資料