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彗星撞擊會否引起太陽CME爆發?

臺北天文館_96
・2011/10/08 ・1685字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 538 ・八年級

下方是SOHO太陽觀測衛星(Solar and Heliospheric Observatory)的觀測結果,畫面顯示右下角有顆彗星不斷向太陽逼近,最後在2011年10月1日時一頭撞進太陽,旋即在太陽左側發生一場無預期的龐大CME(日冕物質噴發,coronal mass ejection)爆發。

這兩個事件彼此間有沒有關連?太陽物理學家們雖不敢堅決肯定的說「絕對沒有」,但仍傾向於只是恰巧、偶然幾乎同時發生!太陽物理學們認為:因為這個CME發生的區域位在彗星撞擊點的相反太陽面上,兩個位置間相隔甚遠,目前沒有任何已知的機制,證明彗星撞擊會引發CME。事實上,這些非常靠近太陽的彗星應該並不是真的一頭撞上太陽,而是在距離太陽表面頂多近到約100公里之處就被蒸發殆盡,根本沒機會「撞」出CME來。此外,這類撞日或掠日彗星的直徑頂多100公里左右,外層鬆散冰雪物質在接近太陽時被蒸發,剩下的彗核更小,要想撼動太陽這個直徑高達140萬公里的龐大天體,想來機會渺小。

這顆彗星編號為SOHO-2143,由4位業餘天文愛好者幾乎同時(前後差僅約9秒)在9月30日的SOHO衛星LASCO C3日冕儀影像中發現,屬掠日彗星中的克魯茲族彗星(Kreutz sungrazer)。由於發現時已經很靠近太陽,所以隔天的10月1日,就被太陽強大重力牽引而以每秒600公里的高速撞上太陽。從C3影像中左方亮度約0等~-1等的水星,彗星專家們判定SOHO-2143彗星的亮度與水星相當或甚至比水星還亮,認為這是歷年來最亮的克魯茲族彗星之一。

CME是太陽最外層的大氣層—日冕中所發生的現象,其發生與太陽表面磁場比較強而混亂的太陽黑子和活動區有關。CME發生時,會將大量帶電粒子拋入太空。

在2011年之前,絕大部分的太陽物理家對CME爆發和彗星撞擊兩種事件認為應無關連,但在2011年初時,太陽動力觀測站(Solar Dynamics Observatory,SDO)曾觀測到另一個掠日彗星消失在太陽大氣中,且似乎與它落點周圍的電漿和磁場有交互作用。會否因彗星撞擊而引起磁場不穩定,並因磁場不穩定向外擴張而引起強烈的CME爆發?很可能這只是一連串的巧合,不過太陽物理學家還是決定應該仔細檢視一下。

關於不同事件會不會互相影響一事,下方動畫是SDO於10月1日觀測的結果,畫面中可見到太陽表面有兩起太陽閃焰(solar flare)爆發,且非常確定這兩起爆發有關連性。這兩起太陽閃焰發生的時間間隔非常短,發生點是在非常龐大的黑子群AR 1302和新出現的黑子群AR 1305。從SDO觀測影像,科學家認識到:某些事件真的是會彼此關連的,例如在這次案例中,AR1302和1305雖然相隔甚遠,將近達1/4半球,但它們的磁場居然是連在一起的,所以才會一個爆發完後、另一處迅及發生爆發。這種狀況稱為「纏結爆發(entangled eruptions)」,如骨牌效應一般,事件彼此影響,一個接一個發生。不過這是太陽表面本身的現象,而非太陽現象與彗星之間的關連,不能完全做為佐證。

這個話題不僅對太陽物理學家而言是個挑戰,連彗星專家們都加入攻防爭辯的戰局。正反辯方都各自舉例證明:何時有克魯茲彗星接近或撞擊又幾乎同時發生CME,或是何時有大型克魯茲彗星接近或撞擊太陽但並沒有伴隨發生CME等等。

根據美國海軍天文實驗室太陽物理學家們和Bad Astronomy網站Phil Plait博士的說法:當太陽非常活躍時,每天會發生約10~12次的CME,有時甚至更多;所以平均而言,每2小時左右就有個CME。回過頭來檢視那顆彗星,當它消失在LASCO C2日冕儀遮罩邊緣時,至少還要1小時以上才等抵達太陽表面附近。所以他們初估:每個出現在LASCO日冕儀影像中的彗星,有50%的機率會遇到CME爆發。此外,根據他們先前的研究統計:事實上,掠日彗星並不會引發CME,有時甚至反而會抑制CME發生。

其次,從另兩架以幾乎與地球垂直的角度觀察太陽的STEREO A和STEREO B衛星影像可見,這顆彗星似乎沒碰到太陽就消失了,而隨後的CME爆發點和這顆彗星消失點也有段距離關係。

以下是Phil Plait博士為此特別拍攝的一段解釋短片。影片中融合了SOHO LASCO C2和STEREO的影像。從影像中可見,當SOHO-2143彗星接近太陽時,不是1群、而是共有3群CME陸續爆發呢!但顯然它們的爆發都與彗星無關。所以這些科學家們還是堅持:SOHO-2143與CME,巧合啦!

資料來源:Did a Comet Hit Cause an Explosion on the Sun?

 Big comet, big CME… big coincidence?

The comet and the Coronal Mass Ejection

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轉載自台北天文館之網路天文網網站

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臺北天文館_96
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臺北市立天文科學教育館是國內最大的天文社教機構,我們以推廣天文教育為職志,做為天文知識和大眾間的橋梁,期盼和大家一起分享天文的樂趣!


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揭開人體的基因密碼!——「基因定序」是實現精準醫療的關鍵工具

科技魅癮_96
・2021/11/16 ・1998字 ・閱讀時間約 4 分鐘

為什麼有些人吃不胖,有些人沒抽菸卻得肺癌,有些人只是吃個感冒藥就全身皮膚紅腫發癢?這一切都跟我們的基因有關!無論是想探究生命的起源、物種間的差異,乃至於罹患疾病、用藥的風險,都必須從了解基因密碼著手,而揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。

揭開基因密碼的關鍵工具就是「基因定序」技術。圖/科技魅癮提供

基因定序對人類生命健康的意義

在歷史上,DNA 解碼從 1953 年的華生(James Watson)與克里克(Francis Crick)兩位科學家確立 DNA 的雙螺旋結構,闡述 DNA 是以 4 個鹼基(A、T、C、G)的配對方式來傳遞遺傳訊息,並逐步發展出許多新的研究工具;1990 年,美國政府推動人類基因體計畫,接著英國、日本、法國、德國、中國、印度等陸續加入,到了 2003 年,人體基因體密碼全數解碼完成,不僅是人類探索生命的重大里程碑,也成為推動醫學、生命科學領域大躍進的關鍵。原本這項計畫預計在 2005 年才能完成,卻因為基因定序技術的突飛猛進,使得科學家得以提前完成這項壯舉。

提到基因定序技術的發展,早期科學家只能測量 DNA 跟 RNA 的結構單位,但無法排序;直到 1977 年,科學家桑格(Frederick Sanger)發明了第一代的基因定序技術,以生物化學的方式,讓 DNA 形成不同長度的片段,以判讀測量物的基因序列,成為日後定序技術的基礎。為了因應更快速、資料量更大的基因定序需求,出現了次世代定序技術(NGS),將 DNA 打成碎片,並擴增碎片到可偵測的濃度,再透過電腦大量讀取資料並拼裝序列。不僅更快速,且成本更低,讓科學家得以在短時間內讀取數百萬個鹼基對,解碼許多物種的基因序列、追蹤病毒的變化行蹤,也能用於疾病的檢測、預防及個人化醫療等等。

在疾病檢測方面,儘管目前 NGS 並不能找出全部遺傳性疾病的原因,但對於改善個體健康仍有積極的意義,例如:若透過基因檢測,得知將來罹患糖尿病機率比別人高,就可以透過健康諮詢,改變飲食習慣、生活型態等,降低發病機率。又如癌症基因檢測,可分為遺傳性的癌症檢測及癌症組織檢測:前者可偵測是否有單一基因的變異,導致罹癌風險增加;後者則針對是否有藥物易感性的基因變異,做為臨床用藥的參考,也是目前精準醫療的重要應用項目之一。再者,基因檢測後續的生物資訊分析,包含基因序列的註解、變異位點的篩選及人工智慧評估變異點與疾病之間的關聯性等,對臨床醫療工作都有極大的助益。

基因定序有助於精準醫療的實現。圖/科技魅癮提供

建立屬於臺灣華人的基因庫

每個人的基因背景都不同,而不同族群之間更存在著基因差異,使得歐美國家基因庫的資料,幾乎不能直接應用於亞洲人身上,這也是我國自 2012 年發起「臺灣人體生物資料庫」(Taiwan biobank),希望建立臺灣人乃至亞洲人的基因資料庫的主因。而 2018 年起,中央研究院與全臺各大醫院共同發起的「臺灣精準醫療計畫」(TPMI),希望建立臺灣華人專屬的基因數據庫,促進臺灣民眾常見疾病的研究,並開發專屬華人的基因型鑑定晶片,促進我國精準醫療及生醫產業的發展。

目前招募了 20 萬名臺灣人,這些民眾在入組時沒有被診斷為癌症患者,超過 99% 是來自中國不同省分的漢族移民人口,其中少數是臺灣原住民。這是東亞血統個體最大且可公開獲得的遺傳數據庫,其中,漢族的全部遺傳變異中,有 21.2% 的人攜帶遺傳疾病的隱性基因;3.1% 的人有癌症易感基因,比一般人罹癌風險更高;87.3% 的人有藥物過敏的基因標誌。這些訊息對臨床診斷與治療都相當具實用性,例如:若患者具有某些藥物不良反應的特殊基因型,醫生在開藥時就能使用替代藥物,避免病人服藥後產生嚴重的不良反應。

基因時代大挑戰:個資保護與遺傳諮詢

雖然高科技與大數據分析的應用在生醫領域相當熱門,但有醫師對於研究結果能否運用在臨床上,存在著道德倫理的考量,例如:研究用途的資料是否能放在病歷中?個人資料是否受到法規保護?而且技術上各醫院之間的資料如何串流?這些都需要資通訊科技(ICT)產業的協助,而醫師本身相關知識的訓練也需與時俱進。對醫院端而言,建議患者做基因檢測是因為出現症狀,希望找到原因,但是如何解釋以及病歷上如何註解,則是另一項重要議題。

從人性觀點來看,在技術更迭演進的同時,對於受測者及其家人的心理支持及社會資源是否相應產生?回到了解病因的初衷,在知道自己體內可能有遺傳疾病的基因變異時,家庭成員之間的情感衝擊如何解決、是否有對應的治療方式等,都是值得深思的議題,也是目前遺傳諮詢門診中會詳細解說的部分。科技的初衷是為了讓人類的生活變得更好,因此,基因檢測如何搭配專業的遺傳諮詢系統,以及法規如何在科學發展與個資保護之間取得平衡,將是下一個基因時代的挑戰。

更多內容,請見「科技魅癮」:https://charmingscitech.pse.is/3q66cw

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科技魅癮_96
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《科技魅癮》的前身為1973年初登場的《科學發展》月刊,每期都精選1個國際關注的科技議題,邀請1位國內資深學者擔任客座編輯,並訪談多位來自相關領域的科研菁英,探討該領域在臺灣及全球的研發現況及未來發展,盼可藉此增進國內研發能量。 擋不住的魅力,戒不了的讀癮,盡在《科技魅癮》