網站更新隱私權聲明
本網站使用 cookie 及其他相關技術分析以確保使用者獲得最佳體驗,通過我們的網站,您確認並同意本網站的隱私權政策更新,了解最新隱私權政策

0

0
0

文字

分享

0
0
0

侖琴X射線衛星ROSAT即將重返地球

臺北天文館_96
・2011/10/20 ・1746字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 519 ・六年級

由於地球大氣會吸收來自太空的X射線,因此在地面無法研究X射線天體,必須將X射線望遠鏡放在地球上空的軌道上才能避開地球大氣的影響。侖琴X射線衛星( ROentgen SATellite,Röntgen X-ray observatory,ROSAT)於1990年6月1日發射升空,是當時最大的X射線巡天太空望遠鏡,也是第一架拍攝X射線影像的太空望遠鏡,讓天文學家經由確定X射線源的精確位置與結構,得以研究高能宇宙。

ROSAT是德國、美國和英國合作的計畫,由德國航空中心(German Aerospace Center,DLR)主導,後由德國太空控制中心(German Space Operations Center,GSOC)接手操控。它原本設定的任務時間約18個月,其中前6個月進行全天巡天觀測,列出一份X射線源星表;之後1年再針對星表中的X射線天體進行詳細觀測。後來衛星任務時間不斷展延,直到1998年主恆星追蹤器失效,使得高解析相機(HRI)直接指向太陽而受損,無法修復與再繼續觀測,因此在1999年2月12日才完全結束任務。在這8年多的任務期間,它總共偵測到80,000個X射線源,而衛星上的另一架廣角相機則在極紫外波段偵測到約6000個極紫外輻射源。

在任務期間,ROSAT的軌道高度為585km×565km;退役之後,受到大氣拖曳的阻力影響,使衛星高度逐漸下降。2011年6月,軌道高度已降至離地表僅約327公里。由於目前ROSAT上已無任何推進系統,因此無法控制它的重返大氣(re-entry)過程。不過可以確定的是,一旦ROSAT的軌道高度低於150公里,則它在地球軌道上的時間不會超過一天;一旦軌道高度達到120公里~110公里之間,則存活時間不會超過1圈軌道;軌道高度到80公里左右時,基本上衛星已經處於自由落體狀態,且大氣加熱是最強的時候,故約在此高度開始焚燬、墜落。預測地球上某處的某個人受到此衛星重返大氣傷害的機率為1/2000。

通常在衛星墜毀前1天,預測的墜毀時間點還會有約±5小時的誤差;到墜毀前2小時,預測的墜毀時間也仍有±1次軌道的誤差,相當難以掌握,不過至少已經可以排除絕大部分不會受到影響的區域範圍。

目前科學家預估:原本總質量達2.4噸的ROSAT進入地球大氣時,速度將達每小時28,000公里;在如此高速衝刺狀況下,衛星將逐漸碎裂,一部份碎片在大氣中焚燬,預估最後會有總質量約1.7噸的30個碎片抵達地球表面,佔了ROSAT原質量的70%左右,比一般衛星重返大氣僅約有20~40%殘餘會抵達地面的比例高了許多。其中原因在於:ROSAT最大的碎片很可能是材質極端抗熱而不易焚燬的望遠鏡鏡片,鏡片是由4組拋物面-雙曲面的鏡片組成所謂的I型Wolter望遠鏡(Wolter Type-I Telescope),焦長2.4米,每組鏡片長度約50公分,最大的鏡片直徑約84公分,全部的鏡片由16組支柱支撐,光是這些望遠鏡鏡片本身的總質量就逼近1.7噸。

如同美國的UARS衛星一樣,受到太陽活動影響,目前還無法確定ROSAT重返大氣的精確時間和地點。目前預測比較可能的重返時間是在2011年10月21-24日期間,最可能的時間點落在臺北時間2011年10月23日14:40±30小時,可能的位置落在西伯利亞至俄霍次克海附近,衛星碎片應會沿軌道方向散佈約80公里長。不過,由於衛星軌道傾角約53度,所以在南北緯53度間,下圖藍色與黃色軌跡的位置,都有可能遇見ROSAT重返大氣事件。基本上,預測可能墜落的時間點內,軌跡並未經過臺灣上空,對臺灣地區影響不大。

預測ROSAT重返大氣可能的軌跡與相對地面位置。

圖片說明:
黃色記號:預測ROSAT重返大氣的位置。
橘線:預測地面觀測者可見ROSAT重返大氣的範圍。
藍線:預測重返大氣不確定時間之前的衛星軌跡(每5分鐘標示一個記號)
黃線:預測重返大氣不確定時間之後的衛星軌跡(每5分鐘標示一個記號)
白線:預測重返大氣時間點的晝夜分界線(白色記號為太陽直射位置)

目前這顆衛星的亮度相當於1等星,因此或許無法見到ROSAT重返大氣的壯觀景象,但仍可掌握衛星飛越所在地上空的機會進行觀測,可能飛越臺灣上空的預測資料,可參考Heaven Above網站,其中最有可能進行觀測的是2011年10月23日傍晚17:58前後,不過前提是這顆衛星尚未墜毀的話,臺灣地區才有機會見到。

預測2011年10月23日傍晚ROSAT衛星飛越臺灣上空的軌跡示意圖。

資料來源:ROSAT

DLR:ROSAT re-entry

MPE:The ROSAT Mission

Heaven Above

轉載自台北天文館之網路天文館網站

文章難易度
臺北天文館_96
477 篇文章 ・ 13 位粉絲
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!


0

11
5

文字

分享

0
11
5

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

文章難易度
科技魅癮_96
1 篇文章 ・ 2 位粉絲
《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》