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發現最年輕、正在形成的系外行星

臺北天文館_96
・2011/10/21 ・1118字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 492 ・五年級

天文學家利用位在夏威夷的2座10米凱克望遠鏡(Keck telescopes)首度直接捕捉到一顆正在形成的系外行星影像。

這顆新發現的天體編號為LkCa 15 b,似乎是顆熾熱的「原行星(protoplanet)」,周圍還環繞著一圈溫度較低的塵埃和氣體,且這些塵埃氣體還正落往這顆正在形成的原行星上。影像顯示這顆正在形成的行星恰好位在年輕母星與一個更外側的塵埃盤之間的間隙中。

夏威夷大學(University of Hawaii)天文研究所(Institute for Astronomy)的天文學家Adam Kraus表示:LkCa 15 b是迄今發現的系外行星中最年輕的,年齡大約只有之前已知最年輕系外行星的1/5而已。由於它還處在形成過程中,以往的技術與儀器根本無法測量到這麼靠近母星旁的這類現象。但是藉由2座凱克望遠鏡的自適應光學系統(Adaptive Optics)及孔鏡遮罩干涉(aperture mask interferometry)技術,天文學家才得以首度直擊並測量正在形成的行星以及其周圍的塵埃物質。

干涉技術從1800年代開始發展,但直到7年前開始與自適應光學系統結合之後,天文學家才有能力研究鄰近年輕恆星周圍的細節。其中,自適應光學系統可抵銷地球大氣擾動的干擾,而孔徑遮罩干涉技術則是在望遠鏡前方光路上加裝挖了好幾個洞的小型遮罩來進行干涉觀測,就像是有一組小型鏡片組成的望遠鏡陣列一樣,可以抑制光波變形。如此一來,天文學家便可消除恆星周圍明亮的光輝,讓比較昏暗的行星和塵埃盤顯現出來。

Left: The transitional disk around the star LkCa 15. All of the light at this wavelength is emitted by cold dust in the disk. the hole in the center indicates an inner gap with radius of about 55 times the distance from the Earth to the Sun. Right: An expanded view of the central part of the cleared region, showing a composite of two reconstructed images (blue: 2.1 microns, from November 2010; red: 3.7 microns) for LkCa 15. The location of the central star is also marked.   Credit: Kraus & Ireland 2011  左圖左中可見凱克拍攝到的LkCa 15恆星周圍的塵埃盤,這是由塵埃盤中的低溫塵埃所發出的輻射,塵埃盤中間的空洞是半徑約55AU的間隙。左圖右則是將中間部分再放大,星星記號顯示中央母星的位置,正在形成中的LkCa 15 b與母星相距約11AU左右,約比土星到太陽的距離再稍遠一些。Credit: Kraus & Ireland 2011。

LkCa 15位在金牛座方向,鄰近金牛座Tau星附近,R濾鏡亮度約11.8星等,距離約456光年。LkCa 15 b的發現是在一個巡天計畫中,所找到的位在各恆星形成區內150個富有塵埃的年輕恆星之一。Kraus等人再從中挑選了約10顆恆星進行深入觀測。

The location of LkCa 15 can be found using this chart. Credit: Adam Kraus/IAU/Sky & Telescope

不過LkCa 15並不是Kraus等人的首選目標,只是排名第2的而已,卻讓Kraus等人有此驚訝的發現,讓Kraus等人開心不已。

Kraus等人等人計畫一年後再回頭來以同樣方式觀察LkCa 15 b,看看有沒有什麼變化。不過,屆時他們可能會用各種不同的波段來進行研究,以便蒐集更多資訊。

資料來源:YOUNGEST PLANET SEEN AS IT’S FORMING

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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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》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》