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這一次,大家都在搶ALMA – 臺灣好讚!

臺北天文館_96
・2011/11/02 ・1853字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 545 ・八年級

ALMA-FESV

天文學家迫不及待,全球功能最強大的地面型天文觀測儀器「阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列」(The Atacama Large Millimeter/submillimeter Array, ALMA)2011年9月30日起,正式開始先期科學觀測(ALMA Cycle 0 Early Science)。由於ALMA具備了高靈敏度與高角解析度,這一次~大家都在「搶」!全球天文學家積極爭取成為這座最先進天文觀測儀器的首批使用者,次毫米波段宇宙將會打開一扇雄偉窗戶,天文研究觸角也將深深觸及宇宙中「最暗、最冷、最遠」、前所不為人知的各種奧祕中。

過去幾個月,ALMA評審委員會一共收到了來自世界各國900餘件的觀測申請計畫,罕見的激烈競爭,幾乎不下哈柏太空望遠鏡,最後,僅112件觀測計畫被選為高度優先,臺灣天文團隊即囊括8件(佔7%),成果豐碩。中研院天文所李景輝副研究員和王為豪助研究員,分別以了解恆星形成為主題的「測量原恆星噴流旋轉速度」計畫,和了解宇宙早期遙遠星系重要特性為主題的「觀測伽瑪射線爆宿主星系」計畫,通過評審並取得珍貴的觀測時間。

10月25日已經從ALMA取得觀測結果的王為豪博士,計畫要用ALMA來觀測早期宇宙的「伽瑪射線爆宿主星系」,因為「伽瑪射線爆發」是宇宙中能量最強的爆炸事件,而且一般認為,大多數伽瑪射線爆發生原因,是和大質量恆星驟然死亡有關,這些大質量恆星多數位置在比較遙遠的星系裡,(這些星系在此被稱為「宿主星系」:”Host Galaxy”)。然而,現階段學界對於宿主星系的理解還很薄弱。

為什麼認識「伽瑪射線爆宿主星系」很不容易,為什麼它面貌難以看清?王為豪解釋說:來自「伽瑪射線爆宿主星系」的輻射,幾乎在每個波長中都非常微弱,但是,儘管如此,靈敏度很高且威力強大的ALMA,卻可以在「次毫米」這個波段中偵測得到來自這類星系所發出的輻射,「這將幫助我們了解『伽瑪射線爆宿主星系』形成年輕大質量恆星的速度有多快,這正是星系的基本特性之一,一旦我們更清楚了解到這種星系有什麼特性,並更了解它和伽瑪射線爆間的關聯時,我們將可以更有效利用伽瑪射線爆來進一步探測宇宙中其他許多最遙遠、最早期的星系。」伽瑪射線爆這種高能量的爆炸事件,能穿過遙遠距離為我們傳簡訊,王為豪將它比喻為宇宙中的「烽火臺」-是一種會打出暗號、很好用的工具,只要透過這些爆發事件,我們就可以知道遙遠宇宙最前線邊境「戰況如何」。

本院天文所副研究員李景輝所主持的另一觀測計畫也同樣獲選,他表示:「利用ALMA 前所未有的角分辨率,我們將為一顆位於獵戶座的年輕恆星所發出的噴流進行繪圖,以測量噴流的旋轉速度,並可首度確認噴流在恆星形成中是否具有移除多餘角動量的作用。ALMA是目前最強大,可用來深入了解此類細節的最佳工具。」測量噴流旋轉速度需要極高的角解析度,ALMA是當今獨一無二的首選。

阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列計畫是在毫米波和次毫米波段進行觀測,其波長較可見光長約1,000倍。由於使用較長的波長,天文學家可以研究太空中極低溫的物體,如形成了恆星和行星的氣體、宇宙塵埃緻密雲,及宇宙早期、距離遙遠的黯淡天體等等。

中研院天文所特聘研究員兼所長賀曾樸對於天文所能獲選參與如此享譽國際之天文觀測表達了感想:「能夠參與ALMA國際合作計畫,是臺灣電波天文發展計畫的一個顛峰;透過天文所,結合了學界、業界、科學家與工程師,在大家的共同努力下,臺灣已為全球科學發展作出重要的貢獻。」

ALMA-FESV

中研院天文所於2005 與2008 年分別與「ALMA-日本」團隊以及與「ALMA-北美」團隊合作,代表臺灣參與此項計劃。中研院天文所「ALMA-臺灣」團隊科學家呂聖元博士表示,「一座望遠鏡的接收機前段系統就好比一個人眼睛的視網膜,讓望遠鏡能夠真正的『看』天空。」ALMA-臺灣團隊結合了本地工業界的力量,建置「東亞接收機前段整合測試中心」(East Asian Front End Integration Center;FEIC),負責檢測並且已經交付十五組接收機前段系統至智利。

另外,臺灣團隊(包含本院天文所、中山科學研究院、磁震科技公司和啟昌工業公司)還負責主導兩輛「前段維護特種車」(Front End Service Vehicle;FESV)的製造。FESV是可以舉升到最高6.5公尺、具「環控功能」的特種車,能執行高山觀測基地嚴苛環境下的天線陣列維護任務。臺製首輛FESV以國花「梅花」命名,已於今年8月抵達智利並成功通過5,000公尺高海拔服務檢測。「梅花」的適時加入,為陣列再添另一關鍵配備,它將增進陣列運作與維護之安全與效率,降低研究中斷之風險與陣列運轉之碳排量。第二輛由臺灣製造之FESV以臺灣國寶級鳥類「藍鵲」命名,己經完成廠試,於10月25日上船,預計12月初可抵達智利。(取自中研院天文所新聞稿)

資料來源:中研院天文網[2011.11.01]

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》