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掩星觀測顯示鬩神星和冥王星大小幾乎相等

臺北天文館_96
・2011/11/03 ・1722字 ・閱讀時間約 3 分鐘 ・SR值 508 ・六年級

天文學家利用鬩神星掩星的方式,精確測量鬩神星的直徑,結果發現鬩神星的直徑幾乎與冥王星相同;這個結果同時暗示鬩神星的表面反照率比預期還高,很可能在其表面佈滿了均勻的薄冰層。相關論文發表在自然(Nature)期刊中。

鬩神星是太陽系目前已知的5顆矮行星之一,發現至今,一度認為其直徑比冥王星大,而讓天文學決定新增一個分類–矮行星,且造成冥王星被從行星改分類為矮行星的關鍵因素。當鬩神星從某顆遙遠恆星的前方通過時,會掩蓋星光,天文學家可以根據掩星時間長短來精確測定鬩神星的直徑;這是天文學家用以測定遙遠太陽系天體直徑的方法中最精確的,而且常常是唯一的方式。此外,如果多點同時觀測,綜合各地觀測結果後,可估算出這些遙遠天體的大致形狀。

由於鬩神星體積不大,而且又很遙遠,在天空中的移動速度緩慢,所以鬩神星掩星事件相當稀少且觀測難度高;下一場鬩神星掩星事件得等到2013年呢!這場鬩神星掩星事件發生於2010年11月,由於機會難得,由法國、比利時、西班牙和巴西等國的天文學家組成一個聯合團隊,在掩星事件發生前就開始小心地計畫觀測事宜,全球總觀測點則多達26處,多半沿著預測的掩星帶分佈,其中包含一些業餘天文台。

This diagram shows the path of a faint star during the occultation of the dwarf planet Eris in November 2010. Two sites in South America saw the faint star briefly disappear as its light was blocked by Eris and another recorded no change in brightness. Studies of where the event was seen, and for how long, have allowed astronomers to measure the size of Eris accurately for the first time. Surprisingly, they find it to be almost exactly the same size as Pluto and that it has a very reflective surface. Credit: ESO/L. Calcada   而專業天文台中,有2處位在南美智利;Bruno Sicardy等人利用歐南天文台(ESO)La Silla觀測站的0.6米比利時TRAPPIST望遠鏡(TRAnsiting Planets and PlanetesImals Small Telescope)進行觀測,這是La Silla最新設置的自動望遠鏡;而另一處阿卡塔瑪的聖佩卓( San Pedro de Atacama)則有兩座望遠鏡加入觀測。而在掩星之前,天文學家已經用同樣在La Silla的2.2米MPG/ESO望遠鏡確認過將被鬩神星掩過的這顆昏暗恆星。這3座望遠鏡都記錄到鬩神星掩星瞬間,恆星亮度突然下降的現象。將智利這兩處的觀測資料整合後,發現鬩神星的形狀非常幾近正球形,沒有過於龐大的山脈將此天體拉到變形。

先前利用其他方式觀測鬩神星直徑,顯示鬩神星的直徑約比冥王星大25%,接近3000公里。但利用掩星方式測得的新結果則僅約2326公里,誤差僅±12公里。這個數值與冥王星直徑約2300~2400公里相當。冥王星的直徑比較不易測量,是因為冥王星具有薄薄的大氣層,讓掩星過程中,冥王星邊緣顯得有點模糊所致。

天文學家先前也曾利用鬩神星的衛星鬩衛一(Dysnomia)來估算鬩神星的質量,得出1.66×1022 kg,約比冥王星重27%,但僅及月球的22%而已。綜合直徑與質量資料後,得出鬩神星的平均密度約為2.52g/cm3,雖比月球的3.3g/cm3低,但仍顯示鬩神星很可能是一個龐大的岩質天體,其中核心處佔了約85%的是岩石,而在最外層約100公里厚的是佔了剩餘15%的水冰。

此外,鬩神星的表面反照率(反射太陽光的比例)高達0.96,換言之,每100%的陽光照射到鬩神星之後,有多達96%的陽光會被反射回太空。這個反射率比地球的雪面反射率還高,讓鬩神星和土衛二(Enceladus)一起成為太陽系中反照率最高的天體。相較之下,月球表面反照率低達0.136,和煤炭差不多。

從光譜觀測已知鬩神星表面富含氮與甲烷等成分,因此這些天文學家猜想:鬩神星表面反照率之所以這麼高,很可能是因為表面覆蓋一層富含氮冰和甲烷冰的冰層,但冰層極薄,僅約幾毫米厚而已,應是鬩神星沿著其狹長的軌道遠離太陽時,所接收到的太陽光熱愈來愈少、愈來愈冷,稀薄大氣中的氮和甲烷等成分因而在鬩神星表面凝固成霜的結果,與其下方100公里厚的水冰層不同。天文學家估計,當鬩神星未來再度沿著軌道逐漸接近太陽到近日點附近時,離太陽僅約57億公里,此時表面這些凍霜就有機會昇華成氣體,重新變成大氣的一部份。

這個新觀測結果也讓這些研究團隊有機會測得鬩神星的表面溫度。估計結果顯示鬩神星表面僅約攝氏零下238度,在鬩神星背對太陽的夜晚面應該比這個溫度更低。

利用小望遠鏡,經由掩星方式,就可以獲得這麼多這顆矮行星的訊息,讓這些天文學家喜出望外。Sicardy說道:在矮行星被定義出來5年後的這時,我們才終於有機會能進一步瞭解其中一個矮行星成員了。

資料來源:Faraway Eris is Pluto’s Twin[2011.10.26]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

相關標籤: 矮行星 鬩神星
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臺北天文館_96
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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》