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小行星Scheila奇怪的3條塵埃尾現象有解

臺北天文館_96
・2011/11/05 ・1424字 ・閱讀時間約 2 分鐘 ・SR值 500 ・六年級

由韓國首爾大學(Seoul National University)、日本國立天文台(National Astronomical Observatory of Japan,NOAJ)、日本太空航空科學研究所(Institute of Space and Astronautical Science,ISAS)和日本神戶大學(Kobe University)等機構的行星科學家和天文學家,找出可以解釋第596號小行星Scheila擁有3條塵埃尾(dust tails)如此特殊現象的原因。他們認為在2010年12月3日時,應有另一顆直徑約20-50公尺的小行星,從背對地球的Scheila後方撞擊,才會讓當時的Scheila突然異常增亮,並形成3條奇怪的塵埃尾;而此現象也讓Scheila成為數量極少的主帶彗星之一。(此新聞所用時間日期均為國際標準時,UT)

在2010年12月11.4日,卡塔利納巡天計畫(Catalina Sky Surve)的Steve Larson注意到Scheila亮度異常增加;由於Scheila位在火星與木星之間的主小行星帶中,按理來說,這樣的小行星應該不會有這樣短時間內亮度異常增亮的現象。經由哈柏太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)和史威福觀測衛星(Swift Satellite)的觀察,天文學家發現Scheila應該是受到另一顆更小的小行星撞擊,才造成Scheila出現類似彗星的彗尾特徵。然而,Scheila從小行星突然變成彗星的問題雖解決了,但另一疑問再起:這些塵埃尾是在何時發生的?為何一口氣會形成3條彗尾般的塵埃尾特徵?

在Scheila異常增亮後不久,這些天文學家馬上利用8.2米昴望遠鏡主焦點相機、石垣天文台(Ishigakijima Astronomical Observatory)1.05米Murikabushi望遠鏡、夏威夷大學2.2米望遠鏡進行觀測,觀測時間長達3個月以上。圖一上方是Murikabushi望遠鏡在20101年12月12日與19日拍攝的結果,可見塵埃尾的發展。雖然小行星大體上看起來像一個星點,但Scheila看起來卻像彗星。3條塵埃尾的亮度隨時間逐漸降低,最後偵測不到塵埃雲團時,整幅景象變成出現一個昏暗的線性結構。圖一下方是昴望遠鏡於2011年3月2日拍攝的結果。從這些線性結構的影像,這些天文學家估計彗尾輻射出現於2010年12月3.5日,誤差為±1日。Steve Larson注意到Scheila開始亮度異常增加的影像攝於2010年12月3.4日,因此,小行星撞擊Scheila的時間點應該就在12月2日12時~12月3日10時之間。

Figure 1: Top: Optical images of Scheila at three different epochs with different telescopes. Images of the triple dust tails were taken on the 12th and 19th of December 2010 using the Murikabushi Telescope. Bottom: Suprime-Cam on the Subaru Telescope captured this image of the linear structure on the 2nd of March 2011. 圖一

另外,為了解釋Scheila的3條塵埃尾的成因,這些研究人員利用電腦模擬Scheila在12月3日的塵埃尾出現的狀況,並與在ISAS實驗室的撞擊實驗資料進行比對。圖二是傾斜撞擊所造成的噴濺物(ejecta)型態,其中有2項最明顯的特徵。第一個特徵就是沿撞擊方向所產生的羽狀散佈(downrange plume),應是撞擊碎片或是撞人的小行星蒸發的結果;另一特徵就是撞擊當時,從撞擊點向外擴散的震波會將小行星表面物質挖出向外噴濺,且噴濺物被這些震波推成圓錐狀(conical impact ejecta),圓錐軸心幾乎與撞擊點的表面垂直,最後在撞擊點留下一個隕坑。

Figure 2: Sequence of events after an oblique impact: (a) Object impacts another and generates a shock wave; (b) and (c) increased development of two prominent features, i.e., a downrange plume and conical impact ejecta. 圖二

這些研究人員認為:應該就是這兩個過程造成了Scheila的3條塵埃尾,之後太陽光又將這些塵粒逐漸推離Scheila。經過大量模擬和實驗之後,他們只找到一個幾乎與觀測影像相符的狀況,那就是當小行星從Scheila的後方斜斜撞擊Scheila的結果。(圖三和圖四)

Figure 3: Image showing the result of a vast number of computer simulations to reproduce the shape of Scheila triple dust tails observed on December 12, 2010. 圖三

Figure 4: Orbits of the impacting asteroid and Scheila on December 3, 2010, assuming an impact angle of 45 deg relative to the surface normal vector. Top: Face-on view, projected on the ecliptic plane. Bottom: Edge-on view, projected on the X-Z plane. 圖四

Scheila發現於1906年,發現者德國天文學家August Kopff以他認識的一位英國女學生的名字來為這顆小行星命名。

資料來源:Researchers Explain the Formation of Scheila’s Unusual Triple Dust Tails[2011.10.19]

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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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》