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小行星來訪地球的前世今生:2008 TC3多線索

臺北天文館_96
・2011/11/20 ・3420字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 556 ・八年級

2008年10月6日,位於美國亞利桑那州的Catalina巡天望遠鏡(Catalina Sky Survey)偶然發現到2008 TC3小行星即將拜訪地球,在當時帶來前所未有的震撼。計算出小行星的飛行軌跡之後,天文學家得知重達80噸的這顆巨大岩石將會為地球帶來一個撞擊事件。19小時以後,小行星2008 TC3劃破北蘇丹天空、在努比亞沙漠上空約37公里處發生爆炸,這是史上頭一遭預測小行星撞地球事件,並且預測結果相當的成功。幸運的是,撞擊落點是偏遠地區,並未引起大災難,反倒是這些在還未撞擊地球前,尚在飛行途中就已經被做過光譜分類的小行星成分資料,直到現在還提供科學家一個前所未有的好機會,好好研究小行星的碎片。

撞擊發生後不久,流星天文學家Peter Jenniskens博士(屬SETI和NASA Ames研究中心)及物理學家Mauwia Shaddad(屬喀土穆大學)所率領的數支探險隊,隨即在範圍29平方公里的沙漠中展開隕石回收工作,地毯式搜索下,收集了近600片/塊散落小行星,不過,這顆原本總重量達80噸的小行星,在撞擊碎成隕石後,總重量只剩不到10公斤。

第6站隕石碎片揭開了很多有關小行星帶及太陽系誕生初期的秘密,它很有特色,現在有人乾脆將它稱為Almahata Sitta隕石。Almahata Sitta這個阿拉伯文字的意思是「第6站」,是行駛在瓦迪哈勒法和喀土穆之間的火車所經過的一個火車站,小行星墜落在地球上的碎片是在該區找到的。

研究人員表示,小行星帶裡頭有著許多不同型態的物質,它們為太陽系初期情況如何拍攝了很多幅快照。他們發現,這些小行星自從太陽系形成以來改變並不太大,代言了太陽系早期有著怎樣的化學多樣性,還有,這些小天體在太陽系形成初期的時候曾經歷過哪些作用和變化。而科學家們相信,了解小行星帶的組成成分,對於未來我們如何處理直撲地球而來的較大型小行星,會很有幫助。

在地面上,科學家研究了數以千計的隕石並加以分類編目,在太空中也曾光譜分析過幾百個小行星,「第6站」回收的這批隕石特別之處在於:它的身分還是小行星、還飛在太空中時,它已經被透過光譜儀加以分析,掉落地面後,它又迅速被科學家所發現及回收,所以成為了清清楚楚可顯示小行星隕石與母小行星之間有何關連性的「史上第一」。

證實小行星和特定型隕石之間具有相關性是個了不起的發現。因為我們從太空中看小行星只能看到其外表,從「第6站」隕石,我們能對照看到一個天體的內部情況,而這個天體的表面是在撞擊前就看過的。具有這樣的了解以後,為我們查考小行星內外部如何變化就提供了一張地圖。使我們對太空中這一類別的天體家族有更清楚的了解,並掌握到它們在太陽系中的分佈情形。

地球上所發現近3/4的隕石都是普普通通的岩質類球粒隕石。但是在分析過Almahata Sitta「第6站」隕石後,科學家們發現這是一類罕見的、富含碳的隕石,被歸類為橄輝無球粒隕石。一般相信,橄輝無球粒這型隕石是來自於大型富含有機物質的原始小行星,並且小行星曾經經歷過一次熔化。

「這是隕石中的怪咖,它是火成岩。」另一組對「第六站」隕石很有興趣的人馬,是Frederich和他學生等人。Frederich表示,「它就和地球上的火山岩石一樣,意思也就是說,這個隕石的起源是岩漿。很確定的是,在過去的某一個時間點上它曾經融化過。它們就像你在地球上會撿到的一塊岩石,但同時,卻也含有一些我們稱之為『比較原始』的物質,譬如石墨、有機化合物等其他東西。」

這也就是說,橄輝無球粒隕石,特別是「第六站」這批隕石,同時含有來自原始型小行星和演化型小行星的兩種物質,兩者截然不同。

過去收集到的隕石中,屬性屬於橄輝無球粒隕石這一類的比例相當低,這也讓大家對「第六站」隕石更加好奇。「第六站」隕石細粒度非比尋常,質地相當多孔,極為易碎。研究人員相信這一點也和2008 TC3小行星為何在經過地球的高層大氣時就碎掉四散相當有關。

Friedrich 和他一位Fordham的學生,透過一臺「電感耦合等離子體質譜儀」來分析這批隕石,這種質譜儀是專門用來觀查岩石等無機合成物的儀器。

Friedrich表示:「我們發現,幾百片不同的碎片,化學成分卻的確都是橄輝無球粒隕石沒錯,同時,幾百片碎片也似乎都沒有任何的糟地球污染的證據,這是另一件有趣的事情。」當然,這批隕石在撞擊後立即被尋獲、「新鮮」感十足,未遭汙染是理所當然的。「目前地球上所發現的大多數橄輝無球粒隕石都是在南極洲,通常這些南極所採集的樣品似乎總有某些元素濃度特別高,如鑭,鈰等稀土元素。但「第六站」隕石似乎並無明顯污染跡象。」未受污染的隕石,能使研究人員更精確探索太陽系的組成。

一般而言,球粒隕石大多未曾經過母小行星熔化或分異等作用 – 雖然研究人員還在懷疑,它們或許也未必典型代表隕石和小行星母體間的相關性 – 無論如何,相對的,橄輝無球粒隕石則通常會顯出其母體小行星曾有過融化。

所以曾被加熱到熔點的小行星,應該會看起來嗎?

根據「第六站」隕石最新研究顯示,這批隕石最原始可能來自於三個不同類型的小行星、經碰撞形成了另一個新的母小行星。這也可以解釋為什麼「第六站」隕石包含來自演化型和原始型小行星等兩種型態很不相同的物質。

其他證據也顯示,這顆小行星屬於不尋常的「多重組合型」橄輝無球粒隕石(類)。有跡可循嗎?NASA的太空中心人員證實:這些隕石曾被加熱達攝氏1150至1300度高溫,後來又經歷過每小時數千度的快速冷卻,在此期間,小行星中的碳將一部分橄欖石礦物鐵轉成金屬鐵。

因此,根據以上資料回溯2008 TC3小行星的來時路,可以這麼說吧:數十億年前,曾有一顆小行星,遭受過一次巨大碰撞,結果它有一部份礦物質熔化 – 但並非全部礦物質都熔化。後來,它又再次受到一個大碰撞,把這顆體積小於行星的天體撞碎成許多更小的小行星,而在幾十億年後,它的旅途在地球畫上了終點,2008 TC3,就是這些小行星碎裂遺骸之一。

NASA Johnson 太空中心人員Mike Zolensky指出, 橄輝無球粒隕石這種隕石的特性是多孔,孔壁上塗著橄欖石晶體礦物質,經過X光斷層掃描發現,這些孔呈現出沒有完全焊接在一起的粗粒穀狀物,孔隙的內襯則出現氣相沉積物。這代表第6站隕石是個「團集」作用的產物,從粗粒到細粉都有;在撞擊中遭不完整縮減的顆粒,稍後在高溫焊接中又重新地再被組接在一起。

從「第6站」撞擊現場回收的隕石,它的含碳比例也是在所有已知隕石中最高的。已發現有石墨和奈米金剛石的碳晶體,還發現了一些在高溫中仍倖存的原始有機物質,包括高豐度的多環芳烴,甚至連一些氨基酸也大難不死。

來自法國Observatoire de la Cote d’Azur的學者Julie Gayon-Markt博士從另一個角度提供了一些2008 TC3小行星家族的內資情報。

「由於像這樣,屬性與已知大為不同的隕石掉落在地球上其實很罕見,回答這樣的一顆小行星究竟來自何處,是很具挑戰性的有趣問題,小行星2008TC3如何形成,具有一個可能的解釋,它和一些礦物性質非常不同的小行星碎片彼此間的低速碰撞,或許有關。」

Gayon-Markt和她的團隊甚至還求教於「各小行星在主小行星帶的動能和光譜」等資料,希望能為解答第6站隕石的源起問題提供一些線索。他們的追蹤研究結果顯示,位置在主小行星帶內側,Nysa-Polana這個小行星家族,很有可能就是2008 TC3的故鄉。

「原始型」小行星,自太陽系誕生以來鮮少發生改變,一般含有高比例的水合礦物和有機物質。然而,其他類型的小行星還有許多是在特定時間點,有可能透過放射性物質衰變而受到加熱,熔化的岩漿分離成鐵質核心、四圍再包覆著岩質的地幔。

既想探索太陽系緣起之謎,又想解開那顆曾在2008年掉落地球的小行星身世之謎者,為數不少,Friedrich 和Gayton-Markt 這兩位鑽研著第六站隕石的研究員,代表著眾多好奇科學家的探索旅程。他們說,研究這些隕石是跨學科的合作,「我們的工作僅僅是大拼圖的一小塊。」(Lauren譯)

設置在美國亞利桑那州的萊蒙山天文台的Catlina巡天望遠鏡,在2008年10月6日發現了2008 TC3小行星的動畫照片資料 (Richard Kowalski)。

設置在美國亞利桑那州的萊蒙山天文台的Catlina巡天望遠鏡,在2008年10月6日發現了2008 TC3小行星的動畫照片資料 (Richard Kowalski).

  2008 TC3小行星撞擊地球後造成的各種隕石 圖片來源: P. Jenniskens,等人. Click image for full description

2008 TC3小行星撞擊地球後造成的各種隕石 圖片來源: P. Jenniskens,等人. Click image for full description

  “Almahata Sitta”,俗稱「第6站」隕石,其中編號15號的黑色碎片,在週遭淺色的沙漠岩石間形成了顏色上的明顯對比,照片攝於蘇丹北部努比亞沙漠。圖片來源: Peter Jenniskens (SETI Institute/NASA Ames)

“Almahata Sitta”,俗稱「第6站」隕石,其中編號15號的黑色碎片,在週遭淺色的沙漠岩石間形成了顏色上的明顯對比,照片攝於蘇丹北部努比亞沙漠。圖片來源: Peter Jenniskens (SETI Institute/NASA Ames)
資料來源:中研院天文網[2011.11.11]

轉載自台北天文館之網路天文館網站

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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。

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