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真品沒人看 模型搶拍照—NASA特展搶先看(二)

活躍星系核_96
・2016/05/26 ・3115字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 478 ・五年級

文/蕭俊傑(科學 X 博士)|國家太空中心任務科學家

J 編按:在上一篇中介紹人類從開始幻想上太空,到真真正正開始啟動各種太空計畫,以及美蘇之間緊張刺激的太空競賽。接下來,人類前往太空已不再是夢想,我們逐漸發展出各種高科技,帶領我們探索地球之外的宇宙奧秘。

我在韓國首爾 NASA 展看到一個很有趣的現象:假的東西大家搶著看、真的東西大家不知道怎麼看

看展花錢、花時間,除非你很清楚你的目的是只是想要拍照、打卡、上傳,不然如果能在看展前對內容多一點了解,那在看展時就會更知道要看什麼門道,上傳 FB 時也可以多打幾個字,讓你的朋友們知道照片中這個東西到底有多厲害!

什麼是展場中「假的東西」,什麼又是「真的東西」。我講「假的東西」不是策展單位故意拿假的東西給你看,我舉個例子來講,像是火箭、太空船已經被射到太空中去了,怎麼可能拿出真的來給你看呢?為了讓民眾能了解它的樣子,所以需要一個「模型」來展示,讓大家從視覺上來感受這個沒有辦法出現在現場的東西。那什麼又是「真的東西」?玻璃櫃中展示的 V2 彈道飛彈的碎片,就是其中重要的真品。V2 彈道飛彈是世界上第一個長距離彈道飛彈,在二次世界大戰時出現。雖然它的外觀看起來沒有火箭模型炫,但在看一個科學特展時如果想要更深入的去欣賞一個展品的話,把感情與歷史放進去將一起來看就會有不同的感受。

接著讓我們回到 NASA 特展韓國展的現場:

 4. 探險先鋒 PIONEERS

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圖/作者攝影。

這個展區中介紹了很多重要的火箭與引擎。

在這邊可以看到農神五號火箭(SATURN V),它是史上最大的火箭,高度達到 110.6 公尺。登陸月球的阿波羅計畫就是使用農神五號火箭。這邊常常聽到一個大家對火箭名稱的誤解。SATURN V 這個名字指的並不是「這一支火箭」的火箭,而是「這一型火箭」,SATURN V 一共發射了 13 次,阿姆斯壯他們登陸月球是第 6 次。

 

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SATURN V 的 13 次發射。圖/By Maldoror – nasa.gov, Public Domain, wikipedia.

從照片中可以看出在火箭最前端的地方,有一個像是尖塔的東西,那其實是太空人的逃生裝置發射逃生系統(launch escape system, LES)。在太空人登上火箭後,如果在火箭發射過程初期發生問題,LES 會帶太空人離開火箭,等到火箭升空到一定高度後,為減輕重量 LES 會脫離火箭,而如果在那之後火箭才發生問題,那太空人就自能自求多福了。

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SATURN V的發射逃生系統。圖/作者攝影。
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從另一個方向看 SATURN V。圖/作者攝影。

除了最搶眼的 SATURN V,這裡還有泰坦一號(TITAN I)的引擎。有些火箭會分節(stage),第 1 節、第 2 節、第 3 節是從火箭下方往上算,最下面的叫第 1 節。TITAN I 是美國第一枚多節式洲際彈道飛彈,共有兩節。火箭的目的是把太空船或是衛星(這些會稱為火箭的酬載)送上太空,但火箭的重量遠遠超過酬載本身,也就是說太空船或是衛星本身重量不重,重的是把它送上太空的火箭。所以為了減輕重量,火箭把部份燃料用完之後,就會把第一節(stage 1)脫離,第二節引擎點火繼續飛向太空。但大家也不要覺得把火箭分節可以減輕重量,所以分節分越多越好。因為分節雖然有減輕重量的好處,但卻有以下壞處:

1. 脫離失敗

火箭節與節之間是用像是「栓」這樣的東西鎖在一起,脫離時是用適量的火藥把栓炸斷,如果炸栓過程不順利,就有可能脫離失敗。

2. 點火失敗

第一點火箭脫離後,第二點火箭的引擎就要接著點火。就像家中瓦斯爐的電子點火,有時第一下火沒點起來,我們可以點第二下、第三下。第一節火箭在地面上點火,如果點火失敗還可以補救;第二節以上的火箭都要在空中點火,如果點火失敗任務就玩完了。

以上兩點都要在空中進行,兩節火箭(TITAN I)要做一次空中脫離+點火、三節火箭(SATURN V)要做兩次空中脫離+點火。這些動作都是做越多次越危險。

3. 引擎太多

每增加一節,就需要增加一組引擎,引擎不但占重量,而且要花錢。所以太多節也會有引擎太多的缺點。發射前只有第一節引擎是外露的,第二節以上的引擎都是包在火箭本體裡面,所以大家在展場看 TITAN I 引擎的時候,不用看說明就知道哪一個是第一節,因為第一節的會長得比較大。

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圖/作者攝影。
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圖/作者攝影。

4. 結構變弱

一個完整的火箭,如果分太多節,想也知道整個結構強度會減低,這也是一個分節的缺點。

展示櫃中有一個很顯眼的牛仔帽,這個是火箭之父華納.馮.布朗(Wernher von Braun)的,雖然與太空科學沒有直接關係,但也算是重要的歷史文物了。旁邊皫碎片就是我前面提到的在二次世界大戰時出現,世界上第一個長距離彈道飛彈 V2 彈道飛彈的碎片。

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編號 5 是華納.馮.布朗的牛仔帽;編號 3 是世界上第一個長距離彈道飛彈 V2 彈道飛彈的碎片。圖/作者攝影。

這個展示櫃中是各種火箭與太空梭的模型,所有的比例都是 1/72。大家可以對各種火箭的大小有個比較。

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各種火箭的 1/72 模型。圖/作者攝影。

最後有一個我覺得很可愛的東西,展區入口有一塊玻璃,感覺上好像是一塊透明的黑板。這是一個拍照的好地方,大家可以站在玻璃的這一邊,假裝在跟其他人講解太空船軌道相關原理,拍照的人從玻璃的另一邊來拍照。

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展場入口的玻璃。同行的中視型男主播就跟作者在這塊玻璃前面做了訪問。影片將會在特展強力宣傳時播出。圖/作者攝影。

這片玻璃上面的公式跟圖我簡單介紹一下:大家國中時都學過 F=ma,這是牛頓第二運動定律,F 是力,m 是質量,在地球上的很多狀況就直接等於重量,a 是加速度。我用很不嚴謹的白話來講就是「讓一個東西加速需要花力氣、把一個東西減速也需要花力氣,而這個東西重量越重,這個力氣也要越大」。如果不計任何阻力(空氣阻力也不計),讓一個東西一直保持一樣快(a = 0)是不需要力氣的。我們身邊的東西常常會有速度的增加或減少,學校也會有題目叫我們算說把 100 公斤的物體從靜止加速到多少,需要花多少的力氣。大家注意一下這個題目:它告訴你把「100公斤的物體」,其實已經設定了這個物體的質量是固定的,但在太空中的太空船的質量會改變的,像是脫離、燃料減少,或是把東西放在月球上、從月球又帶了石頭回來等等的原因,都會改變太空船的質量,所以在用 F=ma 這個公式時,不止 a 會變,m 也會改變。(你在這塊玻璃前面講前面這段話,應該可以唬住一些人吧!)

我本來以為是韓國展場的裝潢而非展示品的一部份,後來經過確認這片玻璃也會在台灣展出現。

 

J 編按:這趟旅行還沒有結束,人類上太空不只靠火箭、太空船,還有很多在太空生活的必需品,食衣住行樣樣不能少阿!

故事從人類開始太空冒險之前講起—NASA特展搶先看(一)

太空人只能尿在尿布上?誤會比無知更危險—NASA特展搶先看(三)

本文轉載自作者網站科學X博士

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活躍星系核_96
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活躍星系核(active galactic nucleus, AGN)是一類中央核區活動性很強的河外星系。這些星系比普通星系活躍,在從無線電波到伽瑪射線的全波段裡都發出很強的電磁輻射。 本帳號發表來自各方的投稿。附有資料出處的科學好文,都歡迎你來投稿喔。 Email: contact@pansci.asia


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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》