通知水稻缺鐵的信差 蔗糖

就算沒有蟲蟲大軍和黑手指,缺乏礦物質也可能要了植物的命

可能很多人都有類似的經驗,明明我都有定時澆水阿,也沒有甚麼奇怪的蟲來咬我的植物,為甚麼它還是漸漸枯萎死掉了?其實,決定一株植物能不能成功長大開花結果的因素很多,除了充足的陽光、空氣和水,土壤裡的各種礦物質含量也是很重要的。土壤中缺乏某些礦物質、或是土壤環境不利植物吸收某些礦物質,都可能是植物短命的原因。

世界上的土壤種類很多,每種土壤裡面各種礦物質的含量也都不一樣,每種植物需要的各種礦物質含量也不一樣。如果有某一項作物的需求量很大,卻沒有夠多適合他的土壤怎麼辦呢?這就是世界上超過一半人口的主食──水稻遇到的麻煩,水稻經常無法從土壤中獲得足夠的鐵。

是不是覺得有點奇怪?鐵可是地球地殼中含量前五名的元素,水稻怎麼會很容易遇到缺鐵的情況?沒錯,雖然地殼中含有豐富的鐵,但鐵的生物有效性很低,也就是說,水稻很難直接從土壤吸收鐵離子到體內。

鐵的生物有效性低,水稻很難直接從土壤吸收鐵。圖/pixabay

土裡有鐵也無法吸收,水稻怎麼辦

為此,水稻發展出一些可以用來對付缺鐵情況的策略。其中一種是透過釋放酸到土壤,幫助鐵的吸收,當水稻缺鐵的時候,可能就會透過釋放更多的酸幫助水稻吸收土壤中稀少的鐵。除了增加酸的生產,提升水稻內運輸鐵的效率也是方法之一。而不管是要增加酸的產生還是加速鐵的運輸,都需要很多基因一起配合,這些基因主要可以分成幫助吸收鐵和運輸鐵的。

如果覺得想到基因就覺得混亂的話,可以這樣想,缺鐵就像是水稻的敵人,而幫助吸收和運輸鐵的基因就像是幫水稻製造武器的人。但這些基因要怎麼知道它的表現時機到了?武器產量該增加了?人類有神經細胞用來傳遞訊息,通知身體做出反應,但水稻要依靠誰來傳遞缺鐵的訊息呢?

天神的信差,赫耳墨斯(Hermès)。圖/pixabay

透過2018發表的一篇研究發現:蔗糖可能是傳遞水稻缺鐵訊息的信差之一。當水稻面臨缺鐵逆境的時候,蔗糖作為訊息傳遞的因子,會提高在地上部濃度,並且降低在地下部濃度,進一步發動缺鐵的各種策略。

科學家怎麼知道是由誰傳遞訊息的?

為了知道由誰傳遞訊息,科學家先觀察當水稻開始處在缺鐵環境,和水稻產生缺鐵反應之間發生了甚麼改變,因為這個改變就有可能是進一步通知整株水稻缺鐵逆境的傳訊者。結果,科學家發現生長在缺鐵環境的水稻光合作用速率下降了(缺鐵反應),而造成光合作用速率下降的可能原因是:(1)葉綠素濃度下降或 (2)蔗糖累積在葉片,對光合作用產生負回饋抑制。

如果知道這兩者中,是誰造成光合作用速率下降,就可以知道誰可能是負責通知缺鐵消息的人。

那究竟誰才是讓光合作用速率下降的兇手?偵查案件,案發的時間點是非常重要的,實驗發現葉綠素濃度下降的時間比光合作用速率下降還要晚,因此它的嫌疑先被排除了,所以,是蔗糖累積在葉片造成的嗎?經過調查,發現水稻缺鐵初期葉片的蔗糖濃度確實上升了。所以,現在我們知道水稻的缺鐵反應光合作用速率下降,來自於水稻地上部蔗糖累積,但要怎麼確認:蔗糖可以當作訊息,通知水稻啟動抵抗缺鐵計畫?

蔗糖。圖 /wikipedia

在水稻中,蔗糖除了當作能量來源,也能作為傳遞訊息的分子

想到蔗糖,我們可能知道它是植物中運輸糖的主要形式,不管是葉綠體合成剛出爐的糖要送到植物根部儲存,或根部儲存的糖要送給正在成長的果實,都要先轉換成蔗糖,再透過韌皮部運輸。除了作為植物運輸糖的主要形式,提供植物生長代謝的能量之外,蔗糖也可以用來傳遞訊息嗎?

鐵是由根吸收的,直觀地想,會覺得最深刻感受到缺鐵的應該是根吧!由根產生的物質來通知水稻缺鐵,感覺很合理,但由葉片光合作用的產物────來傳送訊息似乎比較難想像。

在反駁這件事之前,我們先來看看一個有趣的實驗。

在一個阿拉伯芥(一種模式植物,常被用來觀察並將它的生理現象類推到其他植物)的實驗中,把一棵阿拉伯芥的根分別放到有鐵的環境中和缺鐵的環境中,然後檢測兩邊的根的基因表現,會發現兩邊與缺鐵相關的基因表現都被提升了,表示兩邊的根都增加抵抗缺鐵武器的生產。

這告訴我們,當植物受到某個逆境刺激時,並不是只有感受到的部位會有反應,而是整棵植物一起參與的。所以就算在缺鐵時,首當其衝的是根,葉片參與抵抗缺鐵也是有可能的

阿拉伯芥實驗示意圖。

透過以上實驗,可以知道植物的葉和根並不只是自掃門前雪,他們彼此是有連結,會互相幫助的,所以,由葉片產生的蔗糖作為傳遞水稻缺鐵訊息的分子聽起來是不是比較合理了呢?但,蔗糖又不會說話,究竟它是怎麼告訴水稻:「我們現在缺鐵喔!」

提高地上部濃度,降低地下部濃度蔗糖濃度改變發動水稻抵抗缺鐵策略

根據科學家的研究,答案是透過改變蔗糖在水稻地上部(葉、莖系)和地下部(根系)的濃度。剛剛說過,科學家發現缺鐵時,水稻光合作用速率下降的原因是地上部蔗糖濃度增加,其實,同時也有觀察到地下部的蔗糖濃度下降,因此他們推測不同部位蔗糖濃度改變就是蔗糖通知水稻缺鐵的方法,讓水稻在知道是時候啟動抵抗缺鐵計畫後,增加吸收鐵及運輸鐵相關基因表現量,製造更多的武器來抵抗缺鐵逆境。

為了證明「地上部蔗糖濃度增加,地下部蔗糖濃度減少」是啟動水稻缺鐵反應行動的原因,科學家利用人為方式,提升缺鐵水稻地下部蔗糖濃度,如此,就相當於阻止了利用蔗糖濃度改變傳遞訊息這件事。

結果真的發現,在生長液中添加糖,提高地下部蔗糖濃度之後,原本被缺鐵啟動的吸收鐵和運送鐵的基因表現又下降了,水稻不多製造對付缺鐵情況的武器了,變得看起來和生長在不缺鐵環境中的水稻一樣,證明蔗糖在地上部和地下部的濃度改變確實可能是一種傳遞訊息方式。

水稻缺鐵時地上部(葉、莖)及地下部(根)蔗糖濃度變化示意圖。

「蔗糖是信差,可以用來傳遞訊息,啟動水稻抵抗缺鐵計畫」這句話現應該不只是名詞和動詞的組合了。透過這個研究,除了知道蔗糖不只能當作卡路里,也透露出,或許除了蔗糖之外,還有很多分子在植物中可能不只有一種功能。如果你用心聽植物說話,說不定會有其他更有趣的發現!

參考文獻:

Sucrose is involved in the regulation of iron deficiency responses in rice (Oryza sativa L.) Plant Cell Reports (2018) 37: 789–798 https: //doi.org/10.1007/s00299-018-2267-8

 

The post 通知水稻缺鐵的信差 蔗糖 appeared first on PanSci 泛科學.

當仇恨、歧視滿天飛,還能繼續「言論自由」嗎?

  • 作者/Kum Long Yin

即使不同意,仍要捍衛發言的權利?

試想像以下情況:在一個不成熟民主的社會中,人民在選舉當中選出一些反對民主制度的人作當權者。他們支持極權主義,無視少數族群的訴求,甚至對反對他們的人發表族群仇恨言論 (hate speech)。這個時候我們該怎麼辦?要管制這些仇恨言論,還是容許?

其實這個問題並不容易回答。若果我們要管制或禁止這些仇恨言論的話,會不會違反民主社會的言論自由原則呢?相反,我們不禁止這些支持極權主義的言論,不懲罰攻擊少數族群的言行,這些思想可能會蔓延,有可能摧毀多元民主制度的基礎,最後真的變成了極權政府,一發不可收拾。

當言論自由,每個人都可以發表自己的想法時,會不會也散播著仇恨呢?圖/pixabay

民主社會中,寬容的確是基礎。此話何解呢?民主社會其一重要功能,在於能維持多元開放社會,讓擁有各種不同思想背景,屬於不同族群的人能夠生活其中。在這種社會中,理性思辨與公眾討論,讓想法不同的人相互交流,最後「真理愈辯愈明」,不合理的政論便可被排除在外。所有人都有權利參政,亦有義務作公共討論。但是,這種社會不能只有一兩種人,我們卻要對不同的意見寬容,民主社會才能運作;同樣地,民主社會的正常運作,也能反過來保障社會的多元發展,不能以一把聲音蓋過所有人,要防止「一言堂」出現。

但是,這種社會的運作建基於理性及寬容。若果在多元寬容的社會當中,出現了不寬容的人,我們還應否對不寬容的人寬容呢?把不寬容的人排除在寬容社會之外,繼而成為自己也成為不寬容之人?還是,不理會民主社會自我推翻的風險把他們納入其中?顯然兩種態度都有原則上的問題。

民主過了頭?德國威瑪共和時期瓦解

以上的難題, Karl Popper 在《開放社會及其敵人》曾經提及:

較少人知道的,是寬容的悖論:無限制的寬容最終會導致寬容消失。若果我們把無限制的寬容應用在對待不寬容之人,或者我們對不寬容之人的打擊不作準備,這樣的寬容最終會被破壞。我並不是說,我們經常要管制不寬容的思想,只要我們有理性的公共論點來反抗他們的話,管制這些言論都是不智的。但我們應該有權宣稱,有必要的時,我們可以用武力管制這些思想及言論。很多時候,這些極端思想未必有理論討論的層次,他們可能禁止追隨者聆聽理性的論點,以這些欺騙的手法,教導追隨者以槍或拳頭回應討論。所以我們有權宣稱:以寬容之名,我們有權力不去容忍不寬容之人。1

他的回答可能會令上世紀經歷過納粹統治的人比較安心,至少這種說法堵塞了諸如法西斯主義重燃的風險。其實,兩次大戰其間的歐洲便正經歷着這種個難題。當時德國的威瑪共和時期,的確是歷史上具完備民主制度的政體,可是經濟大蕭條,戰敗賠款、戰爭罪責及民族屈辱等等讓不少的民眾漸漸支持納粹黨,當時德國社會民主素養薄弱,對衝鋒隊及國會縱火案等事件不聞不問,亦縱容了納粹黨的坐大。這便是對不寬容的寬容,漸漸令寬容消亡的其中一個例子。

管理「極端想法」?土耳其政變頻出

而 John Rawls 曾經在《正義論》中討論過寬容的問題,他認為只有在我們要為了自我存續或者自保的情況下,才可以主動干涉這些不寬容者的思想、行為或言論,否則自已亦會變成不寬容者。因為,根據正義原則,人毋須呆等着別人消滅自己,卻有權自我保護 (self-preserve)。

然而,唯一的難題在於,如果那些不寬容的思想、行為或言論沒有直接威脅,我們該怎麼處理?2

要回應此問題,我們需要先評估具體情況,John Rawls 認為哲學並不足以解決這方面的困難。並且,他認為政治哲學僅適用於處理憲法及政治行動是否正義等原則問題。

再舉個例子,近代的土耳其便經常觸及以上的問題,而軍事政變頻生。一戰之後,鄂圖曼帝國土耳其帝國瓦解,當時的戰勝國把土耳其帝國的大部分土地都劃為英法的勢力範圍及殖民地,情況有如清朝晚年。土耳其國父凱末爾 (Mustafa Kemal Atatürk) 將軍是土耳其少數能打勝杖的將軍,他認為土耳其的落後在於不夠西化。故此,他把土耳其建立為一個政教分離的共和國,並宣布一連串西化政策,例如:解放婦女,拉丁化土耳其字母,而更重要的是使憲法給予軍隊保護世俗化政權的權力,所以土耳其軍隊的精英亦以共和國保護者自居。

2016年的政變,就是土耳其軍隊認為艾爾多安破壞已有的民主與世俗原則,開始管制言論。圖/wikipedia

每當軍隊認為國家走回頭路之際,有重返回教政教合一的傾向,軍隊便會發動政變,以圖保護世俗化政教分離的民主政權。的確,歷史上土耳其軍隊多次政變後,亦還政於民,不久又重新大選。2016 年的政變,就是土耳其軍隊認為艾爾多安破壞已有的民主與世俗原則,開始管制言論,例如禁止使用 Twitter 等等,因而以對「不寬容者的管制」,希望回到國家的正軌。

軍隊每一次介入政治的時間,就是認為政府所行的道理對民主社會有直接的威脅的,類近 Rawls 所說的情況。翻查當時政變的新聞,軍隊的領袖的確說「土耳其的民主與世俗原則已被現在的政府所破壞」。但是,我們又如何說明這是一種破壞?到了什麼程度,才可判斷為不出手不可,必須干涉?

但上述的政變,不正是反抗者對不寬容者的不寬容,自身亦變成了不寬容者嗎?我們又該如何判斷這些不寬容者對國家的存續,有沒有直接威脅呢?這種難以定義的灰色地帶,會否在被極端組織濫用,並作為行動的藉口呢?

坦白說,我亦沒有想到一個清楚的答案,也許如 John Rawls 所言,哲學並不足以解決這類困難。

備註

  • [1]:Karl Popper, The Open Society and Its Enemies Vol. 1, in note 4 to Chapter 7
  • [2]:John Rawls, A Theory of Justice, Belknap Press, page. 192-193

The post 當仇恨、歧視滿天飛,還能繼續「言論自由」嗎? appeared first on PanSci 泛科學.

放射性廢棄物如何處理?廢爐需要大家共同思考——《福島第一核電廠廢爐全紀錄》

  • 文/吉川彰浩

廢棄物問題將延續 50 年以上

圖/wikipedia

放射性物質是危險的東西,這是眾所皆知的事,而我們選擇遠離那裡,可以的話,完全不想有任何牽扯,因此對於放射性廢棄物的處理,亦即廢爐一事,只有消極負面的印象而已,這是目前大家都有的感覺吧?

相信也有很多人是因為核電廠事故才這麼想,但若追溯歷史,其實這並不是今天才開始的事。

日本第一座核能發電廠是建於一九六三年十月二十六日、茨城縣東海村的 JPDR(Japan Power Demonstration Reactor)。在這座核電廠開始運轉的同時,如何處理放射性廢棄物的問題也就隨之展開,這可以說是從五十多年前就應該開始思考的問題。

我們經常聽到放射性廢棄物無法進行任何處理的說法。

放射性物質的性質,就是依照種類的不同,只要經過一段時間(= 半衰期)後,量就會剩下一半,變成不會釋出幅射的穩定狀態,達到「無害化」的結果。

雖說放射性物質具有放著不管就會「無害化」的性質,但有一點需要知道的是,半衰期長短依種類不同而有所差異。舉例而言,碘 131 的半衰期約為 8 天, 銫 137 約為 30 年, 鈽 239 約為 2.41 萬年,鈾 238 約為 45 億年。要等到鈽或鈾完全無害,需要極長的時間。核燃料之所以被說成最麻煩的廢棄物,也是因為它是由半衰期長的鈽與鈾所構成。

鈽的電子殼層。圖/wikipedia

若從無害化是需要時間的角度來看,「高階放射性廢棄物無法進行任何處理」的說法可以說是正確的。不過,「雖然很難達到真正的無害化,但可以設法在盡量接近無害的狀態下進行保管」,而且「正因為是難以處理的東西,所以更要採取避免繼續增加的對策」,這就是目前核電廠在廢棄物處理上的原則。

無害化狀態下的保管技術已經確立

青森縣六所村有高階放射性廢棄物管理中心與低階放射性廢棄物管理中心這兩個放射性廢棄物的最終處置場。

前者有可以穩定保管用過核燃料的設備,是一種叫玻璃固化體的容器,可於穩定狀態下長時間保管高階輻射廢棄物,貯存量可達二八八〇支玻璃固化體。後者則是將高階放射性廢棄物以外的東西放入大型鋼桶裡保管,貯存量為四十萬個兩百公升的鋼桶,未來預計增加到六十萬個。

或許有人會想,既然已經有最終處置場,技術上又能夠保管,那不就沒有問題了嗎?但是最大的瓶頸是「這邊可以代為貯存,但請先處理成可以被接受的狀態再帶過來」。

各位也是自己做垃圾分類,然後裝到袋子裡拿去丟的吧?這是丟垃圾的人被要求遵守的規定;同理,核電廠也有丟棄放射性廢棄物的規定。如果是用過核燃料的話,就裝在一種叫護箱的容器裡,其他則必須裝在鋼桶裡才能拿去丟棄。

核廢料桶。圖/wikipedia

簡單講是裝在鋼桶裡送過去,實際上並沒有這麼單純。因為是放射性物質,所以必須在穩定的狀態下運送才行,例如運送高濃度污水時,要分成水與放射性物質,放射性物質還要經過乾燥處理以減少體積(減容化),粉狀物要用水泥或塑膠等固著成穩定的狀態(固化),才能裝入鋼桶裡運送,必須經過這樣的加工處理才行。

此處的問題是加工的難度,當中也有輻射強度高到人類不宜靠近、沒辦法輕易運送的高階放射性廢棄物。因此才會稍微轉換思考方式,採取暫時保管在發電廠內的作法。

1F 廢爐作業所產生的放射性廢棄物之所以一直保管在廠區內,主要原因就是無法加工到得以安全運出廠外。目前也持續在討論廢棄物適合運輸的狀態為何、該帶到哪,又該如何進行保管。

雖然可能有人會認為,那不是東京電力或核電業界的問題嗎?但考量到半衰期等因素,放射性廢棄物確實也是一個會遺留給下一代的問題。

思考大家都能接受的處理方式

在國外核能相關設施的廢爐用語中,有一個字叫「legacy」,就是「遺產」之意。

正如本文一開始所述,這是一個約從五十年前就開始的問題,令人不禁感嘆我們究竟留下多麼棘手的東西啊,而我們的下一代應該也會有同感吧。

圖/wikimedia

另外,前文也介紹到青森縣六所村的最終處置場,但六所村的居民們是否樂意在當地見到這些設施呢?

在核電廠事故後展開的除污事業中,除污廢棄物的輻射強度雖然大幅低於福島第一核電廠的廢棄物,但包含最終保管方式在內,也引起眾多討論。若將廢爐定位在放射性廢棄物的處理,並將處分方法也納入考量範圍的話,那對我們而言是「切身相關的問題」。然而,明明是切身相關的問題,我們卻始終避之唯恐不及,同時我們也與廢爐現場保持距離。

解決這個問題所需要的並不是技術,真正需要的應該是由投身廢爐工作的人、生活在周圍的我們、地方政府機構、核能相關管制當局等,所有人共同討論並確立一套大家都能夠接受的處理方法。「大家」一起思考並執行有關廢爐的方法,是我們必須留下的遺產。

 

 

 

 

本文摘自《福島第一核電廠廢爐全紀錄》,臉譜出版,2018 年 9 月出版。

The post 放射性廢棄物如何處理?廢爐需要大家共同思考——《福島第一核電廠廢爐全紀錄》 appeared first on PanSci 泛科學.

福衛七號出發啦!太空中最精準的溫度計即將於六月發射

先進氣象衛星福爾摩沙衛星七號(以下簡稱福衛七號)搭飛機去美國啦!上周日(2019/4/14)從國家實驗研究院太空中心送至桃園國際機場,周一由華航貨機運送至美國。先進氣象衛星福爾摩沙衛星七號近期將於美國東岸佛羅里達州甘迺迪太空中心的太空梭發射基地,由太空探索公司(SpaceX)之獵鷹重型火箭(Falcon Heavy)搭載發射升空。福衛七號6枚衛星預計於美國東岸時間 4 月 15 日深夜抵達邁阿密國際機場,4 月 16 日清晨運抵發射場,預計將於 6月22日升空。

福衛七號的起運儀式在國研院太空中心舉行,出席者包括蔡英文總統、科技部部長陳良基、新竹市市長林智堅、新竹縣縣長楊文科、及參與福衛七號的產學研團隊均熱情參與,祝福福衛七號發射後運行順暢,軌道部署成功,成為在太空守護人類的氣象衛星。

福衛七號在廠房中的照片。圖/國家實驗研究院提供

陳良基部長指出,福衛七號是 6 枚任務衛星構成的星系,相較福衛三號能提供更多的氣象觀測資料,由 2,000 點增加至 4,000 點以上,並特別加強中低緯度地區的觀測效果,大幅提升颱風、梅雨及劇烈天氣預報的準確度,可以說是 2.0 版的「太空中最精準的溫度計」。在福衛五號成功發射運轉後,證明台灣已具備研製高解析度遙測衛星的能力。我國第二顆自製衛星獵風者號,也即將在未來兩年內發射,它除了搭載全球導航衛星系統訊號反射接收機 (Global Navigation Satellite System-Reflectometry, GNSS-R) 外,更多國產衛星關鍵元件也會隨其升空,進一步提升我國太空科技的實力。

福衛七號六顆衛星上空示意圖。圖/國家實驗研究院提供

福衛七號的任務酬載為「全球衛星導航系統無線電訊號接收儀」(TriG GNSS Radio occultation System, TGRS),6 枚衛星完成軌道佈署後,可提供在南北緯 50 度間每日約 4,000 筆資料,大幅增加包含臺灣在內的低緯度地區氣象資料。

此次福衛七號也攜帶了兩個科學酬載儀器,分別是「離子速度儀」及「無線電射頻信標儀」,用來進行先進太空天氣科學實驗。離子速度儀的實地量測資料可以提升 TGRS 的準確度,無線電射頻信標儀則可量測電離層閃爍,得到電離層異常區的分佈情形。觀測資料將提供中央氣象局納入數值預報系統,提升國內氣象預報準確度及颱風路徑、強降雨等劇烈天氣預測的準確度。

福衛七號 6 枚衛星完成軌道佈署後,可提供在南北緯 50 度間每日約 4,000 筆資料。圖/國家實驗研究院提供

 


福衛七號是用掩星技術增進氣象預報準確度,何謂掩星技術?

全球定位衛星發射的電磁波訊號經過大氣層時,會因為穿透不同溫度、壓力或濕度的空氣層,而產生轉向、變慢、減弱等現象。只要分析福衛三號和七號接收到的訊號特性,就能反過來推出地球上空的溫度、氣壓、濕度或電子密度等數據。

福衛二號及五號是遙測衛星,福衛三號及七號是氣象衛星,其任務差異為何?為何福衛二號、五號只要一顆,福衛三號、七號卻要六顆?

福衛二號、五號是光學遙測衛星,可以對地表進行取像,福衛三號、七號則是透過掩星技術得到大氣資料,提供氣象預報使用。過去高性能遙測衛星價格昂貴,而且除了部分國防或是災害對影像資料有即時性需求外,許多取像對時間的要求並不急迫,因此一顆衛星足以滿足任務需要。

然而隨著科技的進步,遙測衛星的價格逐漸下降,所以有許多商業衛星遙測公司提出大規模衛星星系部署的計畫,未來遙測衛星可以對同一地區每日多次再訪,也開啟了新型態的衛星影像應用。未來台灣遙測衛星也將會採取多顆星系部署的方向來發展。

至於氣象衛星,顆數越多,所獲取的全球大氣資料就越多、越均勻,有助於提升氣象預報的準確性;然而衛星計畫需考量預算、研製時程、資料數、資料均勻度以及衛星星系部署時程等,經由擇優分析,最後選擇6顆作為福衛七號星系的衛星數。

福衛七號三個酬載任務及其作用方式為何?

  1. 全球衛星導航系統無線電訊號接收器(TGRS):TGRS接收全球導航系統(Global Navigation Satellite System, GNSS)衛星(包括GPS和GLONASS)所發射出的無線電波,電波經過電離層與大氣層時會產生折射效應,分析這些折射訊號即可以得到大氣層中溫度、壓力、水氣以及電離層電子濃度的資料。
  2. 離子速度儀(IVM):沿著衛星軌道實際量測電離層的離子資料,藉由改變探測器表面電位能,及計算後端電流板所收集的離子入射角,計算出離子的速度。
  3. 無線射頻信標儀(RF Beacon):電離層是無線電訊號傳輸必經的介質,台灣上空是電離層的不穩定區,科學團隊在亞太地區設置多個地面站,接收RF Beacon所發射的電磁波,即可分析出台灣上空的電離層結構。
  • 本文改寫自科技部新聞稿。

延伸閱讀:

The post 福衛七號出發啦!太空中最精準的溫度計即將於六月發射 appeared first on PanSci 泛科學.

如果濕地是間公司,每年有多少營收呢?

  • 古國廷

如果你是一間大公司的股東,每年分到的股利讓你衣食無缺。但有些人沒跟你們這些股東商量,就決定把公司轉手或關掉,讓你享受的好處頓時成空,你會不會急得跳腳,想跟這些人拼命?

其實這種事情時常上演,出現在你我生活,而且我們都是這間公司的股東,這間公司叫做濕地

「濕地公司」有哪些營業項目?

根據拉姆薩公約 2018 年發表報告《全球濕地展望》(Global Wetland Outlook),目前世界濕地總面積超過1,200萬平方公里,大約 330 個台灣那麼大。如果以公司來比喻,它的營業項目幾乎涵蓋大眾生活的所有面向。

這間跨國公司裡面有水資源部門,每年供給 42,000 立方公里的淡水,其中 3,900 立方公里的水給農業、工業和民生使用。

它同時設有漁業部門,業務範圍包括內陸漁業、養殖漁業、沿岸漁業,其中內陸和養殖漁業的業績年年上升。內陸漁業 1950 年全世界漁獲 200 萬噸,到 2012 年增加至 1,160 萬噸,這些漁獲有 95% 來自發展中國家,是當地重要的營養來源。養殖漁業漁獲 1950 年為 100 萬噸,2008 年成長到 5,200 萬噸,占全球漁業的45.7%。

世界養殖漁業的漁獲連年增加。圖片來源:Phovoir/envato

「濕地公司」也設有防災工程部門,能夠減少暴風雨和淹水帶給人類的威脅。例如美國麻州查爾斯河 3,800 公頃的濕地,減少當地水災衝擊所帶來的效益每年約 1,700 萬美元。濕地也能固碳減緩氣候變遷,其中泥炭地僅占全世界面積的 3%,卻是全世界儲碳最多的地方,其儲存數量約是大氣中碳含量的 75%。

它也有旅遊部門,各種類型濕地讓人們休閒娛樂,並為當地帶來豐厚收入。例如 2002 年的研究估計潛水活動每年為夏威夷帶來 5,000萬至 6,000萬美元的收入;2016 年研究估計澳洲大堡礁每年觀光收入約 52 億澳幣。「濕地公司」的業務不只這些,還包括水循環、氮循環、磷循環;提供「住宅」給許多生物居住,也蘊育世界多樣的文化。

「濕地公司」營收要怎麼計算?

如果我們是一家公司的股東,都會關注他們的財報了解營運狀況,是否能為我們帶來收益。那濕地為人類生活帶來的各種服務,是否也能用金額量化這些服務的價值?例如維護濕地的生態功能,要如何計算對我們好處值多少?

如果要計算維護濕地生態功能的價值,可以用市場價值評估法。所謂市場價值評估法,就是當我們知道一個生態服務對既有商業活動有影響,並且能夠精確知道影響程度,就能以商業活動回推該生態服務的價值。

例如當我們知道維護濕地生態功能,可以讓當地漁獲增加,並且能夠計算漁貨增加的數量;那我們就可以將漁貨增加的數量,乘上漁貨在市場上的價格,藉此估算維護濕地生態功能的效益。

但如果要計算的服務沒有相對應商業活動,則可以用非市場價值評估法,例如旅行成本法、特徵價格法、直接評估法等等。

誰在計算「濕地公司」營收?

其實將自然生態服務換算成貨幣金額可以回溯至 1960 年代。但直到生態經濟學家 Robert Costanza 等人於1997 年在《Nature》發表研究,這類方法才漸漸為人所知。他們研究指出全球生態服務所帶來的價值估計約 16兆至 54兆美元。

在此之後,有越來越多相關的文章和研究報告陸續發表。這些研究者在不同時期,各自參考不同的文獻資料、運用不同研究方法,研究對象涵蓋各種生態系統和地理環境。

時間來到 2007 年,聯合國進行生態系統暨生物多樣性經濟倡議計畫(The Economics of Ecosystems and Biodiversity,以下簡稱TEEB),並於 2010 年和 2011 年發表研究結果。該計畫同時發展出生態服務價值資料庫(Ecosystem Service Value Database,以下簡稱 ESVD 資料庫),裡頭記錄多種生態價值研究的資料。

Rudolf de Groot等人為更了解包括濕地在內各種自然生態系,帶給人類的服務有多少價值,於是集結荷蘭、美國、肯亞、英國、澳洲、比利時和以色列等國的學者,匯集全世界 320 篇相關研究報告並結合 ESVD 資料庫,將其研究結果刊登於 2012 年《Ecosystem Services》期刊。

十種生態系分類,1350筆生態價值估算結果

Rudolf de Groot 等人選定海洋、珊瑚礁、海岸、海岸濕地、內陸濕地、湖泊、熱帶雨林、溫帶林、林地和草原共 10 種生態系。而生態系的服務種類是依據TEEB報告分類,包含提供資源、調節、棲地和文化共四大類,以下再細分共 22 個子分類,這 22 種服務底下又再細分超過 90 種細項。例如提供資源這一大類底下包括食物這個子分類,食物這個子分類底下又包括魚類、肉類等。

然後再將 320 篇研究報告資料一一納入ESVD資料庫中,共有 1,350 筆生態價值估算結果。ESVD資料庫不是只有收錄生態價值估算結果,還包括估算研究過程的各種資料,包括研究所採用的評估方法、評估所使用的貨幣單位、折現率、研究地點描述等等,還有其他計算過程備註。

Rudolf de Groot等人選定海洋、珊瑚礁、海岸、海岸濕地等生態系,計算其價值。圖片來源:Galyna_Andrushko/envato

ESVD 資料庫的生態服務價值是由非常多評估方法計算出來,部分研究以不同年份的當地貨幣做為最初估算單位。為讓資料庫內的資料能互相比較和加總,因此需以各國的平均物價指數(GDP deflator)將研究結果轉換成 2007 年的當地貨幣,然後再用購買力平價(purchasing power parity)把 2007 年當地貨幣轉換成 2007 年的國際元。

計算出來的「濕地公司」營收有多少?

該資料庫內容有 25%是關於內陸濕地、21% 是海岸濕地(特別是紅樹林)、14%是珊瑚礁。資料庫地區分布亞洲 28%,非洲 26%,歐洲 12%,拉丁美洲和加勒比海 12%,北美洲 12%,大洋洲 8%。

珊瑚礁生態系價值,估計每年每公頃約為35萬國際元。圖片來源:kwiktor/envato

研究結果是以各種生態系服務每年每公頃帶來的貨幣價值呈現,貨幣單位為 2007 年國際元,其中珊瑚礁生態系約為 35 萬國際元,海岸生態系(包括海灘)約 2.9 萬國際元,海岸生態濕地約 19 萬國際元,內陸濕地 約 2.5 萬國際元,河流和湖泊等淡水生態系約 4,300 國際元。(註:1 單位 2007 年國際元的購買力,等同於 1 美元在 2007 年美國的購買力。因此可以把內文研究數據,想像成以 2007 年的美金計價。)

Rudolf de Groot 等人在期刊中特別強調,因為缺少文獻資料和標準化程序可以遵循,資料庫中 1,350 個生態價值研究結果,只有 665 個有充足的資訊可以轉換成共同貨幣一起統計,另外超過一半生態服務無法納入計算。因此在這裡呈現「濕地公司」的生態價值是被低估的。

「濕地公司」營收計算方式準不準確?

在這1,350筆生態價值評估的結果,即使同一個生態系估算出來整體價值差異很大。原因包括研究範圍不同,研究地點其生態條件和社會經濟背景也大不相同。評估價值的研究方法不一樣,也造成結果上的差異。此外同一個生態系中的各個服務會相互影響,很難獨立計算單一服務時排除其他服務帶來的貢獻,所以各服務加總時可能有重複計算的問題。

而這320篇研究期刊和報告也有可能產生選擇上的偏誤。像是與生態價值低的地方相比,研究者更容易選擇生態價值高的地方來研究。相較沒有明確結果的研究,統計結果顯著的研究報告更容易在期刊上發表。另外研究報告一開始在選擇的研究方法,就會影響最終價值的估算結果。

估算「濕地公司」營收有甚麼意義?

其實將濕地等自然生態的功能和服務,轉換成貨幣價格,招來不少質疑和批評。有些人認為自然生態無可替代,怎麼能夠換算成金錢;另一派人則是質疑研究結果的準確性。

Rudolf de Groot 等人在期刊中表達自己的看法。他們認為政府、企業和消費者在日常選擇時,已經有意無意地為濕地、森林和種種自然生態定價。通常這些定價價格非常低,甚至趨近於零。完全沒有考量這些生態系豐富的服務與貢獻,反映在我們選擇中。於是我們把自然生態簡化各種單一功能的設施,完全沒有考慮這些選擇背後,需承擔豐富生態消失的代價。

大多數自然生態的價值無法用市場價值計算,只能用其他非市場評估方法衡量。即使如此,還是遠遠低估生態消失所付出的代價、復育的成本,這代表我們生活中享受的各種便利和好處,是從弱勢者和未來世代拿來的。

Rudolf de Groot等人認為,將生態系統服務估價,並不是要為它們定價,或是將其視為商品在市場上面買賣。生態系統服務是屬於所有人的,不能也不應該被這樣私有化拿來交易。

把生態系統服務用貨幣方式表現,是要呈現它對人類社會的益處,這些益處會因為破壞而消失,因保育而留存。用貨幣價格表示是必要的溝通工具,能夠有說服力地傳達訊息,讓土地利用或資源利用時,能權衡考量出更好的決策。

當看完那麼多研究學者用各種方式估算「濕地公司」價值之後,你覺得濕地究竟是一片荒蕪的賠錢貨,還是無價的珍寶呢?

 

參考資料:

  • Ramsar Convention Secretariat. (2018). The Global Wetland Outlook.
  • Costanza, R., d’Arge, R., De Groot, R.S., Farber, S., Grasso, M., Hannon, B., Limburg, K., Naeem, S., O’Neill, R.V., Paruel, J., Raskin, R.G.,
  • Sutton, P., Van den Belt, M., 1997. The value of the world’s ecosystem service and natural capital. Nature 387, 253–260.
  • De Groot, R.S., Brander‚ L., van der Ploeg‚ S., Costanza‚ R., Bernard‚ F., et al. (2012). Global estimates of the value of ecosystems and their
  • services in monetary units. Ecosystem Services, 1(1), 50–61.
  • Ecosystem service valuation database
  • 吳珮瑛 (2005),生物多樣性資源價值的評估方法。

※本文亦刊載於環境資訊中心

The post 如果濕地是間公司,每年有多少營收呢? appeared first on PanSci 泛科學.

看Youtube 漲知識:好看又好玩,那些充滿科學的頻道在這裡啦!

  • 文/ W編

泛科學的文章字太多?在此介紹幾個充滿科學的 Youtube 頻道,讓你用「看」的還是用「聽」的,深入淺出搞懂科學。

啾啾鞋

科普界無人不知無人不曉,台灣知識型 Youtuber 代表人物啾啾鞋。化學系畢業的他,喜歡將生硬的論文轉成大眾好吸收的科普知識,輕鬆逗趣(偶爾尷尬?)的解說風格,更是深獲觀眾們的喜愛的原因之一!

Taiwan Bar

從歷史講解起家的臺灣吧,近年開啟了大抓週計畫,影片內容跨足科學、舞蹈、經濟等領域。逗趣可愛的畫風、明快的節奏與扎實的內容,讓觀眾在短短幾分鐘內就能得到滿滿的收穫!

acapellascience

覺得科學好難懂?好難吸收?或許你只是用錯方法學習了!acapellascience 將科學知識編寫成朗朗上口的阿卡貝拉,只要聽個幾次,絕對忘不了那些滿滿科宅味的歌詞。

Kurzgesagt – In a Nutshell

榮登泛科員工最愛的的節目,常常探討意識、宇宙等大哉問的議題。畫風可愛卻不失唯美,是動畫型科普圈指標性的頻道,旁白充滿磁性的聲音,更是帶領著觀眾不知不覺中,看完十幾分鐘的知識型長片。

National Geographic

身為大前輩的國家地理頻道,在介紹世界各地的科學不遺餘力。從微觀到巨觀;從當地到全球;從地球到太空,以各種觀點介紹著科學與人文的不同面貌。

minutephysics

物理的原理好困難,不懂啦!不怕,minutephysics 用簡單的手繪圖,教你那些難懂的物理。秉持著愛因斯坦說的:「如果你不能簡單的說清楚,就表示你還沒有完全明白。」minutephysics 用有趣的方式,帶你解開那些擾人的物理主題。

Vsauce

訂閱數突破千萬、全球最大的知識型頻道。「地球是平的嗎?」「你的紅色跟我的紅色一樣嗎?」,看似簡單的問題,背後都有深刻的剖析,最近頻道還跟Youtube合作,錄製一系列心理學課程,高水準高質量的內容深獲全球觀眾喜愛!

NASA

工作壓力大,想逃到外太空?那你絕對不能錯過 NASA 的官方頻道。除了火箭發射、天文新知的影片,NASA 還是世界最狂直播主,全天候播送國際太空站的現場直播,搞不好有機會在影片中發現地球上的自己(?)

TED-Ed

由全球知名知識推廣團隊TED 所創辦的教育頻道,與不同風格的動畫師合作,打造上百支深具教育意義的科普短片,絕對是您闔家觀賞的最佳選擇!

WIRED

以實拍為主的科普頻道,雖然沒有明確的領域,卻有許多令人欣喜的企劃主題。像是「為什麼幾乎不可能百米跑九秒」、「用五種程度解釋區塊鏈」等等,切入知識的角度絕對讓你耳目一新!

最後,要介紹科學的頻道,怎麼可以漏掉泛科學呢!

今年度的泛科學科學動畫,以「可能性調查署」為主題,邀請你一同來探索未來的各種可能!而前所未見的科普新節目更即將於這兩日上線,快快來訂閱PanSci泛科學 獲得第一手的資訊吧!

The post 看Youtube 漲知識:好看又好玩,那些充滿科學的頻道在這裡啦! appeared first on PanSci 泛科學.

後宮淨水記:這水竟然有毒?別怕,濾個水就沒事了

本文由紐崔萊贊助,泛科學企劃執行

  • 文/李赫

這日,太醫照例進宮中替娘娘診平安脈。但見娘娘身體康健、臉色紅潤,對著娘娘身旁的小宮女交代了幾句平時保養的注意事項,原本就是熟慣了的流程,太醫行了禮即盤算著告退。

但見娘娘的臉色和悅:「勞煩太醫了,新春的貢茶剛剛分派份例,兄長並於終南山新得泉水一處,今早剛剛也送了進來。請太醫一同品茶吧。」,這太醫原本極嗜品茶是眾人皆知之事,聞言只妥妥謝了恩,等著品好茶。

娘娘並非精擅茶道之人,只吩咐了身旁的宮女好好沏茶。

客氣接過了茶水的太醫欲言又止「這個茶……」。

喝個茶,難道也被暗算了嗎?圖/pixabay

娘娘反而緊張了起來:「這茶可有不妥?我想著是慣常的份例,也就沒有特意著人探看,該不會反而遭了哪個黑心的毒手。早知道就不該太輕信了這些奴才,這宮裡頭的人情來往……以下腦補一千字內心戲。」

「茶是好茶。」太醫掐著娘娘一串未完喘氣的空檔插話:「是水有不妥。」他讓娘娘指使宮女將所謂的「泉水」提進來。

「可……可那是兄長送來的啊!怎麼可能有差錯,莫不是家裡人居然讓人插了奸細,這該怎麼可好?」娘娘揪著小手帕力求鎮靜,眼看一杯茶引發的外戚國舅家腥風血雨即將開場。

「啟稟娘娘,水應當沒教人做了手腳。」太醫看了眼來自遠方的泉水,嘆了口氣:「娘娘有所不知,無論來自何方,水中本來就很多雜質!」

最佳的溶劑,水中有那些雜質?

眼看娘娘仍是一臉茫然,太醫只得細細解釋:「水可載舟亦可覆舟,我們日常那些髒污既然是用水清洗了,那麼不管哪樣來由的水,裡面都有可能有雜質,這個是當然。

水中的雜質如果依據顆粒大小可以分成三大類:可分成懸浮物質、膠體和溶解物質三大類。渾濁的水就充滿了懸浮物質,其大小肉眼可見,主要是由泥沙、粘土、原生動物、藻類、細菌、病毒、以及高分子有機物等組成,常常懸浮在水流之中,也都是由此類物質所造成。其次為膠體,是許多離子和分子的集合物。天然水中的無機礦物質膠體主要是鐵、鋁和矽的化合物,有機膠體物質則主要是腐殖質。而更小的雜質就是所謂的溶解物質了,主要是溶解於水中的低分子量分子、鹽類、離子和氣體。

水中雜質含量甚是多元,固然有許多是好的,像是許多名泉之所以起來格外甘甜,無外乎是由於泉水中含有特定礦物質,娘娘想必也知。礦物質是對身體有好處的。但水裡也會有許多雜質可能有致病的風險,如果不過濾直接喝下,假以時日必定會對身體造成危害。」

娘娘一邊聽著一邊點頭:「幸好太醫留心,本宮獲益良多啊!那不好的雜質會有些害處呢?」

「若論水中會危害人體的雜質,大約也可以分成三類:有機物、無機物以及微生物。

有機物最有影響的種類就是農藥了。聯合國相關機構研究證實,有機磷農藥特別對兒童的神經系統有嚴重影響。而長時間低劑量的農藥累積,最終會造成內分泌系統受化學物質嚴重干擾、神經系統損傷、甚至增加致癌風險。

而無機物中,危害最重的莫過於重金屬物質,即使在低濃度的情況下,就足以對身體構成損害。最嚴重的是會影響生殖系統和胚胎發展,因為胎盤無法隔絕重金屬,胚胎就會直接受到影響。而婦女受重金屬影響,可引致不、流產、荷爾蒙失調及誕下胎。

最後,許多疫病就是由沒有處理妥當的水源傳染的,以水為傳播媒介的病源包括細菌性的傷寒桿菌、副傷寒桿菌、霍亂弧菌、痢疾桿菌等;病毒型的疾病甲型肝炎病毒、脊髓灰質炎病毒、柯薩奇病毒和腺病毒等;甚至水中的原蟲如賈第氏蟲、溶組織阿米巴原蟲、血吸蟲等。因此水中的微生物也切莫小看啊!」

娘娘點點頭,沒有了稍早的慌張,臉色沉靜了下來:「那再請教太醫,水裡頭這麼多叫人不知不覺卻又有害的雜質,本宮到底該如何是好?」

太醫笑了笑,這娘娘果然是個有腦袋的:「既然知道有害,那就想辦法除掉便是了,倒也用不著慌張。」

乾淨的水,有哪些講究呢?圖/pixabay

如何過濾得到乾淨的水?

水要能夠飲用,那就必須除去水中之細菌、病毒,有機物以及重金屬。一般常用的淨水的方式包含:活性碳過濾、逆滲透過濾、陰陽離子交換樹酯過濾與 UV 殺菌。

其中,活性碳過濾藉由高吸附量的活性碳吸附水中的雜質,除了可以吸收殘留於水中之氯離子之外,也可以吸收小分子以及大分子之有機物(三氯甲烷、農藥), 以及部分的重金屬物質(鉛、汞)。活性碳製造可分爲碳化活化兩個過程,碳化是將木材等原料在缺氧的高溫 500 – 750 ℃ 的條件下,熱裂解形成多裂孔性的碳結構體。在這個碳化過程中,大部分的非碳元素,如氫、氧元素藉由原料之裂解成揮發氣體而被去除。如此碳化産物碳原子包含芳香環之片狀結構,由於非常不規則,故會形成一些裂隙,這些裂隙將會在活化過程中,形成更多的微孔結構。活化則利用高溫蒸汽(800-1000℃)或化學物質(500-800℃)來清除碳化過程中存在於孔隙結構中的焦油、裂解産物,以擴大碳化材料孔隙及創造微孔,來提高孔洞、體積或比表面積,産生高吸附量的活性碳。而活化之後的活性碳,由於孔道暢通、表面積比例增加。經過活化的碳才能稱為活性碳──活化處理前後的效率差了 10-20 倍。

逆滲透過濾則是以半透膜進行過濾,由於溶解在水中的溶質無法穿透半透膜,因此只要由有雜質的一方施壓超過滲透壓(osmotic pressure),就可使水分穿過半透膜,得到乾淨的水啦。逆滲透的純化效果可以達到離子的層面,取決於滲透膜的孔隙及特性,對於離子的排除率可達 90%-98%。但逆滲透須持續耗能,且如果逆滲透設備沒有作好保養處理,則滲透膜上容易有污物堆積,造成逆滲透功能的下降。另外有些逆滲透使用的半透膜容易被氯與氯氨所破壞,因此在逆滲透膜之前,也須經活性碳及軟化器等前置處理。

離子交換樹酯可分成陰、陽兩種:陽離子交換樹脂利用氫離子(H+)來交換水中的陽離子;而陰離子交換樹酯則利用氫氧根離子(OH-)來交換陰離子。氫離子與氫氧根離子互相結合成中性水。但不同的陰/陽離子交換樹酯的化學官能基 ,對陰/陽的交換能力皆有所不同。另外,如果離子交換樹脂可用於交換的位置達到飽和,淨水能力就會下降,設備就必須進行更換。

逆滲透過濾則是以半透膜進行過濾,溶質無法穿過,就如森森宮門。圖/pixabay

這時娘娘沉思了一會,又問道「所以太醫,我說那個細菌和病毒呢?」

只見太醫不疾不徐地又說了下去:

「過濾掉雜質之後,還有一種專門用來對付病源的淨水法子,則是 UV 殺菌。UV 就是紫外線,波長範圍大約從 400 nm 至 230 nm ,如果劑量夠大,能破壞生物體的蛋白質與遺傳物質,使得微生物細胞死亡。1965 年 Sykes 等人發現波長介於 240-280 nm 之間的紫外線殺菌的效果最好。紫外線照射除去細菌、病毒與其能量劑量強度(功率)有關,對於除去不同的細菌、病毒所需求的強度並不相同,所以使用的紫外線燈管必須有一定的能量強度。」

水要過濾到甚麼程度喝起來才健康?

「本宮收穫良多啊!既是如此,我這就稟了皇上,把這些設備通通弄來一套!」娘娘大喜。

「那大可不必,裡面有些設備著時昂貴呢。一般喝水用水只要安全衛生,其實不需要講究著高級豪奢,這就像每府有每府的份例安排,強求太好反而徒然浪費了。」太醫頓了頓,接著說明:

如果想將用水處理至超純水的等級,光設備就要花費數十萬以上。但基本上一般用水的過濾系統目的只有一個,就是喝健康和安心挑選濾水器時可以參考相關的認證,如非營利單位美國國家衛生基金會的 NSF 認證(註1)等,喝得更安心。

日常使用的自來水從自來水廠送出時就已做過基本過濾,但水中仍有雜質。其中對我們最容易構成傷害的不外乎懸浮物、農藥、有機藥物、細菌病毒、重金屬、水中餘氯等等。懸浮物因為其顆粒大,是最容易處理的,可以經由簡單的纖維質過濾,使大顆粒卡在纖維質中而除去。至於除去農藥、藥物、重金屬、水中餘氯,可以在前面提及的幾種過濾方法中擇一,考慮到更換成本上,以活性碳進行過濾是最為划算的。至於對付細菌、病毒最好的方式則是經由 UV 殺菌,因為紫外光能徹底摧毀細菌、病毒的 DNA,讓它喪失活性。

只要透過濾水器過濾,並搭配 UV 殺菌的方式,就可以確保飲用水的健康,而且同時兼顧環保。但基本上每一道程序使用的耗材都必須定期更換,才能達到安全的功效。」

「因此娘娘這杯茶,我就心領了。」太醫拱了拱手,將沒有沾唇的茶水放回小茶几上:「娘娘的待人慈藹,這宮裡宮外眼看沒有人算計,但日常起居用水,本來就要當心啊!」

「本宮省得,之後日常用水必不會叫她們這麼輕待了。」娘娘抬手示意把新貢茶賜給了太醫。這次就未遭推辭了,大夥和樂融融安穩行禮告退。


註1:美國國家衛生基金會(NSF)成立於1944年,是一個以科學研究為基礎的民間非營利組織集結專業技術人員致力於公共衛生、安全、環境保護領域的標準制訂以及管理規劃。目前也是世界衛生組織(WHO)在食品安全與飲用水安全與處理方面的指定合作中心。(資料來源:MBA 智庫百科

參考文獻:

  1. Activated Carbon Filters
  2. What is Reverse Osmosis?
  3. Purified vs Distilled vs Regular Water: What’ s the Difference?
  4. 淺析超純水、去離子水、RO水、蒸餾水、雙蒸水的區別 !

The post 後宮淨水記:這水竟然有毒?別怕,濾個水就沒事了 appeared first on PanSci 泛科學.

【特輯】為什麼黑洞長得像甜甜圈?十個關於黑洞的快問快答,來測測你跟黑洞有多熟!

「啊,好像貓眼似的。」「我看倒有點像甜甜圈。」這次的黑洞甜甜圈美照圈了不少黑洞粉,好似好似看過黑洞的照片就跟他很熟一樣。

過去因為黑洞的性質太奇怪,許多人包括愛因斯坦,都覺得他應該是不存在的物體。甚至有天文學家說在一九九八年評論道:「十年前,如果你在一個星系的中心發現一個你認為是黑洞的物體,業界中有一半的人會認為你是一個小狂人。」——(Douglas Richstone)

1979年巴黎天文台Jean-Pierre Lumine的手繪黑洞圖像。Source:Science| J.-P. LUMINET

在好不容易能看到他的現在,就讓我們來用快問快答,來測測你與黑洞之間的距離,證明我們才是從很早就開始追蹤、真正的黑洞粉絲!XD

你該不會連這都不知道吧?——基礎知識篇

「黑洞」指的是完全不發出任何光的物體。這一詞是怎麼來的呢?

A. 抬頭突然看到的
B. 算出來的

黑洞的觀念一開始是從理論上算出來的。1915 年,愛因斯坦發表廣義相對論,幾個月後德國的物理學家卡爾·史瓦西(Karl Schwarzschild)在愛因斯坦的重力場方程式中,找到一個精確解。史瓦西的精確解導出所謂的史瓦西半徑,也就是一個不旋轉且不帶電的黑洞大小,在這個黑洞半徑內,任何東西都無法逃脫,包括光。

有趣的是,愛因斯坦不認為宇宙中真的有黑洞,他認為黑洞只是存在於相對論的觀念裡,是一個理論上算出來的東西。

所以答案是B

 

黑洞是會長大的!它是怎麼「進食」的呢?

A.慢條斯理
B.狼吞虎嚥

黑洞長大的速度是相當慢的,比較像是細嚼慢嚥的吃東西,不會一口氣吞掉一整顆恆星。而且絕大部分的恆星質量黑洞都是被餵大,並不是自己主動去爭搶食物。且伴星提供的物質並不會直接掉進黑洞,而是先在黑洞外圍形成吸積盤,再慢慢從吸積盤掉進進黑洞。

所以答案是A

 

太陽會變成黑洞嗎?

A.會
B.不會

理論上,只要把一個物體壓縮到它的史瓦西半徑以下,這個物體就會變成黑洞,地球和太陽的史瓦西半徑分別是 0.9 公分和 3 公里。假設把整顆太陽壓縮到半徑小於 3 公里,太陽就會變成一顆黑洞。

但不同質量的恆星演化到最後會有不同的結果。質量在 8 個太陽質量以下的中低質量恆星會塌縮成一顆白矮星;質量在 8 到 25 個太陽質量之間的恆星,最後會演化成一顆中子星;如果恆星的質量大於 25 個太陽質量,最終就會演化成黑洞。

我們的太陽在 50 億年後會演化成一顆白矮星,不會變成黑洞。所以答案是B

白矮星。圖/pixabay

 

哎呦,不錯喔?看來你是略懂略懂的黑洞系呢——進階知識篇

黑洞可以用來時空旅行嗎?

A.可以
B.母湯

即使時空旅行是真的可行,要進入黑洞以前還有幾個關卡要通過。科學家已經在宇宙中發現相當多的黑洞,但是到目前為止,還沒有發現一個白洞或蟲洞,所以利用黑洞和白洞之間的蟲洞來進行時空旅行,比較像是科幻小說的情節。

而且,黑洞有很強的重力,而且愈靠近黑洞,重力愈強。假設太空人頭上腳下的方向靠近黑洞,太空人腳部所受到黑洞的重力會比頭部還大,這樣的重力差異就是所謂的潮汐力,這會讓太空人的身體被拉長。重力差異愈靠近黑洞會愈明顯,太空人會愈拉愈長,最後變成麵條一樣細長。

所以答案…比較接近B的母湯

 

抬頭仰望星空,有多少黑洞呢?

A.一個都沒有
B.有好幾個億

利用錢德拉X射線望遠鏡通過外太空塵埃的間隙窺視天空,在可見宇宙的邊緣附近觀察到黑洞集,總共看到六百個黑洞。天文學家透過外推,估計在整個夜晚天空至少有三億個黑洞,答案是B,哇吼!

 

黑洞賭局:天鵝座 x-1 是黑洞嗎?

A.是
B.不是

1975 年,史蒂芬·霍金(Stephen Hawking)和基普 · 索恩(Kip Stephen Thorne)曾經打賭,打賭的內容是到底天鵝座 X-1 到底是不是黑洞?

霍金打賭不是,而索恩則打賭是,贏的人可以獲得一年份的《閣樓》雜誌。這兩位天文物理學家都是黑洞的權威,霍金對黑洞提出新的想法,寫過《時間簡史》這本極受歡迎的科普書,索恩則是因為重力波的研究在 2017 年得到諾貝爾物理獎,另外索恩曾經在《星際效應》電影中擔任科學顧問,讓電影中的黑洞看起來更真實。

然後霍金就輸了,答案是A

原來這就是黑洞的模樣啊!——關於甜甜圈照片篇

本次觀測到的M87黑洞影像。 Photo credit: EHT Collaboration 

黑洞那麼黑,照片到底是怎麼拍出來的?

A.夠大的望遠鏡
B.好的黑洞模特兒

望遠鏡口徑越大,分辨天體的本領就越高強;藉由事件視界望遠鏡,我們能檢驗以往無法觀察的天文現象──例如黑洞。目前事件視界望遠鏡的主要觀測目標,為銀河系中心的超大質量黑洞人馬座A* (Sagittarius A*),以及位於橢圓星系的超大質量黑洞M87(Messier 87,亦稱室女A)。

目前的事件視界望遠鏡,整體解析度已增強到足以分辨出月球上的一顆柳丁,而大質量的黑洞也是必須的。所以答案是A+B(喂XD

參與這次計畫的望遠鏡總共有幾台?

A.7個台站
B.8個台站

參與完成這項觀測的望遠鏡共有:阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列望遠鏡(ALMA),阿塔卡瑪探路者實驗(APEX),IRAM 30米望遠鏡(IRAM),詹姆士克拉克麥克斯威爾望遠鏡(JCMT),大型毫米波望遠鏡(LMT),次毫米波陣列望遠鏡(SMA),次毫米波望遠鏡(ARO)、南極望遠鏡(SPT);其中,由中研院支援的有SMA、ALMA、JCMT。

但由於位置的限制,位於南極的SPT望遠鏡沒辦法觀測到M87,所以實際上是7台,答案是A

 

這張照片「洗」了多久?

A.一年
B.兩年

這次的照片是從2017年4月的觀測中,多台設備同時觀測和紀錄的數據所進行的分析。這幾個台站在五天的時間內共記錄了3500TB的數據,然後花了兩年的時間分析至今,才有我們現在能看的這張照片。

 

為什麼黑洞會像甜甜圈?

A.它本來就長得像甜甜圈啊!
B.黑洞本身的黑和陰影的亮光交織

黑洞本身是「黑」的,所以其實是看不到的,但是我們可以看到它的陰影。陰影的亮光,來自於黑洞周圍的吸積盤。

吸積盤本身會旋轉,而且其內緣(就像是CD片中心開孔的大小)還跟黑洞轉動的快慢有關。在黑洞附近的吸積盤轉動的非常快,因為都卜勒效應的關係,會讓迎面我們而來的那側的吸積盤比遠離我們而去的那側的吸積盤更為明亮。

可以看看以下的黑洞模擬影片:

所以說,你答對了幾題呢?

The post 【特輯】為什麼黑洞長得像甜甜圈?十個關於黑洞的快問快答,來測測你跟黑洞有多熟! appeared first on PanSci 泛科學.

當你凝視深淵:人類首度直擊黑洞真面目!──科學超抖宅報

「當你凝視深淵,深淵也凝視著你。」當我們想像「看著」黑洞的時候,可能是這樣的感覺…嗎?現在,你有可能可以稍微體驗一下凝視黑洞是怎樣的感覺了!

本次觀測到的M87黑洞影像。source:中研院天文所提供 Photo credit: EHT Collaboration

今晚(2019年4月10日),中央研究院廖俊智院長,偕同天文及天文物理研究所的科學家淺田圭一和中村雅德,與布魯塞爾、聖地牙哥、上海、東京和華盛頓特區等五地同步舉行記者會,發布令人興奮的消息:由事件視界望遠鏡(Event Horizon Telescope,EHT)提供的黑洞觀測照片。

關於事件視界望遠鏡

事件視界望遠鏡是全球性的大型望遠鏡陣列計畫,其利用特長基線干涉法(Very-long-baseline interferometry,VLBI),協調世界各地電波望遠鏡針對特定目標進行獨立觀測,並將數據整合在一起,形成口徑等同地球一樣大的虛擬望遠鏡。在台灣方面,作為全球VLBI陣列的一員,中央研究院參與建造了次毫米波陣列望遠鏡(SMA),以及阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列望遠鏡(ALMA);2017年更在北極圈內,和美國哈佛大學的研究團隊,成功架設格陵蘭望遠鏡[1]

由於望遠鏡口徑越大,分辨天體的本領就越高強;藉由事件視界望遠鏡,我們能檢驗以往無法觀察的天文現象──例如黑洞。目前事件視界望遠鏡的主要觀測目標,為銀河系中心的超大質量黑洞人馬座A* (Sagittarius A*),以及位於橢圓星系的超大質量黑洞M87(Messier 87,亦稱室女A)。

相較於傳統的可見光望遠鏡,事件視界望遠鏡觀察的是人眼不可見的電波,波長處於毫米/次毫米範圍,主要用來偵測星際塵埃的熱輻射,或是星際雲氣的分子譜線──這些特性不但對黑洞觀測很有幫助,也是在可見光底下所看不到的。前面所提的,如格陵蘭望遠鏡,便屬於次毫米波電波望遠鏡,因其波長比毫米波更短,可以得到更好的分辨率。目前的事件視界望遠鏡,整體解析度已增強到足以分辨出月球上的一顆柳丁(雖然月球上並沒有柳丁)

參與完成這項觀測的望遠鏡共有:阿塔卡瑪大型毫米及次毫米波陣列望遠鏡(ALMA),阿塔卡瑪探路者實驗(APEX),IRAM 30米望遠鏡(IRAM),詹姆士克拉克麥克斯威爾望遠鏡(JCMT),大型毫米波望遠鏡(LMT),次毫米波陣列望遠鏡(SMA),次毫米波望遠鏡(ARO)、南極望遠鏡(SPT);其中,由中研院支援的有SMA、ALMA、JCMT。

黑洞啊黑洞

那麼,黑洞到底是什麼?黑洞觀測又有什麼稀奇的呢?科學新聞或科普書裡,不是一天到晚提黑洞嗎?

下一站:黑洞1

「星際效應」電影中對黑洞的模擬圖像(圖片來源:Paramount Pictures)。

根據愛因斯坦的廣義相對論,宇宙中可能存在某些特殊的緻密天體,具有強大的重力場,以致在其附近的一定範圍內,沒有任何東西(包括光)能夠逃離──我們稱為「黑洞」;而光能夠/不能夠脫離的區域交界,稱為「事件視界」。當提到黑洞半徑,通常指涉的即為事件視界;若把地球壓縮成黑洞,那麼其事件視界半徑會比1公分略小一點。

雖然我們確實從很多天文觀測得到黑洞存在的證據,但礙於技術問題,人類卻從未直接觀測到黑洞及其事件視界;換言之,即使目前大多數科學家都肯認黑洞,但其存在還算不上是鐵錚錚的事實。況且,就算黑洞真的存在,其長相會跟我們利用電腦模擬出來的一樣嗎?恐怕也是個問號。黑洞的直接觀測,不但可一舉解決上述問題,對於黑洞的性質[2]與一些未解之謎,或許也能得到些許釐清;若運氣好,發現和理論預測不同之處,更可對未來的理論發展、甚至廣義相對論的修正帶來啟發。

我們看到了什麼?

現在(2019年4月10日),人類對黑洞直接觀測的付之闕如,正成為過去式。事件視界望遠鏡發布了最新的觀測結果,成功捕捉到超大質量黑洞M87的影像。這是第一次正式的黑洞「視覺證據」,這個影像有兩個重點,一是新月形的光(與黑洞自身的旋轉有關),二是中間黑暗的陰影。M87具有六十五億倍的太陽質量,距離地球約5500萬光年。初步顯示,觀察到的黑洞樣貌與廣義相對論的預測吻合,但某些細節有待後續更進一步的分析才能得知。

根據新聞稿,「EHT透過調校和成像方法,結果都重複顯現著中心有一黑暗區域的環狀結構:即『黑洞陰影』。Heino Falcke,EHT科學委員會主席,荷蘭Radboud大學教授解釋:『如果周圍明亮,我們預期黑洞會形成一個黑暗區域,類似陰影,這是愛因斯坦廣義相對論預測過會出現的東西,但過去從沒有人見過。』」

隨著黑洞現身,人類對宇宙的認知又更上一層樓,後續相關研究勢必如火如荼展開。黑洞的神秘面紗,不只將逐漸被掀開,我們也有幸成為歷史上首度得知黑洞樣貌的一輩。浩瀚的宇宙,埋藏著龐大的未知,等待人類的探索。

中研院記者會之後的大合照,大家手比黑洞影像的……形狀?

註釋:

  • [1] 架設格陵蘭望遠鏡的細節過程,讀者可參考這裡
  • [2] 如了解黑洞吸積盤(accretion disc)和相對論性噴流(relativistic jets),也是事件視界望遠鏡的主要目的。在此暫不多做介紹。
  • 相關資料由中研院天文所提供。
  • 部分文字由S編、y編微調編修。

The post 當你凝視深淵:人類首度直擊黑洞真面目!──科學超抖宅報 appeared first on PanSci 泛科學.

民族學系到底在做什麼?是跳民俗舞蹈嗎?

  • 活耀星系核/峯木

啊啊啊我好像知道民族系在做什麼(不,你根本不知道!)圖/pixabay

「我就讀民族學系。」這句開場白一出來,肯定許多人頭上會冒出問號。作為台灣最冷門的科系之一,由於人們對這門學科的陌生,常導致一些令人噴飯的錯誤想像,因此令身為在校生的我有了動筆寫下這篇文章的念頭。下面會從幾個最常被問到的問題切入,來談談民族學系是門什麼樣的科系。

民族學 V.S. 人類學

稍微有點概念的人會知道民族學跟人類學有相似的地方,但通常不瞭解兩者的差別。人類學是 19 世紀西方世界在文化能量提升到一個程度後,向外發展與異文化碰撞孕育而生的學科,其所使用的概念、方法、研究議題與終極關懷,都有特定的文化背景與脈絡。

鮑亞士是現代人類學的先驅之一。圖/wikipedia

在 19 世紀初期歐陸的學術脈絡中,將生物性的研究領域歸類於人類學,將文化性的領域歸納為民族學;但在 19 世紀末,美國人類學家鮑亞士(Franz Boas, 1858-1942)將人類學與民族學整合成出「全觀式人類學」(holistic anthropology),而歐陸的民族學接近於鮑亞士系統下的「文化人類學」。

學史的部分提到這裡,可能很多人還是不理解羅斯福路的人類學系和指南路上的民族學系有什麼差別,其實兩者在歷史上有截然不同的背景。台大是日據時期建立的帝國大學,裡面的人類學系即帶有強烈的殖民色彩,為殖民者研究被殖民者生活習慣的時代產物;而政大的民族學系則是國民政府時期為統治邊境民族所設立的系所(政大民族系在中國時名為邊政系),因此兩者在研究對象、性質上皆有所差異,也是台灣獨特的歷史背景造成的結果。

民族學科學在哪裡?談研究方法

民族學是一門比較研究科學,探討對象是文化一致性較高與社會階層化較少的社會。它採用質化分析的研究方法,相對於社會學的量化分析,民族學認為人的行為不能簡單分割成數據,必須要由研究者深入當地參與觀察、深描,進而驗證假設,建立理論。

圖/pexels

人類的群體行為極其複雜,每個行為背後都有文化脈絡,身處其中的當地居民會因為這些行為太過理所當然而忽略這些文化脈絡,因此需要民族學者透過獨特的眼光分析,並嘗試理解背後的意義。更重要的是在田野調查的過程中獲得土著觀點,去解釋文化的相異性與相似性,以增進我們對文化體系運作的了解,擴展人類多樣性的知識。

雖然民族學並不像純科學,期待建立一套四海皆準的通則(民族學的宗旨之一正是確保文化多樣性),但反殖民主義、反種族歧視、反對對弱小民族的侵略或壓迫等中心思想仍是民族學的根基。如同民族學入門經典《天真的人類學家》中所提到的,「一個族群如果失去認同,最令人類學家扼腕的是世界失去了某一種特殊世界觀。世界觀是一個民族數千年互動與思考的產物。因此一個民族的消失也代表人類可能性的萎縮。」如果能將民族學多元包容的觀念應用到生活周遭,相信世界會更美好。

民族學可以當飯吃嗎?談當代民族學

即便人類學和民族學在學科草創之初都是西方帝國掠奪資源的工具,但在時代更迭、理論漸趨完備之下也有了自己的生命,我認為民族學學者的研究都背負著時代責任。

例如鮑亞士(Franz Boas, 1858-1942)有當時種族主義盛行的因子要處理,提出了文化相對論的觀點因應;格林兄弟(Brüder Grimm)擔起在拿破崙時代重振日耳曼信心的責任;史都華(Julian Haynes Steward, 1902-1972)在美國崛起干預各國內政的時代下,嘗試用文化生態論反擊。這些例子都顯示出民族學是一個與時俱進的學科。

多元的台灣社會文化包含各種族群。圖/wikimedia

而在 21 世紀,全球化已成為不可阻攔的世界性發展潮流時,民族學者及人類學者所提倡的多元文化觀、文化相對論,以及反對族群中心主義,都可以培養出具有包容心、能欣賞異文化、相互尊重的新世代公民。

就台灣本土來說,我們有原住民、新住民等多元民族的議題要面對,過去的民族學可能是一個民族控制另一個民族的工具,但現在的民族學是一個民族與另一個民族溝通的橋梁。我們或撰寫族語維基百科、或編撰雜誌、或在原住民族歷史正義與轉型正義委員會服務,許多溝通管道可以透過民族學跨領域的特性被建立起來,這也正是這門學科可貴的地方。

民族學系上課教什麼?談上課現場

講完了美好的理想,我們來談談現實。

如果問我在課堂上感受到最無力的是什麼,那就是不夠系統化、感受不到專業的教學。當然不是系上所有課都這樣,但民族學作為一個強調「全貌觀」的學門,需要從宗教、地理、歷史、經濟、政治等很多方面去理解一個民族,因此學的東西也相當繁雜,甚至有一點雜亂零散的感覺。再加上系上許多老師也並非「純種」的民族學者,可能大學專業是歷史,在研究所才踏入民族學領域等等。

民族學作為一個強調「全貌觀」的學門,學習內容相當龐雜。圖/pxhere

當然這並不是不好(事實上民族學界的先賢們許多都是這樣的狀況),可以說我們受到所謂的「全人教育」之後,未來在進行田野調查時,才有能力問出那個切入核心的問題,也讓我們有基礎知識去理解社群;但是我想很多能力都是在實際操作時才會出現的,在課堂上有時候真的會搞不清楚自己到底是什麼系呢。

所以我個人認為,如果是還不確定自己興趣在哪裡的人,念民族學系是相對好的選擇,因為常常有跨領域的內容,在上必修課的時候也能慢慢摸索自己的喜好,系上也很鼓勵雙主修。

希望讀者在閱讀這篇文章後,對民族學系有更進一步的瞭解。

參考資料:

  • 科塔克(2014)。文化人類學(十五版)。台北市:巨流。
  • 黃樹民(2011)。〈人類學與民族學百年學術發展〉。中華民國發展史:學術發展(王汎森主編)
  • 趙竹成(2014)。〈民族學與邊政研究的現代性〉。《蒙藏季刊 》23(2), 38-57

The post 民族學系到底在做什麼?是跳民俗舞蹈嗎? appeared first on PanSci 泛科學.