遇見科學

儘管大象體型碩大，但幾乎沒有天敵的牠們在近一百年來，族群數量卻出現持續往下掉的窘況。原因之一就在於象牙走私情況嚴重，根據國際監控組織最新統計，光在2011年，全球就查獲有近40噸的非法象牙，換算下來，等同於有4000多頭大象被無情獵殺，數量之多引起國際保育組織關注。
其中又以近年富人階級崛起的中國大陸為最大走私國。雖然從1989年開始，國際上有許多國家都已明文禁止象牙的買賣，但亞洲地區對於象牙的需求卻沒有減少，許多富豪更為了收藏象牙不惜花大錢收購，因而助長走私市場日益猖獗。
「野生動植物走私一直位居國際非法貿易前三名，這也為野生動物帶來生態災難，」裴家騏有感而發表示，象牙其實是從大象門牙延伸出來的一部分，可用來輔助大象挖草挖洞；但長年來卻成為滿足人類私欲的收藏品，令人感慨。
除象牙走私外，棲息地受到破壞也是導致大象生態受影響的原因，因人類「與象爭地」，使得大片森林遭砍伐、草原被開墾為農耕地，就連賴以為生的水源也被人類瓜分；此外，像是很多觀光客會到東南亞一帶旅遊、騎乘大象體驗森林之樂，無形中也讓小象淪為人類圈養的賺錢工具。
「沒有需求就沒有買賣，建立生態觀念是首要之務，」裴家騏表示，要杜絕野生動物非法貿易的共犯結構，除仰賴各國政府與國際組織打擊走私行為外，推廣正確保育觀念亦是根本之道，只要你我都不買，自然就沒有人賣。

「大象大象，你的鼻子怎麼那麼長，媽媽說鼻子長才是漂亮……」相信大家對這首琅琅上口的兒歌一定不陌生，打從孩提時代，大象有著一根長鼻子的可愛形象就深植每個孩子心中，聰明又溫和的牠更是台北市立動物園的人氣王，受歡迎的程度可是一點也不輸給無尾熊和貓熊呢！
體型最大哺乳動物
我們都看過大象，但不見得每個人都了解大象生態。事實上，身為全球陸地上體型最龐大的哺乳動物，大象不但是自然界的「龐然大物」，就連母象當「孕婦」的時間也比其他生物來得久，懷孕期甚至還高出人類一倍時間，平均懷孕周期可長達20到22個月左右。
嘉義大學獸醫學系助理教授楊瑋誠表示，不同於昆蟲或爬蟲類等生物，大象要傳宗接代可說是一條辛苦的漫漫長路，每頭象大約要長到十歲以後才會開始進行交配，經過約「懷胎二十月」的孕期後，才能孕育出新生命，且平均一胎只生一頭象寶寶，因此每頭象寶寶都是母象捧在手中的「心肝寶貝」，只要一遇到危險，母象就會拚命保護小象不受危害。
在生態分類上屬於長鼻目、象科的大象可分為非洲象屬與亞洲象屬，其分布地主要是在非洲撒哈拉沙漠以南；中國南部以及南亞、東南亞等地帶的熱帶與亞熱帶區域。身為草食性動物的大象食量相當驚人，平均一天有十幾個小時都用來覓食與進食，每隻成年象一天可吃進幾十公斤食物。在吃多的情況下，體型也跟著日益龐大，楊瑋誠表示，一隻成象體重最重可達10噸左右，相當於7台小客車重量，壯碩體型讓許多草原上的生物看到象群經過時都會自動走避，以免自己不小心被象腳踢到而受傷。
象腳也做SPA
不過，正因為大象體型龐大，因此承當重量的四隻象腳也就特別吃力，很容易發生腳部疾病，因此各國動物園都很注重象的腳部護理。以台北市立動物園為例，為了讓大象腳丫子可以健健康康，都會定期替牠們進行「象腳SPA」，不但有動物保姆幫大象洗腳、泡腳，甚至還有專人幫忙修象蹄，讓前來參觀的小朋友看了都忍不住羨慕地說「大象真幸福」！
除了有保母幫忙保養象腳外，很多小朋友都好奇為什麼大象在河裡「洗完澎澎」後，還要跑到泥漿裡打滾，把自己弄得渾身髒兮兮地呢！對此，屏東科技大學野生動物保育研究所教授裴家騏笑著說，這並不是因為大象不愛乾淨，而是因為大象皮膚有許多很深的皺褶，常有寄生蟲寄居其中，為趕走這些不受歡迎的「室友」，大象就會利用泥巴浴來幫皮膚裹上保護層，不但有助於驅離寄生蟲，當泥巴乾掉時，還能吸掉大象體表的熱量、降低體溫，可說是一舉兩得，這也是為什麼大象喜歡在泥漿中打滾的原因。

近年台灣興起一股騎單車風潮，有不少人完成單車環島的夢想。但環島途中，不是每個地方都找得到打氣筒為輪胎打氣。為改善困擾，同樣喜歡騎單車的陳家暐，就和同學李培霖、鄭可萱共同研發出「自行車打氣筒」，從施力的科學原理著手，將直線運動的打氣筒改成旋轉運動的打氣筒，利用腳踏車的腳踏板來當握柄，藉此傳送動力為輪胎打氣。陳家暐笑著說，透過巧妙改裝，不但讓騎乘者為輪胎打氣時更省力，不用打到滿身大汗，也可讓打氣筒攜帶更方便，無須擔心騎到一半時，發生輪胎沒氣的窘況。
而同樣獲金牌的台北市復興實驗中學學生羅于傑，則因關心環境保育與乾淨能源議題，而花了兩年時間研發「高效率磁浮小型電動機及風力發電機」，利用磁鐵同性相斥、太陽能板發電等原理，設計出可外接太陽能板驅動馬達，又能以風力發電的創意發明，不僅符合環境保育效益，也能為愛地球奉獻一份心力。
發明無年齡之分 創意是王道
「想發明東西不難，關鍵在於如何動手解決問題，常帶領發明家前往法國參加國際發明展、現任聯合大學工業設計系副教授徐義權表示，許多人都把發明想得太艱澀，其實發明的宗旨就是改善生活中遇到的不方便，讓大家使用起來更便利。他強調，發明沒有年齡之分，有時孩子天馬行空的想像力反而比我們更海闊天空、更有創意，不會像大人一樣容易綁手綁腳、畫地自限。
徐義權笑著說，透過創新研發的過程，不但有助於培養邏輯思考與解決問題能力，還能從中找到許多新發現與樂趣。像他目前就在積極推動「親子創意」教育，鼓勵父母帶著孩子一起發掘問題、思考問題、解決問題，從動手研發的過程中，激發親子無限創意與想像力，讓創意與發明教育也能融入家庭教育，讓科學更平易近人。

愛迪生被譽為世界上最偉大的發明家之一，一生中研發出兩千多種新發明。其中影響我們最深遠的就是「電燈」的發明；不少人好奇為何愛迪生可以設計這麼多前所未見的創新作品，其實箇中關鍵就在於追根究柢的好奇心與勇於嘗試的行動力。
而愛迪生的故事也激勵許多後生晚輩，像今年六月在泰國舉行的「第八屆世界青少年發明展」，就有一群來自台灣的青少年以天馬行空的創意發想出與生活相關的實用發明，不但讓評審眼睛一亮，更一舉拿下8金、10銀、6銅佳績，堪稱是為國爭光的「小小愛迪生」教育部長蔣偉寧特別在上個月頒獎表揚。
柺杖裝GPS 指點迷津有一套
獲獎作品中有不少「吸睛發明」，像是當時就讀高雄市東光國小的方璿益、方璇詠、許逸群就集思廣益設計出為銀髮族量身打造的「多功能安全柺杖」，而發想來源正是家中七十多歲的奶奶。
「我希望讓奶奶出門時更安全，不用擔心會跌倒，」目前已升上國一的方璿益笑著說，雖然奶奶年紀大，但仍喜歡每天出門活動。然而，一般柺杖雖方便，卻不見得適用所有路面，加上缺乏照明設備，行走時易因光線不足而發生危險。為改善這些問題，他們一起腦力激盪，不但在柺杖上加裝LED燈來發揮照明效果，還設計警報裝置，一旦老人家不慎跌倒時，就會發出警報聲響，提醒路人或警察伸手援助。
不只如此，柺杖還安裝GPS追蹤定位器，當長者不小心在外頭迷路時，就可藉由定位功能追蹤所在位置，讓迷失方向的長輩可以安全回家。而貼心發明也讓這個「三人小組」勇奪發明展金牌。
也有學生是從盲人需求著手研發出「時尚盲人安全鞋」。攜手設計的林羿彤、呂昱慶說，視障者因眼盲無法辨認方向，外出時往往「膽顫心驚」，兩人於是突發奇想、在鞋子安裝紅外線感應器與蜂鳴器，當視障者走在路上，遇到前方有障礙物時，紅外線感應器就會偵測並啟動蜂鳴器發出警報聲，提醒視障者多加注意。林羿彤笑著表示，安全鞋的點子是來自於他們在電視上看到蕭煌奇等視障歌手演唱時，因雙眼看不見而不敢在舞台走動，只好一直站在原地，因而激發他們想要發明可幫助視障者行走更安心的專用鞋，希望滿足視障者的生活需求。
而就讀高雄中學的陳奕廷則運用巧思研發「分離式乾溼紙巾供給裝置」。他表示，自己有帶溼紙巾出門的習慣，但發現包裝封口打開後，容易因水分蒸發而乾掉，造成使用不便。於是他開始動腦思考，希望能提升紙巾功能，經不斷嘗試後，終於發明可順利分離乾溼紙巾供給的便利裝置，透過液體填充罐與紙巾分離的聰明設計，不但可讓溼紙巾不再因水分蒸發而乾掉，還能自己添加無防腐劑或香精的液體，讓溼紙巾用起來更健康。

你能想像有一天打開電視機，看不到影像而只剩下黑幕嗎？或是沒了氣象報告，交通運輸連不上線的日子嗎？
為了提倡人們對太空科技的認識，推廣太空科技的應用，聯合國把每年的十月四日至十日定為世界太空周（World Space Week），取十月四日是因為1957年這一天，蘇聯成功發射了第一顆人造衛星史普尼克一號，取十月十日是因為在1967年這一天，聯合國訂立了《太空條約》，這是關於各國探索和利用包括月球和其他天體的外太空活動所應遵守原則的條約。
每年世界太空周，都由聯合國太空科技應用計畫及其會員國合力選定一個主題來推動，今年的主題是「太空與人類安全保障」。
今日世界戰亂、毒品及恐怖組織威脅活動頻傳，太空科技不能阻止戰爭，但是人造衛星能遙測到正在興建中的核武工廠，能看到毒品植物的栽種地點，能立刻有效的傳輸訊息，來作阻止防範的措施；人造衛星能經由對大氣的觀察而預測風災水災的來臨而發出預警；近年來的全球氣溫變化，水旱災及農作物減產引起的糧食危機，直接影響人類生活品質和社會發展，地球觀測衛星可用來測知土地利用現況，森林植被、河流改道等，以協助農業土地規畫；這些都是太空科技能對人類安全保障所作的貢獻。
今日正值世界太空周內，太空科技應用不曾停歇，使今日日常生活無形中便利不少，太空其實就在我們身邊，太空不遙遠。

一提到太空，人們總有遙不可及的感覺，遙不可及，不僅是指距離上，太空在我們肉眼看不到的藍天之上，藍天已非伸手可及，天外之天更是在夢境之外了；遙不可及，也是科技上的感覺，飛機在離地面十一公里高的天上飛，十幾個小時可以從台灣海峽飛越太平洋，抵達美國西岸，已經很快了吧，而太空站在離地球約三百五十公里高的太空上，環繞地球一圈，只要九十分鐘，這太不可思議了。其他的還有人造衛星、太空飛船、火星探測車，多麼艱深複雜的東西，多麼遙不可及的科技啊！
人類心理，遇到與自己認知或經驗範圍之外的事務，頭一個反應也許是好奇，在好奇探索之際，若遇到難處，沒能突破，則易生放棄心，傾向於迴避，敬而遠之了，人們對於太空科技的遙不可及，大概是這樣的情懷吧。
其實，太空科技並非遠在天邊，而是時時跟在我們身邊的，太空科技已經應用在人類日常生活中的許多地方，對社會經濟和人文發展已經有許多貢獻，此話怎講？聽我道來。
看電視，是今日幾乎人人生活中不可或缺的一部分，但是我們有沒有想過，為什麼打開電視機，就可以看到各種節目表演和各地發生的新聞現場轉播？節目排演和新聞現場距離我們遠嗎？遠！有可能在千山萬水之外，電視距離我們近嗎？近！就在舉手按鈕之勞。
為什麼遠在他鄉的景物，我們在短時間內就可以由家中的電視機上收看到呢？這就要拜人造衛星之賜了。
人造衛星在太空上環繞著地球運轉，不同的衛星有不同的功能。簡略的說，衛星電視即是通過人造衛星，將地面發射站的微波信號，傳送到有定向天線的接受站，通過解碼器解碼以後，輸出給終端用戶收視；而電視上看到的氣象報告、海潮漁汛、災區實況等，則是由地球觀測衛星傳輸下來的，因為地球觀測衛星可以遙測地球表面的現象及環境，氣象及水土風雲的變化盡在眼底。
通訊衛星也與我們日常生活有密切關聯，在天上飛的飛機，因為移動而不能使用有線通訊，通訊衛星就派上了用場，可以迅速的傳輸信息給遠隔二地正在移動的目標物；全球定位衛星系統可以準確的認定物體移動的位置，汽車裡裝置的GPS定位器是常見的實例。此外，科學實驗用的衛星研究特定的科學現象，軍事用的衛星監測國土安全和國防策劃，都是默默的在給我們提供服務。
今日太空裡有大約三千五百顆衛星在運轉執行任務，這些衛星各司其責，我們每日享用著太空科技帶來的資源，卻不知太空科技已經應用在日常生活中，與我們貼得這麼近。

儘管觀測任務在各界協助下順利進行，但觀測結果也令科學家看了憂心忡忡。王國英表示，根據最新統計資料顯示，大氣二氧化碳在2010至2011間上升了1.93 ppm，而2011年至2012年期間則上升了2.33 ppm。
若按照其上升速率來看，三年之後，也就是2015年時，二氧化碳濃度將超過400 ppm；若再繼續往後推算，等到2036年時，二氧化碳將達到450 ppm的高濃度，屆時將可能導致地球平均溫度上升2℃。
王國英有感而發表示「我們每人每天都在日常生活中製造二氧化碳」，無論在家中用電腦、看電視，還是出門騎機車，每個人都會製造二氧化碳，而從觀測資料亦發現，在工業活動密集區的二氧化碳濃度特別高，無論海上或空中都達400 ppm以上。在物質不滅的定律下，二氧化碳將一直存在地球上，因此如何減碳愛地球，也成為「人人有責」的環境保育使命。
「要完整觀測二氧化碳濃度變化，我們必須長期抗戰」王國英表示，觀測數據必須長時間統計才有其意義，因此這是一項長達二十年的計畫，如此才能建立完整的溫室氣體變化資料庫，但他也坦言，此計畫沒辦法由團隊獨力完成，必須仰賴政府公部門資源持續挹注，才不會讓觀測任務半途而廢、功虧一簣。

你知道人類一年大約排放多少二氧化碳到大氣中嗎？答案是300億噸！為了解溫室效應氣體的變化、協助科學家進行全球暖化與氣候變遷研究，中央大學環境研究中心主任王國英從2009年起在國科會與環保署補助下，組成研究團隊，打造規模最大的溫室效應氣體觀測平台。
三年來不但收集許多重要資料，更發現全球大氣二氧化碳濃度持度上升中，讓團隊大聲疾呼，若不力行節能減碳，等到2036年時，全球平均溫度將隨著二氧化碳濃度增高而上升2℃。
我們都知道，地球之所以成為成千上萬種生物的美麗星球，是因為地球大氣層可藉由溫室氣體來吸收太陽光散發的高溫，讓地球可以作為適合孕育萬物生長的家園，但隨著工業進步與城市人口增加，人類大量使用化石燃料、產生愈來愈多二氧化碳，破壞了原有的大氣平衡，導致地球改變了昔日面貌。
王國英表示，二氧化碳在大氣平均存在時間約為120年，以一年平均300億噸來計算，其中有一半的二氧化碳會留在大氣中持續累積，另一半則仰賴地表與海洋吸收。他形容，地球就像一個「海綿」般，會一直吸收人類所製造的二氧化碳，但會不會有一天再也無法吸收，導致大自然力量反撲，造成地球不斷增溫，誰也無法保證！所以，這正是觀測二氧化碳濃度變化的重要性所在，就是希望藉此為溫室效應做好管控工作。
然而，要觀測二氧化碳濃度變化可沒那麼容易！王國英解釋，空氣汙染物的散佈是「無國界傳播」，以高空中的大氣為例，就形同是「海洋中的洋流」般，會將二氧化碳等空氣汙染物推向世界各地，且比海洋快上許多，平均每秒流速可達50公尺，換言之短短一小時就可將空汙散布至近乎200公里外的遠方。
海洋也是同樣的道理，會隨著海流波動，將汙染物擴散到各海域。因此科學團隊得布下「天羅地網」，並克服觀測過程中所遇到的高空亂流或海洋大浪等問題，才能觀測到整體性的二氧化碳濃度變化。
王國英說，幸好長榮海運公司三年前提供九艘貨輪，協助團隊在船上架設觀測儀器，進行全球海洋邊界層的觀測任務，三年下來已完成130個航次的觀測資料，觀測的範圍包括太平洋、印度洋、紅海、地中海，東北與西北太平洋等海洋區域的大氣二氧化碳濃度；而華航也於今年六月加入觀測行列，利用民航機，完成117個航次的觀測資料，在民間企業的幫助下，也讓團隊得以打造一個全球性的海、陸、空觀測平台。
團隊表示，透過這些觀測資料與科學數據，不但有助於科學家對氣候變遷與全球暖化問題的發展情況進行了解，隨著資料愈來愈完整，還能提供世界各國進行未來全球碳排放管制、二氣化碳地底封存等相關技術的科學驗證，為改善溫室效應助上一臂之力。

你幽默嗎？許多國外研究已經發現，一個具有良好幽默感的人，其人際關係與相處也會更加融洽，但幽默感從何而來，也成為科學家想要解開的大腦謎底，為一探幽默的奧妙之處，台灣師範大學心理與輔導學系教授陳學志，深入研究「幽默」究竟是如何經由大腦神經運作過程產生出來，研究成果不但一舉登上國際知名期刊《Neuroimage（神經腦造影）》，更為大腦科學研究走出新的發展之路。
為此，陳學志不但建立一個容納十萬則笑話的研究資料庫，更組成團隊，找來上百名受測者閱讀數十則笑話，利用最新的功能性磁振造影（fMRI）來研究受測者大腦中的運作機制，藉此觀察他們在閱讀笑話時的大腦變化與傳導歷程。
結果，團隊透過受測者的大腦迴路觀測發現，人的大腦要從能感受幽默並理解、進而發出會心一笑，其過程其實沒有我們想像中容易，而是要歷經「失諧」、「解困」、「回饋」等三個歷程，才能產生愉悅的感覺。
陳學志解釋，但我們看到或讀到笑話時，大腦就會開始解讀語意，而要產生幽默感的第一個歷程就是「失諧」，這主要是由右半腦的顳中回與額中回負責，這兩個區域是掌控我們對語意的偵測及訊息的儲存。緊接著，再由兩邊的額下回與左半腦的額上回、及左半腦的頂下葉來擔任「理解與統整笑話」的角色，也就是第二階段的「解困」歷程。當我們的大腦了解笑話意涵後，就會由腹內側前額回、以及掌管喜怒哀樂情緒的大腦皮質下的杏仁核、海馬旁回等部位進行第三階段的「回饋」歷程，並從中產生愉悅與好笑的感覺。
透過功能性磁振造影的實驗觀測，團隊從觀察閱讀者觀看笑話語句的腦部活動變化，來精準掌握失諧、解困及愉悅好笑等三階段所各自對應的腦神經部位，進而找出大腦各部位是如何「各司其職」與「分工合作」來令受測者可以理解笑話內容、進而開朗一笑。
陳學志表示，透過這些複雜的神經迴路也說明了幽默就如同是一個全腦體操般，可以有節奏的活化左右半腦，皮層上（cortex）以及皮質下（subcortex）的腦細胞。而從研究過程，也讓人知道原來「幽默」是從三階段的複雜神經迴路歷程而來，且缺一不可，只要少了一個階段的運作，可能就無法感受笑話的幽默詼諧之處。研究結果不只揭開幽默的神祕面紗，也有助於團隊了解為何有些人如亞斯柏格症患者，無法理解與運用幽默的原因所在。
陳學志說，團隊發現，如果一個人聽不懂或無法理解笑話或別人的幽默感時，在功能性磁振造影的圖像上，就會出現腦神經迴路被「卡」住的現象，就如同一個人在慢跑途中遇到了障礙物，無法繼續往下跑的情況般，為找出改善之道，團隊未來也將進行更深入的差異分析研究，希望能從中找出自閉症患者的腦神經運作究竟出了哪些問題，以至於他們無法理解笑話的幽默之處。

「我一直想知道為何當人聽到詼諧笑話時，就會忍不住會心一笑，談起研究動機，陳學志笑著說，很多人都認同幽默感的重要，卻不了解幽默與大腦間的運作關係，這讓他很好奇。而就是憑著這股想解開幽默謎底的熱情與傻勁，讓他甘心投入長達二十年時間從事幽默研究，並因此獲得「幽默大師」的封號。
陳學志表示，「幽默就像是我們的大腦在進行一場慢跑運動般」，幽默的神經迴路歷程是一個大腦必須要全體共同參與的歷程。就如同在幫大腦作體操般，幽默能夠有節奏的活化腦細胞。
有趣的是，幽默不但有助於活或化大腦，還會釋放出讓人感到快樂的「腦內啡」，其效果就如同我們去跑操場或打了一場汗如雨下的羽球般，讓人可以從幽默中拋開憂愁與煩惱。團隊表示，當一個人開懷大笑時，其大腦的運作機制會更活化，並釋放出腦內啡讓人感覺更放鬆、有助於減輕身心壓力、達到紓壓效果。而這樣的結果似乎也呼應了老祖宗常說的「一笑治百病，再笑解千愁。」的道理。