遇見科學

很多人好奇，在宇宙中有那麼多星體，為什麼目前科學家都認為只有火星比較有可能出現生命跡象，甚至寄望未來人類有朝一日能移民至火星上當「太空新住民」。對此，葉永烜解釋在眾多行星中，水星、金星、地球、與火星因為距離太陽比較近，因此又稱為太陽系的內行星。其中，金星與地球的質量大小因為很接近，所以金星又被稱為是地球的「孿生兄弟」。
但質量接近不等於金星就擁有和地球一樣適合生物繁衍的星體環境，葉永烜表示，海洋為孕育各種生物的大地之母，要有水的存在，才能衍生出生命。以金星來說，由於其表面非常炙熱，溫度可達攝氏四百多度，在這樣環境下很難發現有水的蹤影，更何況是生物足跡。
反觀火星，則恰好與金星相反，火星表面溫度低，約為零下四十度。加上火星表面有發現宛如大峽谷般的地質構造，同時科學家也發現火星過去有水的證據存在，因此推估火星之前的氣候環境可能與地球相近不遠，因而讓火星成了眾多星體中，最可能存有生命跡象的一顆星球。
為了讓對探索太空有興趣的天文迷可以更了解此次登陸火星任務的來龍去脈，台北市立天文館也將八月及九月訂為「火星季」，推出一系列活動。林琦峰表示，此次天文館特別與師範大學科教中心及美國在台協會合作，共同推出「2012火星最前線」展覽，內容除展出火星探測器的發展與演進外、還結合多媒體球投影、親身體驗漫遊火星的互動模型。八月十九日當天下午二時則有「星期天談星」活動，九月底前的每周日下午三時會舉行「假日探星趣-前進火星」活動，由解說員帶領民眾動手做好奇號模型，讓民眾對好奇號有深入了解。

眾所矚目的美國國家航空暨太空總署（NASA）火星探測器「好奇號」，於八月六日成功登陸火星，並順利從火星拍下第一張彩色照片傳回地球，讓全球太空迷與天文學家為之振奮，這也是NASA團隊首次使用以火箭作為動力的空中起重機，幫助好奇號可以順利登上火星。
西元1969年，成功登陸月球的阿姆斯壯用雙腳，踏出人類探索太空的一大步，到了2012年，火星探測器「好奇號」則用六個輪胎，邁向人類探索天體星球的另一個大步，對許多天文迷來說，這不僅是天文科學研究上的里程碑，也見證了歷史的重要一刻。
台北市立天文科學教育館解說員林琦峰表示，造價約25億美元的好奇號是一台擁有六個輪子、宛若汽車大小般的火星探測器，相較於2004年登陸火星的探測車「機會號」及「精神號」，重量約達900公斤的「好奇號」，不但比它們重五倍以上，長度也增加兩倍。有別於之前的探測器，「好奇號」除了體積變大外，更是第一輛由NASA研發採用核動力驅動的火星探測器。
為何要改採核動力來驅動探測器呢？國內知名太空權威、現任中央大學天文研究所教授葉永烜表示，以往登陸火星的探測器都是運用太陽能來當作動力來源，一旦探測器無法照射到太陽光時，就無法產生動能運作，導致探測工作因此中斷，但如果改用核動力來製造動能則可避免這樣的問題，無論是白天或夜晚，好奇號都可以全天候進行探測任務，從探測技術上來說，這不但是美國首次將核能技術結合行星探測器，也是太空科技的一大突破，因此格外引發國際關注。
因為體積變大，也讓「好奇號」可以搭載更多探測儀器，除了用來拍攝影像的照相機外，還包括光譜儀、化學攝影機、火星樣本分析儀器等。
葉永烜表示，不同於2008年登陸火星的「鳳凰號」只能在原地，此次「好奇號」將以火星赤道附近的蓋爾隕坑為主要探測地點，從中找尋火星是否曾經有生命存在的蛛絲馬跡，好奇號預計將在火星上探測一個火星年的時間，接近於地球上的兩年，由於探測區域比之前登陸火星的探測器都來得廣大，因此科學家也預估將帶來更多令人期待的探測資料。
葉永烜表示，火星是八大行星中的一個星體，其誕生年齡與我們所居住的地球相近，大約是在四十五點六億年前形成。火星表面含有許多氧化鐵，因此讓星體顏色偏橘紅，因此火星又有「紅色星球」之稱。

藻類也能用來發展綠色能源嗎？成功大學化工系特聘教授張嘉修結合成大生物科技中心、化學系、交通大學、高雄海洋科大組成跨領域團隊投入「微藻科技」研究，成功研發出直接吸收工業廢氣中二氧化碳的微藻養殖系統，發展潛力不但可觀，更申請多項專利，未來將可作為綠色生質能源「生力軍」。
歐美這幾年加緊腳步投入大豆、玉米等生質能源研發，以開發替代能源。而國際之所以如此積極的關係正是因為能源枯竭情況日益嚴重。從每天出門搭乘的大眾交通工具，到我們穿的衣服、甚至每天洗澡少不了的天然氣，在普羅大眾日常生活中，食衣住行幾乎已跟石化燃料息息相關，尤其工業革命之後，人類對石油、天然氣的依賴更與日俱增。但，再普及的能源也終有枯竭的一天，能源專家就預估，如果我們消耗能源的速度不變，三十年後，世界上許多大型油田就將面臨原油枯竭窘況。
除了能源危機引發國際關注外，更令環保團體擔心的是二氧化碳帶來的溫室效應與全球暖化，聯合國政府間氣候變遷小組（簡稱IPCC）也對此提出警告，20 世紀地表均溫已比過去增加0.6 度，若人類不趕緊防患於未然，暖化情況將有增無減，屆時冰山融化速度將愈來愈快，低窪國家民眾更可能成為第一波「氣候難民」。有鑑於此，成大團隊才會嘗試用微藻來發展生質能源，希望能為環保助上一臂之力。
「微藻是地球上最古老的生物之一，甚至比三葉蟲出現得還早」張嘉修表示，微藻屬於水生單細胞藻類，能有效率利用光能進行光合作用，早在三十五億年前就已出現在地球上，因此又有「古生物」的稱號。
除了生存年代久遠，最讓科學家吃驚的是它們的減碳能力，由於微藻須靠著光合作用才能存活下去，而二氧化碳更是微藻進行光合作用時最重要的要素之一，因此微藻邊行使光合作用時就能邊發揮降低二氧化碳的效果。根據統計，若要產生1 Kg的微藻，過程中得吸收1.6至2.0 Kg的二氧化碳，吸碳效率比一般陸地上的綠色植物要高出二十倍以上，可謂是生物界中的「減碳高手」。
張嘉修表示，正因微藻減碳成效不容小覷，也讓團隊發想出可利用工業廢氣排放的二氧化碳來培養微藻，藉此達一舉兩得功效。於是團隊與中鋼公司進行產學合作，在中鋼建置一套微藻養殖系統，利用中鋼所排放的高爐煙道氣來進行微藻養殖，並將所生產的微藻作為原料，藉此建立微藻生質柴油生產與技術平台，開發出微藻減碳與生質能源的生產技術。

張嘉修表示，相較於生質能源，一般人熟知的太陽能、風力、水力等再生能源，雖然也很環保，但卻容易受到陰天、風力不足等氣候影響，而反觀生質能源則具有受天氣影響較小的優勢，還能運用稻稈或有機廢水、玉米大豆等多元物質來開發生質能源。不只如此，生質能源還可透過多種形式產出，以「生質氫氣」為例來說，就可直接經由液化或儲氫材料來進行貯存，亦可透過燃料電池來轉化成電力，讓使用上更方便。
「南台灣的豔陽天很適合用來作為微藻的培養環境，」張嘉修表示，微藻喜歡生長在攝氏30度至37度的溫度環境中，經過團隊的深入研究後，更進一步培植後出可耐 40度高溫的微藻，正好適合一年日照時數可達兩千小時以上的南台灣氣候，可說是「天時」與「地利」集一身，再加上「科技之力」，正好提供養殖微藻的最佳環境。
除了具降低二氧化碳的功能外，團隊表示，微藻更富含油脂、碳水化合物、蛋白質等許多高經濟價值的物質，可將這些物質轉化成生質燃料，從中製造出生質柴油與生質酒精等，還能攝取微藻的營養成分與綠藻萃出物，開發成健康食品與水產養殖飼料、化妝保養品等，讓微藻發揮一物多用的效果。

台灣面積最大藻礁海岸地形在哪裡？答案是桃園縣觀音鄉。你答對了嗎？為捍衛桃園縣觀音珍貴的藻礁地形不被破壞，桃園在地聯盟、荒野保護協會、中華鳥會等多個環保團體之前曾共同召開記者會，大聲疾呼社會各界搶救千百年來好不容易形成的藻礁生態，並期盼縣政府能夠將觀音鄉藻礁區規畫為自然保留區。
談到藻礁，一般人可能會把這兩個字和珊瑚礁聯想在一塊，事實上兩者有所差異。簡單來說，海洋中珊瑚礁主要是由「動物造礁」，就像骨幹一樣逐漸長出來，成長速度較藻礁快上許多，每年可以增長一公分左右；而藻礁則主要是由「植物造礁」，是以「層層疊疊方式」，一層層地慢慢長，平均每年大約只能增長零點一公分左右，換句話說，十年時間下來只能增加一公分，累積速度相當緩慢。
不過，也因為藻礁累積緩慢，所以更凸顯其珍貴之處。長期研究海岸生態的農委會特有生物保育中心副研究員劉靜榆表示，珊瑚礁的形成是由一群可以形成碳酸鈣質骨骼的刺胞動物，與體內共生的單細胞藻，藉由一連串作用讓碳酸鹽與鈣離子相互結合，再透過經年累月的方式慢慢形成固態碳酸鈣骨骼，而演變成我們今日看到的珊瑚礁生態。
而藻礁的形成則是藉由紅藻門的珊瑚藻、綠藻門的仙掌藻等藻類，將大海中游離的鈣固定於細胞壁中，再藉由他們所留下的石灰質進行鈣化作用的造礁工作。劉靜榆表示，這些可留下石灰質的藻，就泛稱為石灰藻 (calcareous algae)，部分長得較為扁平的石灰藻還能透過不斷的相互膠結，累積出大規模的藻礁生態。
劉靜榆形容珊瑚礁外觀看起來就如同「樹枝」般，而藻礁則是「色調濃稠的水彩」，一層層塗抹附著在礫石上。除了外觀與造礁方式有所不同外，兩者的生長環境也是「同中有異」。她表示，珊瑚與藻礁？需要生活在可進行光合作用的有氧海域中，但是藻礁對環境的忍受力又比珊瑚礁高出許多。
舉例來說，藻礁可以生存在鹽度變化較大、水溫較低、海流強的海洋環境中，甚至還能忍受短時間的陽光曝曬，因此當海水退潮時，我們可以有機會在海岸邊觀看到露出海水面的藻礁。而反觀珊瑚礁則對生存環境要求較高，除了海水平均溫度要維持在23℃至25℃間的海水溫外，還要保持水質清澈與鹽度穩定，才能確保珊瑚不會因此而白化、甚至生病死亡。
但，值得我們注意的是，如果連忍受力較高的藻礁都禁不起環境破壞而影響生態時，也意味著環境汙染已到了不能不正視的地步，這也是為什麼環保團體要攜手站出來保護藻礁的原因所在！

「藻礁就如同生命聚寶盆般，是許多生物的棲身之所」因為參與海洋生態總體檢工作而投入藻礁研究、保育的劉靜榆有感而發表示，許多小魚、小蝦、小螃蟹都需要靠藻礁來躲避天敵，對這些小生物來說，藻礁就像是牠們的「大自然庇護所」，可以保護他們不受外來天敵的攻擊。但讓環保團體深感痛心的是，他們發現有愈來愈多藻礁正面臨生死存亡的危機。劉靜榆表示，以桃園縣觀音這一帶的藻礁為例，就有將近三分之二至四分之三的藻礁礁體內沒有小蝦、小蟹等生物存在。她表示海洋因為有漲潮、退潮的緣故，所以海洋本身具有自淨能力，但若連藻礁礁體內都看不到這些小嬌客蹤跡，這也代表當地汙染已經很嚴重。
為何藻礁生態會受到破壞呢？劉靜榆表示，「工業汙染」與「人為開發」是其主因。她指出，像是桃園觀音工業區、大園工業區等地區的部分工廠，都直接將汙水都排入大海中，導致海中大小生物一一死亡，也讓藻礁從原先的暗紅色慢慢轉成污黑，甚至無法再繼續增長，甚至有些海域的生物多樣性已經降到0，完全沒有生物存活。此外，發電廠、工業區等人為開發也讓珍貴的藻礁海岸生態受到破壞。
最近幾個月因環團與居民動員起來，加強舉發違法，數以萬計小蝦群及小魚群都回來了，只是不知道能撐多久？
正因如此，環保團體才會一直呼籲主管機關應儘速設立永久保留區，就是為了讓生態豐富的藻礁不要消失在我們的記憶中，讓美麗的藻礁生態可以生生不息下去。

然而，想重建出南太平洋數百年來的海水溫度資料模式可沒我們想像中那麼簡單，得透過「鈾釷定年技術」逐年地慢慢測量，因此研究團隊光是為了量測珊瑚年齡大小就花了幾年時間，是一項相當耗時費力的研究工作。
不過，看到這裡，多數人可能對「定年」這兩個字覺得有些一頭霧水。對此，沈川洲解釋，所謂的「定年」意思就是用來測量與判斷自然界生物年齡大小或礦物、化石等物質生成年代的方法。隨著科技發展與研究的精益求精，台灣的「鈾釷定年方法」可以說是愈來愈成熟，其量測水準不但在全球數一數二，其他國家的研究人員也常委託台大團隊協助定年研究。
而透過珊瑚骨骼的「鍶鈣比值」的分析，也確實反映出海洋溫度上升的事實。沈川洲表示，研究團隊發現，南太平洋從西元1890年後就因全球暖化等因素影響，導致海溫升高，一百多年來已升高 1℃，而這也導致台灣夏季降雨增加，其原因正好跟西太平洋的哈德利環流（Hadley circulation）系統有關。
沈川洲解釋，哈德利環流系統會在熱帶西北太平洋上升，在西南太平洋下沉，但如果西南太平洋海溫出現升高現象，就會阻礙冷空氣下沉，導致哈德利環流變弱，讓原本應該往南半球輸送的水氣與能量轉而往北半球傳送，使得台灣、日本、韓國、菲律賓等地區首當其衝，使得夏季降雨出現明顯增加情況。
不只如此，團隊還發現南太平洋的海溫變化是以14至19年為一個周期，未來10年很可能正好面臨高溫期，如果氣候模式沒有改變，也意味著南太平洋海溫會持續上升，屆時暴雨發生的強度與頻率就可能增加，導致夏季雨勢變得更加強烈。
團隊也呼籲政府當局與相關單位應做好防治措施，才能未雨綢繆，避免豪雨成災的景象一再上演。

六月中旬的梅雨鋒面讓台灣從北到南都感受到雨神的威力，尤其降下的驚人雨量更令許多低漥地區都 「泡在水中」，一波波的豪雨肆虐使得車潮眾多的交通要道成了一條條水淹及膝的「河道」，讓望雨興嘆的市井小民苦不堪言，不禁想問為何老天爺的雨勢來得又大又急！
普羅大眾的疑問也是學者專家長年以來一直想探究的問題，不少大氣學者都曾提出氣候變遷可能導致「大雨增、小雨減」的現象發生。像是國科會去年發表的「台灣氣候變遷科學報告」中就明白指出，從台灣長期氣候觀測紀錄數據顯示，國內近50年來的降雨特性已和以往有所不同，雖然降雨天數比過去減少許多，但下豪大雨或暴雨的次數卻是一年比一年增加，這也意味著台灣未來可能得面臨「旱澇交替」的極端氣候型態挑戰。
事實上，不只氣候專家憂心忡忡，地質學者與國際團隊也透過南太平洋微孔珊瑚的鍶鈣比值變化，重新建構南半球海水表面溫度紀錄與氣候變化模式，結果從中證實台灣夏季降雨與南太平洋海溫變化的確有其關連性。
台灣大學地質科學系教授沈川洲表示，海洋與氣候變遷的關係向來密不可分，加上南太平洋又是全球面積最大的海洋，因此該海域一直是不少大氣學者的重要研究範圍。像是中研院與台大大氣系合聘教授許晃雄與中央氣象局技正陳雲蘭去年發表的研究成果，就是從近百年來的觀測數據中分析出台灣與韓國、東南亞島國的夏季降雨和南太平洋海溫具有同步變化的特性。
為進一步了解海溫升高與降雨增加的關聯性，台大地質團隊與美國路易斯安那州立大學研究專家攜手進行跨國研究，前往南太平洋阿美帝島鑽取5支微孔珊瑚的岩芯，再結合「鈾釷定年技術」來量測珊瑚年齡，歷經七年研究時間，終於從微孔珊瑚骨骼鍶鈣元素比值的分析中，重新建構出從南太平洋350年來（西元1649到1999年）的海水表面溫度變化資料，研究成果已經刊登在「Nature Climate Change《自然氣候變遷)》期刊。
為何從「鍶鈣比值」可以測出海水溫度的變化？沈川洲解釋，珊瑚骨骼「鍶鈣比值」是一種溫度的函數，科學家研究發現，每當海溫增高1℃，就會導致珊瑚骨骼中的鍶鈣元素比值減少0.8%，換言之，我們可以將珊瑚的「鍶鈣比值」當作是一種「天然海水溫度計」，加上微孔珊瑚壽命可長達千年以上，亦有利於研究團隊觀測長期的海溫變化。

還記得馬蓋先嗎？那位在美國影集《百戰天龍》中靠著生活創意與敏銳觀察力解決大小問題的發明王！對許多六年級生來說，總能在危急之刻發明出救命工具的馬蓋先，不但是他們心中的超級英雄，當時甚至還啟蒙不少年輕學子立志踏上發明與科學之路！
談到創意發明，一般人總認為很難，不知該從何下手，但對許多喜歡動腦思考的年輕學子來說，卻覺得發明十分有趣。像是近年來就有不少台灣學生在「瑞士日內瓦國際發明展」、「美國國際發明展」、「馬來西亞ITEX國際發明展」等勇奪金牌，讓自己的創意作品在國際舞台上發光發熱。
以家庭主婦每天都要做的事─「洗米」為例，就成為朝陽科技大學畢業生王柏翔的創意發想來源，從中研發出不需要碰水，只要借助離心力就能將白米洗得乾乾淨淨的「洗米器」，實用發明不但受評審青睞，更讓他一舉成為「馬來西亞ITEX國際發明展」金牌得主、為國爭光。
「當初看到媽媽每次洗米都痛得哇哇叫，讓我忍不住思考如何幫她解決問題」平常就對生活發明感興趣的王柏翔說，媽媽平日在工廠上班，常因工作所需接觸化學藥劑，日積月累下來易導致手指皮膚出現乾裂，每次進廚房洗米時，只要碰到水就會忍不住喊痛，讓身為兒子的他看了很心疼。
為了幫媽媽分憂解勞，他開始思考有沒有什麼方法可以讓媽媽不用碰觸水、又能將米洗乾淨的生活器具。經過腦力激盪後，他利用離心力的物理原理，結合水管和葉片設計出可以快速洗米的「洗米器」。王柏翔表示，操作方法很簡單，只要將白米倒入洗米器中，並蓋上蓋子，再將水管接上後、扭開啟水龍頭，就能讓順流而下的水柱衝力推動蓋子內的旋轉葉片，藉由葉片的旋轉產生離心力，讓洗米器可以自動洗米，同時又透過另一頭水管將含有雜質的廢水排出，過程中完全不需要動手去攪動水流，平均只要花上二十秒就能把米輕輕鬆鬆洗乾淨、送進電鍋加熱。
王柏翔表示，他只花了不到一百元的材料費就做好洗米器，第一個使用者當然是辛苦的媽媽，他笑著說，媽媽現在不但每天用洗米器來洗米，雙手再也不會因碰水而喊疼，讓媽媽備感窩心。
而不只大學生可以從生活所需發掘有趣的創意發明，小學生也能集思廣益發明實用創作，搖身為「小小馬蓋先」。像是台北市修德國小學生楊妤恩就與同學手腦並用設計出簡單實用的「桌球發球器」，解決練習時的發球困擾，巧妙研發讓他們拿下美國匹茲堡國際發明展金牌，讓大夥兒開心不已。

 
談起發明動機，今年才小四的楊妤恩說，由於學校只有一台電動發球器，以至於大家每次練桌球時，都得排隊等待，但如果改由同學手動發球，又常發錯位置，造成撿球次數反而比打球次數還多，使得練習成效打折扣。
為了改善這個問題，體育老師楊明達與學生楊妤恩、楊承軒、謝定軒等人開始想方設法思考如何克服問題。經過七嘴八舌討論後，大家決定用塑膠透明片和樂譜架組裝出可以自由調整高度的長型圓筒，並計算球架高度與桌球彈跳距離間的最佳角度，讓桌球可以從圓筒頂端順利落至正確的桌面位置，達到精準發球的效果。
「有了這個發球器後，大家再也不用一一排隊等打球了，」楊明達笑著說，從這次研發過程中，不只讓身為老師的他看見小學生天馬行空的創造力，孩子本身也學到團結力量大的道理，大夥兒對於能攜手完成這項創意發明，都覺得超有成就感。
對此，在學校開設創意發明課程的聯合大學工業設計系副教授徐義權亦表示，很多人都把發明想得太難，以為一定要具備深厚的科學基礎才能研發成功；其實，在我們周遭有不少實用發明都是從日常生活中發想出來的，當中有許多作品都沒套用到艱澀的科學原理。
徐義權以就讀亞洲大學商品設計系的林立韋創作的「會通風的杯子」為例，當初就是考量許多人洗完茶杯後常會倒著放，但完全密封的杯緣又易導致杯子發霉，於是他就在杯緣設計出宛如微笑曲線般的弧度，不但可以有空隙通風，又不用擔心發霉，趣味巧思讓作品得到今年馬來西亞發明展金牌獎。
徐義權說，由此可見發明其實沒有我們想像中那麼難，只要平常多觀察生活細節、從問題中去發想解決之道，願意動手嘗試，人人都有機會成為創意發明王！