遇見科學

  還記得去年在7月22日上午登場，被喻為本世紀時間最長的日全食奇觀嗎？當時吸引了成千上萬的天文迷爭相目睹，更在國際間掀起一股「追日熱潮」，而那時「白晝變黑夜」的壯觀景象更讓許多人記憶猶新，但也有不少民眾因錯過時間、來不及恭逢其盛而覺得遺憾！
  其實，先別急著扼腕，因為隨著新年到來，接下來將有同樣難得一見的「日環食」來和大家說聲新年快樂，沒看到日全食的民眾可把握這次機會，一睹「天狗食日」的過程。
天文學家表示，1月15日的天空，將出現「日環食」景象，持續時間將近有十一分鐘，時間之久被許多人稱為「千年最長日環食」，若想再看到如此長的日環食，下次得等到3043年才有眼福。
  不過，不像上次日全食的全食帶涵蓋中國大陸長江流域、印度、尼泊爾、不丹、日本南部等眾多領域；此次只有中國、中非、印度、孟加拉、緬甸等地區才觀測得到日環食，而台灣則因地理位置關係，無法看到完整的日環食，但還是可以見到日偏食，對許多人來說，一樣是新奇天文體驗。
但很多人或許會好奇，「日環食」究竟是怎麼發生的呢？台北市立天文館解說員林琦峰表示，其實，「日環食」和「日全食」一樣，都是屬於日食的一種，形成原因主要是因為月球運行至太陽與地球之間，月球遮蔽了太陽光所導致，但由於月球距離地球較遠，以至於月球不能像日全食那樣，完全遮住太陽的光芒，因而形成所謂的「日環食」。
林琦峰表示，在天文迷眼中，「日環食」也是具有獨特魅力的天文奇景。因為當日環食發生時，太陽的中心會因月球的遮蔽而變成黑暗，但太陽邊緣卻依然散發耀眼光芒，遠遠看起來就像是一只在天空中閃閃發亮的「金鐲子」，煞是美麗。
然而，觀看天文奇景，可不能只知其然、而不知其所以然。林琦峰表示，1月15日將登場的日環食景象，其實可分為循序漸進幾個階段。日食的第一個階段稱之為「初虧」：起始於日食發生之初，從天空中可看到原本圓形的太陽，其邊緣漸漸消失並開始出現缺口，形成所謂的「日偏食」景象。第二階段則稱為「食既」，在這個階段裡，會慢慢出現所謂的「日環食」過程，太陽會在空中搖身為形狀獨特的「光環」。
第三階段稱之為「食甚」，是屬於日食階段發生的正中間；第四階段則稱為「生光」，此階段的日食現象將慢慢結束，而原本被遮蔽光芒的太陽也會漸漸恢復光亮。最後一個階段則稱為「復原」，也就是宣告日食現象已經結束，太陽回復到原本的形貌。
此次日食現象，因為經緯度關係，台灣民眾雖然無緣見到「日環食」的廬山真面目，但仍然有機會親睹日偏食的丰采。他建議民眾可選擇位置空曠、西方無高樓大廈或遮蔽物的地點來觀看日偏食。不過，他也提醒民眾，由於太陽表面溫度達千度以上，若是直接用肉眼直視太陽的話，容易因為強光而導致雙眼不適，因此最好在事前先準備用來專門進行天文觀測的太陽濾鏡或減光片等；而觀測時也不宜一直持續觀看，最好讓眼睛每隔15秒左右就要暫時休息一下，才不會感到頭暈目眩。

 
中國科學院上海天文台宣布，亞洲最大的望遠鏡日前在佘山奠基。這台望遠鏡的口徑達65公尺，高70公尺，鏡片拋物面的面積足足有8個籃球場大，將被用來協助中國發展載人登陸月球任務。
這項科研計畫是與上海市政府合作。這台望遠鏡的65公尺口徑拋物面由1008塊高精度實面板鋪成，它的工作波段多、工作頻率高、接收頻率範圍寬，並配備8個波段的接收設備，包括3個航天通用的波段，能夠準確指向需要觀測的天體和航天器。
望遠鏡的接收機設備將被安置在攝氏零下258度的高真空環境中，使其靈敏度達到最高。這台望遠鏡在同類型望遠鏡中的總體性能排名全球第4。建成後，將為嫦娥探月工程和更長遠的深空探測服務。

台灣大學海洋研究所教授劉家瑄表示，可燃冰就如同是固態的天然氣，是一種天然氣水合物，裡頭富含甲烷氣體，遇到火源時可持續燃燒、作為能源之用，因此又稱為「甲烷水合物」。劉家瑄說，可燃冰的外觀和冰塊長得很像，主要分布於極區永凍層與一般大陸邊緣海域的深海處。相較於太陽能發電或風力發電，可燃冰雖然無法達到二氧化碳零排放，但比起石油、煤等傳統化石燃料的排放量已減少許多，因此仍有助於達到減碳目標。
文／羅智華整理

台灣蘊藏可燃冰
  上個月剛落幕的哥本哈根氣候峰會，雖然會議結果未如預期訂出世界各國必須遵守的減碳新規範，但也激發出排碳大國要發展乾淨能源與提升低碳科技的環保決心。像是美國和中國就在氣候峰會結束後，宣布要攜手成立中美清潔能源研究中心，一同在可再生能源、清潔煤、智能電網等領域強化交流合作，希望藉此打造新清潔能源時代。
開發新能源為當務之急
  其實，不只歐、美、中、日等國積極發展乾淨能源或開發新能源，本身有9成以上能源都須仰賴國外進口的台灣，也將開發替代能源視為當務之急。早在民國93年起，經濟部中央地質調查所就在高雄至屏東的外海深水海域分年進行海域地質、地球物理及地球化學等探測工作，藉此評估這些海域的地質特性，以及儲存可燃冰的可能性。
經過長期觀測與探勘，如今終於有了成果。中央地質調查所科長鐘三雄表示，研究團隊發現，這些調查海域內蘊藏有豐富的可燃冰資源，初步估計其所含的甲烷氣資源量約在5,000億立方公尺以上，若能全部開採並加以利用，南部海域所蘊藏的可燃冰含量將可提供國內使用達50年以上，為天然資源十分短缺的台灣帶來能源的新契機。
參與研究計畫的中央大學地質科學系暨地球物理研究所副教授林殿順表示，可燃冰主要分布於高緯度永凍層和陸緣的深水海域。據估計，目前全球可燃冰所蘊藏的甲烷總含量約有2萬兆立方公尺，若換算成有機碳含量約等於10兆公噸，是目前煤礦、石油等傳統化石燃料所蘊藏之有機碳總量的兩倍，由於「潛力可觀」，也因此讓科學家對可燃冰「寄予厚望」。
林殿順表示，嚴格來說，「可燃冰」其實是一種俗稱，正式名稱為「天然氣水合物」，從外觀來看，可燃冰和我們熟知的冰塊長得很相像，裡頭含有以甲烷為主的氣體分子，所以又稱為「甲烷水合物」。
中央地質調查所表示，可燃冰除了具豐富的有機碳含量，碳排放量也比傳統化石燃料來得乾淨許多，燃燒可燃冰的二氧化碳排放量只有燃燒煤的57 %、燃燒石油的67 %。
台灣大學海洋研究所教授劉家瑄表示，雖然可燃冰不是百分百的清潔能源，不像太陽能、風能不會產生二氧化碳，但碳排放量已經比石油等主要能源低上許多，加上蘊藏量可達台灣四分之一面積大，若能加以利用，不失為替代能源的好選擇。
  台灣開採技術仍待加強
不過，台灣雖具有豐富可燃冰含量的能源優勢，但卻面臨開採技術有待提升的問題。中央地質調查所不諱言表示，台灣在可燃冰的探測裝備與開採技術上仍落後歐美先進國家，因此未來也計畫與德國進行合作研究，引進精密的探測技術來幫助台灣進行可燃冰探測調查。
劉家瑄表示，德國是目前全球積極投入可燃冰相關技術研究的國家之一，從前年開始，德國就已經整合產、官、學界等多個單位，進行為期三年的可燃冰資源開發及封存二氧化碳科學計畫；雙方未來合作後，將有助於提升台灣的可燃冰開採技術。

  在這對關鍵基因中，其中一個基因（AEP2）在細胞核中，另一個基因（OLI1）則在粒線體中。 呂俊毅表示，「粒腺體」就如同是細胞體內產生能量的發電廠，當細胞核與粒腺體間基因不相容時，就會造成雜交種有能量生成的問題，進而影響子代的存活或生孕力。
從研究過程中也發現，AEP2基因可以控制OLI1基因的轉譯，藉由這樣的演化過程，也清楚呈現這一對基因相互配合及運作的歷程。讓這對基因不只成為在酵母菌中找到的第一對「種化」基因，也驗證了Dobzhansky博士與Muller博士在八十年前所提出的假說。
不過，一般人可能會想知道，如果利用遺傳工程可以讓兩個不同「物種」的酵母菌都能成功孕育下一代，那是否代表其他異種生物也能「比照辦理」，套用這套研究模式。對此，呂俊毅表示，要讓異種生物可以繁衍下一代並非完全不可能，但這其中牽涉到兩個物種間的「親疏遠近」，若物種的差異太大，例如陸地上的綿羊與大海裡的鯨魚，則意味其不相容基因的範疇也更多、更複雜，將使得彼此配合的難度更高。同樣的道理，人與猩猩則因為物種接近，所以基因相容的程度也會相對來得比較高。

 
揭開物種演化之謎
台灣學者從酵母菌找答案
  西元1859年，知名英國生物學家達爾文出版了影響後代深遠的《物種起源論》，他在書中發表有關「物種起源」的觀點，認為地球上所有存在的生物都是由少數的共同祖先演化而來，相關理論不但成為奠定現代生物學基礎的重要學說，也讓「物競天擇」、「適者生存」成為你我都耳熟能詳的專有名詞。
隨著達爾文「物競天擇」學說的發展，也讓許多專家學者積極想了解更多生態奧妙；而與生物發展息息相關的演化學亦成為備受矚目的一環。像是中央研究院分子生物研究所助研究員呂俊毅與其研究團隊，就以酵母菌為研究主體，從中發現酵母菌「種化」的基因，解開不同物種之間為何雜交子代無法再繁殖的演化密碼。相關研究成果不但發表在「細胞」期刊 （Cell）上，更引發國際學者的關注。
何謂演化？呂俊毅表示，簡單來說「演化學就是研究生物變化的一門學問」。演化不但與自然界的生物發展息息相關，更與人類離不開關係，像是人類為何比猩猩聰明、禽流感為何會威脅人類生命，甚至連癌症細胞的病變歷程都跟「演化」有關。
我們都知道，生物的分類包括有「界、門、綱、目、科、屬、種」。當中，「物種」是演化的最基本單位，同「種」之間的生物才能交配繁殖，所以「馬」跟「驢」交配後所生下的「騾」就沒有生育能力。
然而，為何「騾」無法繼續繁衍下一代？八十年前，兩位演化學大師Dobzhansky與Muller博士曾提出假說，認為這可能是因為兩個物種間，某些「種化」基因不相容所致。呂俊毅表示，不同的相近物種就好像兩個不同品牌的車子， 以「騾」為例，因為其父母分別來自不同的「物種」，若兩者之間的基因無法互相配合，雜交子代就會出現問題，這就如同B品牌的汽車如果換上A品牌的引擎零件就無法運作的道理一樣，但究竟是那些基因導致不同物種之間的生物無法順利繁殖，其確切機制一直被科學家視為演化之謎。
  為找出兩個種之間為何不能相容的「種化」秘密，長年來有許多學者相繼投入研究，希望能找出答案。為此，呂俊毅組成的研究團隊，利用兩種相近但雜交子代卻不孕的酵母菌來進行實驗， 這兩個酵母菌種分別偏好有氧呼吸及無氧呼吸（發酵）。因為粒線體是細胞進行有氧呼吸的工廠，而呂博士發現的種化基因正是跟粒線體的功能有關，顯示可能在演化上為了適應不同的營養環境，而偏向不同的代謝方式，導致了兩個種的分離。
但為何要以酵母菌為研究主體，而不是以白老鼠或其他生物來做分析呢？呂俊毅表示，以酵母菌為研究主體的原因是因為酵母菌具有容易培養且生長快速的特性，加上其基因體序列都已完整定序，因此很適合用來進行研究。以酵母菌來說，本身具有16條染色體，研究團隊藉由交換染色體的方式來尋找「種化基因」。透過系統性篩選不相容基因方式，讓研究團隊成功從酵母菌中找到一對關鍵性基因。