科學月刊試閱版2020-10月號 610期-發射吧!立方衛星

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Contents

610

2020 OCTOBER

P08 >>> COVER STOR Y

立方衛星升空! P10 >>> 封面故事1

臺灣立方衛星元年:吐司大小的衛星將改變太空產業! 國家太空中心主任林俊良專訪 趙軒翎 P13 >>> 封面故事2

臺灣立方衛星的過去、現在與未來 方振洲 P18 >>> 封面故事3

讓海上船隻不再迷航—玉山衛星 戴騰瀠 P22 >>> 封面故事4

守護飛機的航線與安全—堅果衛星 呂文祺 P26 >>> 封面故事5

探測太空天氣的好幫手─飛鼠衛星 張起維 〈發射吧!立方衛星〉 P30 >>> 封面故事6

讓想像力上太空的立方衛星故事 林信嘉

本期封面用框內、框外與破框的手 法增加層次深度。框內以仿蠟筆的風 格,整體帶有童趣的幻想與趣味。框內畫 面是對發射後的立方衛星漂浮在宇宙的想 像,它們俯視著地球進行著各自被託付的 使命。其中一枚衛星打破框架與框外產 生連結,框外是選擇三枚立方衛星 的各自應用做情境提示。

說話

SCIENCE MONTHLY Vol. 51 No. 10

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Contents-2

填問卷.拿新書

News Focus

只要於 2020 年 10 月 31 日前完

4 一點都不溫暖,古代的火星可能是顆冰球?

整回答問卷就有機會獲得城邦出

5 小腦其實並不小,甚至超乎想像

版的《喚醒大腦裡的數學家》

6 大氣環流變化可能使冬季的白令海冰減少?

Readmoo 電子書兌換序號,數

7 哺餵母乳能降低媽媽罹患糖尿病風險

量有限,敬請把握! 問卷內容請至 reurl.cc/9XVqlO

科學•出走

或掃描 QR code,並詳實填寫,

34 為什麼仿真機器人會笑得你心裡毛毛的?/羅億庭

否則將喪失抽獎資格。 獲獎名單將於 2020 年 11 月 5 日

38 顯影:臺灣獨角仙/游崇偉

之前公布於《科學月刊》網站 (www.scimonth.com.tw)。

思辨之評

42 IUCN 專家如何決定保育物種/何宣慶 44 萬人血清抗體檢測計畫的研究倫理爭議/甘偵蓉 專 欄

46 數不勝數:克卜勒結合數學與神學的宇宙模型/劉柏宏 50 格物致知:想要移民太空?你不可不知的「科氏力」!/施奇廷 54 生生不息:從中心法則談遺傳學研究的演進/吳岳隆、李政勳、莊依奇 58 物換星移:砍樹、蓋房子也能影響微氣候?/黃懷逸

reurl.cc/9XVqlO

精選文章

62 從甘蔗開始的蘭姆酒傳奇/鄭建瑋 66 從古希臘到達爾文時代的 物種演化思想發展史/許家偉 《科學月刊》勘誤

科學開麥拉

72 《工作細胞》電影特別篇: 超可愛乳酸菌襲來!?/羅億庭 科技大補帖

74 不只是一項科技人工智慧對未來的反思/魏澤人 書 摘

78 《喚醒大腦裡的數學家》

1. 《科學月刊》609 期第 52 頁的「帶入方程式」更正為「代入方程式」。 2. 第 55 頁右下角致謝的「……向出生於臺灣的……」更正為「……向 成長於臺灣的……」。

3. 第 56 頁的「COVI-19」更正為「COVID-19」。

4. 第 65 頁的脂肪生成反應,「烷基(alkyl)長鏈」更正為「碳鏈」。

5. 第 66 頁反式脂肪產生的說明,更正為:「人為加工過程產生的反式

脂肪……。但因其為可逆反應或僅部分的碳 – 碳雙鍵(C = C)進行 氫化,過程中碳 – 碳雙鍵上的兩個氫原子,若鍵結在兩個碳原子的不 同側,就會產生反式脂肪的結構。」

6. 第 66 頁的結語修正為「多食新鮮蔬果,並少吃可能含反式脂肪多的 食物,才能有效降低反式脂肪的攝取風險」。

7. 第 75 頁的核物理學家貝特(Hans Bathe)更正為(Hans Bethe)。 以上錯誤謹向各位讀者致歉 科學月刊編輯部 敬上

2

科學月刊 2020.10


臺北市科學出版事業基金會

走進編輯室

董事長:劉源俊 董 事:王文竹 周成功 林基興 邱韻如 郝玲妮 高涌泉 曾耀寰 羅時成 秘 書:李金穗 出版者:科學月刊社

實現觸碰太空的夢想 今(2020)年 5 月 30 日,美國航太公司 SpaceX 在佛羅里達州的卡納維爾角(Cape Canaveral)發射獵鷹 9 號運載火箭(Falcon 9),將載有兩名太空人的飛龍號(Crew Dragon)太空船送上國際太空站(International Space Station, ISS)。這次壯舉象

理事會 理事長:曾耀寰

徵著民營的太空時代正式來臨。從此,上太空不再只是少數國家的特權。

理 事:曲建仲 林翰佐 邱韻如 紀延平 張敏娟 程一駿 蔡孟利 蔡政修 執行總監:趙軒翎

時間回到1957 年,蘇聯發射了史上第一顆的人造衛星:史普尼克1號(Sputnik-1), 實現了人類渴望觸摸太空的夢想。在往後半個多世紀,太空科技發展迅速,不只 將人類送上月球,還將諸多探測船送至太陽系各處。此外,在 1977 年發射的航

編輯部 總編輯:林翰佐 副總編輯:趙軒翎 蔡政修 編輯委員:王文竹 王伯昌 曲建仲 江建勳 李武炎 李志昌 李精益 阮明淑 周鑑恆

海家 1 號(Voyager 1)已在 2012 年飛出太陽系,成為距離地球最遠的人造物, 登上太空、探索宇宙已從文學作品中的科幻故事跳脫成現實。不過對一般人來說, 我們與太空的距離似乎還卡在那條卡門線(Kármán line)之內的 100 公里。

林秀玉 林宮玄 邱韻如 金升光 金必耀 門立中 紀延平 范賢娟 倪簡白 高啟明 高憲章 張大釗 張敏娟 陳妙嫻 陳彥榮 陳鎮東 單維彰 景鴻鑫 曾耀寰 程一駿 程樹德 黃正球 黃相輔 楊正澤 葉李華 廖達珊 管永恕 劉宗平 蔡兆陽 蔡孟利 蔡振家 鄭宇君 鄭運鴻

大家或許會說,上太空只是少數大國和幾個超級有錢的企業才能做到的事情。 的確,要讓一般人親自抵達太空還是相當困難,但如果你有想像力,立方衛星 (CubeSat)就是那個能實現想法的關鍵。立方衛星是一種小型衛星,最初由兩位 美國科學家,為了將大學生的實驗搬到太空而生的點子。他們將邊長為 10 公分, 重量約 1.3 公斤的立方體定義為 1U 的立方衛星。而後續又衍生出各種尺寸的立方 衛星,從 1U、2U、3U……,乃至於 12U 都有。

韓德生 嚴如玉 嚴宏洋 蘇逸平 編輯顧問:王明蘅 古宏海 朱麗麗 吳明進 吳家誠 周延鑫 周榮泉 洪萬生 洪裕宏 胡進錕 孫維新 張 復

這種大小類似吐司麵包的衛星,除了可以將實驗送到太空進行實作外,還有許多 不同用途,舉凡拍照、通訊、追蹤物件及把任何能放進去的東西送上去,甚至也 能裝入骨灰,舉行特別的「太空葬禮」。商業與業餘的用途通通都可以滿足。

張勝祺 陳文屏 陳章波 陳國成 曾惠中 楊玉齡 劉仲康 駱尚廉 魏耀揮 蘇益仁 蘇振隆 主 輯:謝育哲 編 輯:羅億庭 美術編輯:黃琳琇

而在今年年底,臺灣預計會發射三枚立方衛星升空。分別是能追蹤船隻航行的玉 山衛星,可追蹤飛機飛行軌跡並提升飛航安全的堅果衛星,以及用來量測電離層 中電漿特性的飛鼠衛星。或許臺灣並非典型的太空大國,但在立方衛星的領域, 也有屬於我們發光發熱的時刻!

業務部 經 理:李金穗

主編 謝育哲

業務助理:廖本翔

創刊於 1970 年

科學月刊社

製版印刷:赫偉有限公司

本期為第五十一卷第十期 第 610 期 發行於 2020 年 10 月

地址:10646 臺北市大安區羅斯福路三段 77 號 7 樓

總經銷 : 聯華書報社

中華郵政北台字第 0677 號執照登記為雜誌類交寄

電話:(02)2363-4910 傳真:(02)2363-5999

行政院新聞局版台誌第 0934 號

網址:www.scimonth.com.tw 電郵:scimonth@gmail.com

圖文版權有任何疑慮請洽編輯部,廣告刊登及雜誌訂閱請洽業務部。本刊所刊登文章內容皆為版權所有,非經本刊同意不得作任何形式的轉載或複製。

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NEWS FOCUS

一點都不溫暖, 古代的火星可能是顆冰球?

Anna G. Galofre et al., Valley formation on early Mars by subglacial and fluvial erosion, Nat. Geosci., 2020.

火星表面充滿山谷網絡,使它看起來總是傷痕累累的樣

谷就是被冰切割出來的!

子。為了解開火星山谷成因之謎,科學家也提出了許多

這群科學家發現,火星上被切割出來的山谷樣式,與地球

針對古代火星地理環境的猜想,其中最著名的就是「溫

上受到冰川侵蝕形成的山谷相似。他們推測早期火星可能

暖又潮濕的古代火星假說(warm

and wet ancient Mars

被一層厚厚的冰蓋(ice

sheet)所覆蓋,而在冰蓋下的融

hypothesis)」,該假說認為降雨、河川與海洋曾經出現

水與侵蝕活動形成了河流,造就了可以作為冰蓋下排水系

在這顆紅色星球上,因此產生火星表面的複雜山谷網絡。

統的河道與山谷網絡。

但矛盾的是,針對火山的計算模型卻又顯示早期的火星氣 候相當寒冷,且地表處於結冰狀態。這是怎麼一回事? 在今(2020)年 8 月,來自美國亞利桑那州立大學(Arizona

State University)的科學家們分析了 10276 個火星山谷,

簡單來說,火星上的河道與山谷是在一層冰蓋的覆蓋之下 形成。這層冰蓋又能帶來什麼好處呢?科學家也提出了一 個假設:冰蓋覆蓋著地表有利於火星上可能存在的遠古生 物體生存,冰蓋就像庇護所一樣阻擋有害的太陽輻射,使

並與地球上各種由河流沖刷或冰川侵蝕的山谷做比對,判

生物可以在冰下被保護且穩定的生活。若能從火星上取得

斷這些山谷的形成歷程。而後提出了不同於以往的見解

更多證據,或許就可以驗證這項假設的可能性。雖然這項

──能侵蝕地表的不只有河川,冰也會,火星上的這些山

研究分析的是火星地表的成因,但這套分析工具也可以用 來探索與分析早期地球上遺留下來的侵蝕特徵,並且重建 地球上的冰川歷史,使人們對於遠古的地球環 境有更多了解。

4

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12

3R

F)


NEWS FOCUS

小腦其實並不小,甚至超乎想像

(Photo by Robina Weermeijer on Unsplash)

小腦的位置靠近腦幹及後腦皮質區下

皺褶面,其表面積約等於 80 %大腦

訊息,如語言或抽象推理等高度複雜

方,負責提供視覺、聽覺、嗅覺、觸

皮質表面積。特別的是,當小腦完全

的認知功能。直到現在,小腦依然被

覺及味覺等五種感官訊息,同時也與

展開時,會形成一個寬約 10 公分、

認為主要參與運動相關等基本功能,

疼痛、運動、思想和情感有關。小腦

長約 90 公分的薄片狀組織。專家認

但隨著時間演進,小腦功能擴及參與

結構為一塊平坦的薄片,厚度似絲綢

為,小腦具有如此大的表面積與複雜

相關認知皮質區的作用,甚至還可以

般,相互摺疊成較為緊實的體積,

的摺疊模式,可能與人類行為和認知

處理數學方程式等概念。

體積約為大腦皮質的 1 ∕ 8。基於此原

的獨特發展有關。

專家認為,在取得人類小腦的第一張

因,小腦的表面積被認為比大腦皮

先前研究發現,儘管大腦皮質和小腦

高解析影像圖後,研究人員未來有更

質的表面積小上許多。

間有許多相似之處,但關鍵不同點在

多機會了解腦部所負責功能與訊息。

美國聖地牙哥州立大學(San

Diego

於大腦皮質中,調控身體不同功能的

State University)研究團隊指出,透過 超高磁場 9.4 特斯拉核磁造影(ultrahigh-field 9.4 Tesla MRI machine)

區域排列得井然有序;而在小腦中,

掃描人類小腦,發現小腦的縝密摺疊

依然可以協調與處理身體不同部位的

每項功能區域卻是隨機擺放的。因 此,即使小腦被區分為許多區塊,卻

Martin I. Sereno et al., The human cerebellum has almost 80% of the surface area of the neocortex, Proceedings of the National Academy of Sciences, 2020.

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5


2U 堅

果衛

3U

飛鼠

衛星

COVER STORY

立方衛星升空! 吐司大小的立方衛星能實現一般人的太空幻想, 讓衛星科技不再專屬於少數國家或企業。 而由本土自製的玉山、堅果與飛鼠衛星,

又能為臺灣的太空科技帶來哪些影響與變革呢?

8

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1.5U

玉山

衛星

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01 封面故事

COVER STORY

臺灣立方衛星元年:吐司大 國家太空中心主任林俊良專

Take Home Message

人造衛星一直以來都須倚靠國家級的資源才能研發製作並發射升空。而 縮小版本的立方衛星,是一項縱使不是太空大國也都有機會發展的太空 科技。臺灣計畫在今(2020)年發射三顆立方衛星,國家太空中心主任 林俊良稱今年為「臺灣立方衛星元年」。

趙軒翎 本刊副總編輯。

前進太空以往都是大國的專利,需要巨額資金投入曠日費

今發射的立方衛星資料來看,最常見的規格為 3U,相較

時的研究、研發,才有能力脫離地心引力,前往外面那個

臺灣於 2017 年發射升空的遙測衛星「福衛五號」一顆就

浩瀚無垠、充滿未知的宇宙。即便是環繞在地球周圍的衛

重達 450 公斤,真的是非常輕巧。

星,傳統上也是需要國家級單位才能發展。以臺灣為例, 從 1999 年發射福爾摩沙衛星一號(Formosat-1)開始,

林俊良說,衛星的發展與電腦類似,電腦發展的初期體積

至今已有五個成功發射的福爾摩沙衛星計畫,皆依靠國家

很大,光是一台電腦就要佔一整間房間,而且得透過打孔

經費,由國家太空中心設計製作。

卡的方式,由操作員將訊息輸入電腦,非常不方便。隨著

COVER STORY 01

半導體科技的進展,裝置越來越小,能夠輕鬆隨身攜帶, 然而,因為科技不斷進展,以國家為基礎的衛星計畫將不

價格更為親民,讓一般民眾能夠購買和使用。衛星也跟上

再是唯一選項。

了技術的進展,裝置體積縮小,成本也降低。

今(2020)年,在國家太空中心資助下,預計有三顆「立

1999 年, 兩 位 美 國 科 學 家 制 定 出 立 方 衛 星 的規 格 和 標

方衛星」準備升空,由大專院校和企業根據任務目標自行

準,以利製作學術研究或開發新太空技術之用的小型衛

設計製作。年初,國家太空中心主任林俊良也喊出了「臺

星。這樣的立方衛星有人將它比喻為「手機」,現在手

灣立方衛星元年」的口號,這些衛星不再有龐大的身軀、

機能做到不少電腦的功能,費用也可以比電腦便宜,有

也不需要花那麼多的錢,卻有機會小兵立大功。

些使用者習慣在推出新功能、新規格手機上市後改用新 款;立方衛星也一樣,它們設定的運作時間通常很短,

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親愛的,我把衛星縮小了!

一旦失去聯繫訊號或無法運作就會下降到大氣層燒毀,

立方衛星(CubeSat)是指一種衛星的規格,以邊長約為

再讓新一批升空,這是以往造價昂貴的大型衛星無法做

10 公分的立方體為一個單位(unit, U)組合,一個單位

到的。立方衛星這樣的特性很適合各種創新的嘗試,開

的重量不超過 1.33 公斤,一個立方衛星可以包含數個單

創這種規格的兩位科學家期待這是連學生都能做出的衛

位。以「奈米衛星(NanoSats)」資料庫收集 1998 年至

星,吸引年輕人投入與學習。

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大小的衛星將改變太空產業! 專訪 最終沒發射的第一顆立方衛星 「臺灣當時也興起了立方衛星的風 潮,」林俊良說,「2001 年國家太 空中心也試著做了一顆重量僅 857 克的立方衛星,取了一個本土化、 很接地氣的名字,叫『蕃薯號衛星 (YAMSAT)』。」它的任務目標 是量測大氣層對可見光光譜的散射 量,藉此分析大氣的成分。蕃薯號 運用許多國產的元件,希望能試試 看這些元件能否適應太空環境。可

國家太空中心主任林俊良。(謝育哲拍攝)

惜的是,蕃薯號從來沒有搭上任何 一架火箭,也沒有離開地表,最終只能成為太空中心展場

發射班次,提供更多服務搶攻市場。立方衛星能選擇搭載

中的一件珍藏品。

的火箭變多了,而且價格也下降了,讓更多團隊願意投入 研發。

當時國際上也沒有很多火箭能支援這樣的發射。林俊良

國家太空中心也趁此機會,推動臺灣團隊加入立方衛星製

說,在那個時候一架火箭大多只能帶一顆衛星上去,火箭

作的行列。2017 年,在臺灣新興太空產業領航計畫的資

造價成本高,衛星要搭上火箭本就不容易,當時又遭遇國

助下,國家太空中心幫助不同研發團隊,促成了三顆立方

際政治因素干擾,讓蕃薯號升空的希望落空。為了讓製作

衛星的誕生,分別是以騰暉電信(MoGaMe)科技公司

好的立方衛星有機會能夠發射,國內大專院校的團隊大多

為首的玉山衛星、虎尾科技大學飛機系的堅果衛星,以及

會想辦法與國外團隊合作,成為對方研發計畫中的一小部

中央大學太空所的飛鼠衛星。

COVER STORY 01

關鍵在於火箭,不只是臺灣自己沒有火箭可以發射,而是

分,沒有自己的主導權。

MIT 零件帶產業升級 然而,近年火箭的發展進入了新的里程碑,打破了以往的

「製作衛星的過程中幾乎所有的零件,都是臺灣製作的。」

困境。「現在的火箭設計都朝向商業化的走向,火箭發射

林俊良這麼說,他認為依照臺灣目前的技術,要生產在太

時搭載越多乘客越好!」林俊良說。「共乘」成為近五年

空可用的零件並不難,只是有沒有機會讓廠商嘗試轉型。

平價太空發展的一環,如今的火箭設計成能讓不同衛星乘 客一起搭載的巴士,也順著小型衛星的蓬勃發展,增加了

林俊良舉例,一般我們所使用的電腦,有著細緻的外包裝,

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06 封面故事

COVER STORY

讓想像力上太空的 立方衛星故事

Take Home Message

衛星對一般人而言,幾乎是只有大企業或政府才能掌握的科技,但立方

衛星的出現,拉近了這項科技應用與大眾之間的距離。因便宜的發射費

林信嘉

用,立方衛星可以將我們想要送上太空的東西發射升空,甚至是舉行太

於民國 81 年進入國家太空中心

工作,現任立方衛星計畫主持

空喪禮。此外,立方衛星也可以讓通訊無死角,拍出清晰的地球影像,

人,以研製臺灣衛星為職志。

並且能對車輛、船隻及飛機進行追蹤。

立方衛星的尺寸

你是否曾經想過,遠在地球軌道運 行的衛星可以為你做什麼?我能 擁有屬於自己的一顆衛星嗎?事

規格

尺寸(cm3)

重量規格(kg)

備註

實上,衛星的好處並非事不關己,

1U

10 x 10 x 11.35

1.33

-

我們也有機會能擁有自己的衛星。

1.5U

10 x 10 x 17.02

2.0

-

發射費用及可從網路購得的立方

2U

10 x 10 x 22.7

2.66

-

衛星(CubeSat)套件,都可以讓

3U

10 x 10 x 34.05

4.0

3U+ 則為加上突出圓柱

你對衛星應用的想像變成可能。

6U

10 x 22.62 x 36.6

12.0

-

12U

20 x 20 x 34.05

24

-

由於現今太空科技發達,便宜的

以下舉例幾個立方衛星,來說明 新太空時代的來臨。

讓我的衛星升空吧! 皮皮(5 歲): COVER STORY 06

「我有一個鋼彈戰士模型,我想看它在太空中飛。」 今(2020)年 3 月,日本東京大學和日本宇宙航空 研究開發機構(JAXA)合作製作了一顆稱為「鋼彈 (Gundam)」的立方衛星,並借助美國 SpaceX 的 獵鷹 9 號運載火箭(Falcon 9)發射升空,隨太空運

30

補船飛龍號(Crew Dragon)送到國際太空站,4 月

圖為臺灣第一顆研製的蕃薯號人造衛星(YamSat),是一顆典型的 1U 立

時自太空站釋放到繞地軌道上。

方衛星。(國家太空中心)

科學月刊 2020.10


計將以 140 顆立方衛星建構一個衛星通訊系統,資料傳輸 速度可達 40 Mbps,能提供平民化的通訊服務。

比空拍機還厲害 立方衛星讓你隨時看地球 阿偉(30 歲): 「我玩空拍機,喜歡從老鷹的視角,俯瞰大範圍的地貌。 如果能擁有一顆衛星從幾百公里外的太空看地球,那就更 (Lorenzo.Frezza, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons)

酷了!」

這顆立方衛星以太空為背景,載有一具站在電子看板上的

2003 年,日本東京大學的 CubeSat XI-IV 立方衛星使用

鋼彈機動戰士模型,可用照相機拍攝後回傳到地面,為日

互補式金屬氧化半導體( complementary metal oxide

本東京奧運打氣。事實上,東京大學過去已有多顆 3U 立

semiconductor, CMOS)技術的商業用照相機,能順利

方衛星的研製經驗,所以這次可迅速地進行製作及改裝。

拍攝到地球,由此可驗證 CMOS 感測器的太空應用,以 及太空用光學照相儀器成本降低的可能性。時至今日,此

隨時隨地都可以通訊

衛星仍在軌道運行。

阿廷(20 歲): 「我認識的國際學生生活在非洲草原及太平洋海島上,當

自 2017 年開始,美國行星公司(Planet)的 3U 立方衛

地缺乏通訊網路,我希望可以透過衛星和他們傳訊。」

星已能拍出 3.7 公尺解析度的地表影像。這些立方衛星至 今已發射 387 顆,提供全球各地的即時衛星影像。此外,

SpaceX 的星鏈(Starlink)計畫,正在建立能涵蓋全球

立方衛星在提供衛星影像的速度上,遠快於傳統的單枚高

的低軌道通訊衛星星系,希望可以在太空中提供高速網路

價衛星。

服 務。 時 至 今 年 6 月 中,SpaceX 已陸續發射達 540 枚衛星,並預計 在今年底前部署 1000 多顆衛星。 星鏈計畫中的一顆衛星重約 260 公 斤,如果使用獵鷹 9 號火箭發射, COVER STORY 06

一次可以同時搭載 60 顆。 星鏈計畫是個龐大的衛星計畫,目 的是為了提供高速資料傳輸,並使 人們擁有能夠即時遊玩電動遊戲的 網路速度(若只是想傳送文字訊息, 使用立方衛星建構的通訊星系就已 足夠)。舉例來說,開普勒通訊公 司(Kepler Communications)預

開普勒通訊公司所設計的廉價通訊衛星。(Victoriaenlanet, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons)

SCIENCE MONTHLY Vol. 51 No. 10

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科學

出走

為什麼仿真機器人 會笑得你心裡毛毛的? 羅億庭

喜歡狗的貓派,本刊編輯。

硬的肢體行為或空洞的眼神)時,人類對此物體的好感度 就會驟降;直到我們發現,眼前的對象與我們一樣是人類 時,好感度才會再回升。

在日常生活中,我們常會賦予周遭動物與物品一些人性化

這種說法似乎可以說明我們在看著一些「似人、但又不這

的心情或想法。你可能會覺得家裡的貓好像在生氣一樣一

麼像人」的東西時,內心深處湧出的那股怪異感受。有些

直亂咬人(其實牠只是單純想咬你而已,貓咪就是這麼任

人可能恐懼於小丑似笑非笑的臉;或對看起來有些詭異的

性);覺得眼前的蠟像直盯著自己看,感覺隨時會動起來;

日本人形無比排斥;也可能對麥當勞叔叔感到害怕,覺得

又或是想像家中的機器人具有人性,正策劃著統治世界的

他好像在對你笑,笑得你心裡發寒。但更多的是我們對於

陰謀大論。

一些仿真機器人(android)產生的恐懼,這又該怎麼說?

這種將世界萬物賦予人性化特質的想法,被稱之為擬人論 (anthropomorphism),當我們看見與人類很相似的物體 時,更有可能產生這種「擬人」的想法,而既然說到了擬 人,就不得不提及恐怖谷理論!

什麼是恐怖谷理論?

34

為什麼會產生恐怖谷的感受? 有沒有想過,為什麼我們會特別對仿真機器人產生恐怖谷 感受,但對於寵物、卡通人物或機械模樣的機器人卻不會 有這種感覺?心靈 – 知覺理論(mind-perception theory) 是針對恐怖谷理論的其中一項解釋。該理論假設當人們看

早在 1906 年,恐怖谷(Uncanny Valley)一詞就已經被德

見具有「人類特徵」的機器人時,會認為這個機器人像人

國精神科醫師詹池(Ernst Jentsch)提出;而到了 1970 年,

一樣,也擁有心靈、思想;但由於人們會慢慢意識到「具

日籍機器人科學家森政弘(Masahiro Mori),進一步提出

有心靈的機器人」是一種可怕的存在,因此排斥感便產生

了恐怖谷理論(不気味の谷現象),以探討人們在看到機器

了,這也使得人類對於仿真機器人有種毛骨悚然的感覺。

人或其他相似於人形的物體時,內心上演的小劇場。

去人性化假說(dehumanization hypothesis)則是對恐怖

恐怖谷理論描述:當人面對與人形相像的物體時,他們心

谷理論的另一種解釋,該假說揭示了我們在看到一張臉

中對這項物品的好感度會提升;但如果這個物體長得非常

時的心理狀態。當人類看見一張臉時,可以在 400 毫秒

像人,卻又處處透著一股與人類不相像的詭異感(像是僵

(ms)內做出「這是不是一張臉」的判斷,而在 400 毫秒

科學月刊 2020.10


科學

出走

誰找我?

(Photo by Wilfried Santer on Unsplash)

過後,則開始辨識「這張臉的有生 性(animacy)」,也就是判斷這張

森政弘提出的恐怖谷理論

臉是不是一張我們認為「正常、具

面對與人形相像的物體時,我們心中對物體的好感度會提升;但如果這

有生命」的臉。根據此假說我們可 以推測,當人們盯著仿真機器人看 得越久,很有可能會眉頭一皺,覺 得這張臉越看越不對勁。

個物體長得很像人,卻又有著一股與人類不相像的詭異感時,我們對此

物體的好感度就會驟降;直到我們發現,眼前的對象是健康人類時,好 感度才會再回升。

恐怖谷理論是真的嗎? 即使恐怖谷理論的存在與否有些爭 議,但仍吸引著許多科學家投身研 究。在今(2020)年,來自美國埃 默里大學(Emory University)的心 理學家們,也做了一項實驗想證實 恐怖谷理論。在實驗的第一階段, 參與者總共會看到三種臉部刺激圖 像,分別是人臉、機械模樣的機器 人臉與仿真機器人臉,且每個視覺 刺激停留在參與者眼前的時間,也 都經過嚴格控制。在參與者接受到 此視覺刺激後,實驗人員會要求他 們針對其看見的臉部圖像進行有生 性評分,讓他們判斷圖像中出現的

(Karl F. MacDorman and Takashi Minato, CC BY-SA 4.0, Wikimedia Commons)

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科學

出走

由鴻海與日本軟銀共同研發與製造的服務型機器人

Pepper,是擁有機械外型的人型機器人(humanoid robot)。(Photo by Owen Beard on Unsplash)

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科學

出走

名為索菲亞(Sophia)的仿 真 機

器人,不僅會皺眉頭,還有著 Q 彈的皮膚。(123RF)

臉是不是具有生命。

但在幾毫秒內,人們會發現「這個人好像……哪裡怪怪

結果顯示,不論對著機械模樣的機器人臉看多久,參與者

的?」仿真機器人身上一些不像人的怪異點,讓我們對他

對這張臉的有生性評分都偏低,而看著正常人臉時,評分

進行了去人性化處理,使得我們對於仿真機器人的有生性

則較高;有趣的是,當參與者看著仿真機器人臉的時間越

知覺降低,而恐怖谷的感覺可能也是因此而產生。

長(超過 500 毫秒時),對於仿真機器人的有生性評分就

感受到他人想法的能力,可說是人際關係維持的基礎,若

會明顯變低。這也顯示看著仿真機器人臉時間較長的參與

這些能力出了問題,很可能會導致某些精神疾病。我們看

者,並不覺得眼前這張臉正常、具有生命;但如果仿真機

著人臉時能感知到什麼訊息?又是為什麼能將彼此視為人

器人臉只閃現一下(約 100 毫秒),參與者很有可能會覺

類(而不是仿真機器人)?這些問題都有待科學家們進行

得這張臉是有生命的!而此實驗結果也與前述提及的去人

更多研究,才能為我們解答。在 21 世紀,機器人的應用範

性化假說相符,在看見一張臉的 400 毫秒左右,人們就能

圍越來越廣泛,舉凡醫療、教育與工業等各行各業,都可

辨別這是不是一張具有生命、正常的臉。

能用到機器人,這也使部分人對機器人產生畏懼,害怕世

第二階段實驗,研究團隊會調整參與者觀看到的視覺刺激

界終有一天會被機器人統治。而從工程師與心理學家的角

精緻度與觀看時間。他們猜想,如果把仿真機器人的臉調

度來看,機器人與人類之間的關係日漸重要,我們如何看

得模糊一點,讓一些人像特徵變得不再這麼清晰,會不會

待機器人?對仿真機器人抱持著何種感受?或許也能成為

影響到這些仿真機器人臉的有生性評分呢?結果也證實,

機器人學家在設計機器人外型時,可以深入思考的課題。

相對於實驗一來說,當仿真機器人的臉變得模糊後,參與 者不論看著仿真機器人臉多久,對他的有生性評分都很 低,並沒有出現太大的分數變動。

人與機器人間的關係 透過以上實驗,研究團隊認為人們在最初看見仿真機器人 時,會將機器人進行擬人化,將他當成一個「真的人」;

延伸閱讀

1. Shensheng Wang et al., The Uncanny Valley Phenomenon and the Temporal Dynamics of Face Animacy Perception, Perception, 0(0) 1–21, 2020. 2. Te-Yi Hsieh,〈激似人類的機器人,為何笑得你心底發寒?火紅半世紀的「恐怖 谷理論」〉,泛科學,2020 年 09 月 05 日。

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顯 影

臺灣獨角仙 Trypoxylus dichotom tunobosonis

圖.文/游崇瑋

臺灣獨角仙是臺灣特有亞種,也是小朋友們在夏天最期待看到的昆蟲! 這個數量多且分布在低海拔的巨大甲蟲,應該是很多喜歡觀察生態的朋友們童 年的歡樂回憶。在獨角仙成蟲後,鑽出地表飛向光蠟樹去取食樹液、打鬥及交 配,通常野生的獨角仙壽命大約只有兩週,差不多就得迎向生命終點,是個短 暫卻璀璨的「蟲生」。但如果在圈養狀態下,盡量不消耗生命與精神能量,如 交配,且給牠們吃一些野外吃不到的果凍等食物,是有可能活 2 ∼ 4 個月喔! 一隻巨大笨重的獨角仙飛起來的時候相當有魄力。如果你很幸運遇到了一群晚 上亂飛的獨角仙,應該會壯觀到有點嚇人呢,哈哈哈∼∼

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顯 影

獨角仙體型大,飛起時的聲音以及 體型壓迫感都相當驚人!

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顯 影

雄蟲會將光蠟樹刮開,讓給雌蟲 吸食,以便趁隙進行交配。

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顯 影

獨角仙刮去光蠟樹表面, 吸食樹液。

犄角非常小的雄蟲,也算是不多見的個體。

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專欄文章

想要移民太空? 你不可不知的「科氏力」 !

(Image by WikiImages from Pixabay)

Take Home Message

科氏力是一種源自於非慣性座標系的「假想力」。 颱風等熱帶氣旋是受科氏力影響的經典例子,隨 著區域的不同,氣旋的旋轉方向也有差異。而另

一個科氏力常見的說法,就是水槽的水流漩渦方 向,相傳南北半球會有不同的漩渦方向,但這其 實只是迷思,在微小的數量級尺度下,科氏力的 效應並不會明顯出現。此外,當人類未來計畫移 民太空,住在旋轉的圓筒殖民地時,科氏力不但 不可忽視,甚至會對生活帶來諸多麻煩……。

今(2020)年對全世界來說,都是多事之秋。先是總統 大選,然後是 2019 冠狀病毒疾病(COVID-19)疫情, 也 因 此 在 臺 灣 產 生 了 獨 特 的 流 行 語, 先 是「 浴 缸 與 塞 子」,接著又是「到底要順時鐘,還是逆時鐘?」

這些雖然都是政治與媒體的用語,但有趣的是,它們都跟 一個物理現象有關:科里奧利力(Coriolis Force),簡 稱科氏力。

科氏力不是真正的力! 科氏力在「地球的尺度」下有許多影響,最常看到的例子 是「熱帶氣旋」,在西北太平洋叫做颱風(typhoon),

施奇廷

東北太平洋與北大西洋叫做颶風(hurricane),而印度

清華大學物理系博士,任教於東海大學應用物理

洋與南太平洋叫做旋風(cyclone)。臺灣位於北半球,

學系,從事計算神經科學研究;並致力於將影視

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動漫畫等娛樂作品與物理教育結合,希望吸引更

由於科氏力的作用,颱風是逆時鐘旋轉的;而南半球的旋

多人進入物理學的世界。

風則是順時鐘方向。但能夠影響這種大尺度自然現象的科


格物致知

氏力,卻是一種「假想力」。也就是說,科氏力不是一種

最佔便宜,體重可以減少最多,大約 0.35 %;臺灣則大

真正的力,而是源於我們地球人是「非慣性座標系的觀察

約減少 0.32%;而住在南北極的朋友就沒有這個福利了,

者」的假想力。

因為 cos90° = 0,所以體重不變。

什麼是非慣性座標系呢?當觀察者本身有加速度時,就會

科氏力的大小則為 2mvωsinθ,其中 v 是速度沿著地表水

感受到跟加速度相反方向的假想力。最常見的例子就是我

平方向的分量,如果物體不動,或是像火箭一樣速度方向

們搭乘向上加速的電梯時,會感受到一股把我們往下壓的

垂直於地面的話,水平方向的 v = 0,科氏力就會是零。

力量,身體就會變得沈重。而我們在地球上生活,跟著地

由於科氏力的方向永遠跟沿著地面的速度方向垂直,因此

球一起自轉時,也是一種加速度運動。於是跟著地球一起

在北半球,不管你是往那個方向移動,科氏力都會「推著

轉的東西,也都會感受到兩個假想力:離心力與科氏力。

你向右彎」;南半球則相反,科氏力會推著你向左彎。但 其實你不是真的受到一個力,而是來自於地球帶著你做的

離心力是大家比較熟悉的假想力,它會讓你感受到一個被

加速度運動,這個加速度讓你感覺有個力作用在你身上。

「甩」向遠離轉動中心的力,且可以讓你的體重變輕一點 點,大小是 mω2rcosθ,其中 m 是你的質量;ω 是地球自 -5

就是這個南北半球相反方向的科氏力,讓氣旋的方向相

轉的角速度,為 7.3×10 弧度∕秒;r 是地球半徑,約為

反。讓南、北半球的颱風∕颶風∕旋風分別為順、逆時鐘

6.4×106 公尺;θ 則是緯度。我們可以發現,赤道的居民

旋轉(圖一)。

北半球的熱帶氣旋

南半球的熱帶氣旋

圖一:左為北半球的熱帶氣旋,空氣被中央的低氣壓吸向中心的過程中向右彎(紅色箭頭),形成逆時鐘氣旋(黑色箭頭);右為南半球 的熱帶氣旋,則是向左彎形成順時鐘氣旋。(123RF)

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砍樹、蓋房子 也能影響微氣候? Take Home Message 太陽的能量抵達地球後,會因地表各處反照率差異,而讓 黃懷逸

EASY 天文地科團隊成員,臺灣大

學大氣地質雙主修,喜歡大自然,

關心環境與生態議題。認為基隆河 以北才是北部。

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大氣產生不同的溫度。此外,地表的性質也會影響當地的 (微)氣候。舉例來說,原本是植物茂密的區域,在經過

去森林化或都市化階段後,使天氣變熱,加強海陸間的溫 度梯度,海陸風環流也會跟著增強,甚至改變降雨形式。

在炎炎夏日,避暑是最要緊的事。不想開冷氣耗費能源

在日常中,人們不會選擇到反照率較高的水泥地上乘涼,

的人,除了到大賣場吹個冷氣外,有些人會選擇到海邊

而會到相對吸收較多太陽輻射的森林裡面避暑,原因又是

吹吹海風,也有些人會到附近的公園乘涼。然而,為什

什麼?森林植被雖然吸收了相對較多來自太陽的能量,但

麼都市中的氣溫總是特別酷熱,而海邊或公園的氣溫就

是有部分能量透過蒸發或蒸散的過程儲存在水氣當中,並

比較低呢?難道地表的特性會對氣候產生影響嗎?就讓

將大氣加溼;而缺少植被覆蓋的水泥地並沒有這個過程,

我們從地表怎麼把能量傳輸給大氣開始說起。

因此在日照之下,可以非常快速的加熱大氣。

大氣的能量帳本

地表性質如何影響環流

來自太陽的能量進入地球後,會以各種方式在地表與大

地表性質不只影響區域的能量收支,也會影響局部環流。

氣間傳遞。大氣科學家常以「能量收支」的概念說明太

空氣溫度的升高會伴隨著其密度的下降,引起水平方向

陽、大氣及地表之間如何交換能量。由於大氣幾乎不吸

上的氣溫不均勻,並在氣溫較高處擁有較大的浮力而產

收短波輻射,因此地表的反照率就決定了地表能夠吸收

生上升氣流,氣溫較低處則會有下沉氣流,由於質量必

多少能量。從反照率最低的海水(約 7%),到反照率最

須守恆,因此會產生水平方向的風來調整質量分布。我

高的雪地(約 90 %),這些地表吸收的能量,會經由輻

們熟知的海陸風,就是透過這種方式建立的。在白天時,

射、對流及傳導進入大氣,使大氣在日照之下逐漸增溫。

陸地增溫較海洋快,因此會吹起強烈的海風,將海上潮

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(Photo by Taiki Ishikawa on Unsplash)

專欄文章


物換星移

溼的空氣傳送到陸地上方,再配合山谷風的舉升,在午

森林砍伐,不只有生態問題

後很容易成雲致雨。

在數十年前,科學家研究亞馬遜盆地砍伐森林的問題時, 發現熱帶雨林植物的蒸散作用關係著當地微氣候發展。

這樣的環流透過水平溫度梯度所引起,因此不只是海陸邊

在去森林化的區域,熱帶雨林的茂密森林消失,取而代

界有這種環流,在湖岸、河岸甚至是城市與鄉村之間的水

之的是裸露的地表,蒸散作用的減少導致大氣變得乾燥,

平氣溫差異,都會導致這種環流出現。由於環流同時能掌

土壤溫度也因日照直射而快速上升。由舒克拉(Jayashri

管對流的發展位置和水氣的傳送,因此當地表性質改變

Shukla)、諾布爾(Carlos A. Nobre)及塞勒斯(Piers

時,也會改變環流的強度,進而影響當地的氣候特徵。

J. Sellers)等人於《科學》(Science)發表的研究指出,

大氣能量收支示意圖 在大氣的能量收支當中,地表的性質除了影響反照率,也會進而影響蒸發、蒸散或熱傳導、熱對流的 過程。因此在太陽輻射之下,不同的地表性質將導致不同的增溫速率。大氣的能量收支當中,太陽短 波輻射(黃色箭頭)經過大氣層的吸收和反射後,大部分仍入射至地表。此時,地表的性質不但決定

了地表吸收的能量多寡,也會進而影響蒸發、蒸散(潛熱)或熱傳導、熱對流(可感熱)的過程。因 此在太陽輻射之下,不同的地表性質導致不同的增溫速率,進而造成局部環流的發生。

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精選 文章

從甘蔗開始的蘭姆酒傳奇

(123RF)

Take Home Message 帶有獨特香氣的蘭姆酒是許多人的心頭 好,也常被當作調酒中重要的基酒。蘭

對常跑酒吧或夜店的人來說,蘭姆酒無疑是歡樂的代名詞,尤其是夜店 裡許多赫赫有名的調酒如:莫西多(Mojito)、黛綺莉(Daiquiri)、 自由古巴(Cuba Libre)、藍色夏威夷(Blue Hawaii)、邁泰(Mai

姆酒由糖蜜與甘蔗汁釀造製成,而蘭姆

Tai)、鳳梨可樂達(Pina Colada)和颶風(Hurricane)都是以蘭姆

酒的熟成時間長短與熟成時使用的木

酒做為基酒。

桶、不鏽鋼桶差異,更是影響蘭姆酒風 味品質的重要因素。在熟成時,酒中的

相較於威士忌和白蘭地等歷史悠久的烈酒,蘭姆酒較為年輕,許多臺

多酚類化學成分不斷變化,使蘭姆酒中

灣人對於蘭姆酒的最初印象,可能來自於小說《金銀島》(Treasure

的各種酯類化合物多,也造就了蘭姆酒

Island)或是電影《神鬼奇航》(Pirates of the Caribbean)裡的海盜

豐富的香氣和風味。

故事,或許也曾經訝異海盜們拚死拚活劫掠征戰,只希望可以有點錢, 能買杯蘭姆酒來喝。而其實在蘭姆酒光鮮亮麗的背後,有著一段既長又 惡名昭彰的黑歷史。

甘蔗、殖民與蘭姆酒 鄭建瑋

銘傳大學生物

科技系副教授。

蘭姆酒是一種用甘蔗發酵物所蒸餾出來的酒,以糖漿、糖蜜和其他蔗糖 製品來釀造,蒸餾至酒精度 95 度(Alc.95%)以上且裝瓶時含酒精量不 得低於 40%。

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精選 文章

講到蘭姆酒,就必須從甘蔗種植的起源開始。世界上甘

導指出,在巴貝多的小島上有一種用作麻醉藥使用的的蘭

蔗 最 主 要 的 兩 個 原 生 品 種, 分 別 是 來 自 於 新 幾 內 亞 的

姆金塊(rum-bullion),又稱惡魔煞(kill-devil),這

Saccharum officinarum 和 分 布 於 臺 灣 與 中 國 南 方 的

是種用蔗糖發酵液所蒸餾出來的辛辣嗆口的烈酒,可能是

Saccharum sinense。西元前 3000 多年前,新幾內亞的

現代蘭姆酒最早出現的紀錄。

Saccharum officinarum 傳播到印度,後來經人工培育 成為產量較高的 Saccharum barberi,又由印度人發展出

然而利用甘蔗汁釀出來的酒,酒精度高、口味辛辣且風味

製糖技術,並於西元 6 世紀左右傳入伊朗與阿拉伯半島。

不佳,喝酒猶如喝酒精,除了買醉之用,別無樂趣,在當 時只有船員與販夫走卒們會感興趣,因此蘭姆酒非常便

西元 600 年左右,甘蔗隨著阿拉伯人的駱駝、帆船傳到歐

宜,能迎合眾多貧窮消費者的需求。

洲的西班牙,緊接著在大航海時代來臨後,又跟著哥倫布 去了西印度群島,由於氣候適合,甘蔗很快就在西印度群

即便蘭姆酒便宜,但對於必須長時間無償工作的奴隸來說

島種植起來,更讓西印度群島博得「甘蔗王國」的美名。

依然太貴。惡劣的奴隸主甚至連這些低價劣質的酒也吝於

隨著 1492 年哥倫布發現新大陸,西班牙和葡萄牙的殖民

給予,奴隸們也不能偷拿甘蔗或是糖來用,否則會帶來殺

者為了開發加勒比海島嶼與中美洲各地,需要大量勞動力

身之禍。在甘蔗園中工作的奴隸發現製糖後剩下的糖蜜

以發展大規模的熱帶農業,因此從非洲輸入奴隸,也開始

(molasse)可以發酵成酒,不久後就被奴隸主拿來使用,

了 300 多年的黑奴血淚史。

作為對表現良好的奴隸們的一種獎勵;不管這種酒有多麼 澀口嗆辣,對奴隸來說都是一種賞賜。

西班牙自 1517 年開始向牙買加和古巴等殖民地輸入黑 奴,提升加勒比海地區的農業生產,並促進與歐洲的商品

在大航海時代,船上放置的烈酒可以用在消毒防疫,而在

貿易,讓西班牙在 16 ~ 17 世紀成為一個世界最大的海權

蘭姆酒中加入一點萊姆汁,除了可以預防壞血病,也有助

與殖民帝國。1655 年 5 月英國占領牙買加後,西班牙帝

於提升船員士氣,因此價格低廉的蘭姆酒也逐漸取代來自

國的世界海權逐步被英國取代,英國殖民者持續進行加勒

法國的白蘭地或葡萄酒,成為英國皇家海軍往來大西洋的

比海地區的奴隸貿易,並發展以甘蔗、菸草與咖啡種植為 主要內容的殖民事業。

談論蘭姆酒,為何要說這麼多有關加勒比海地區黑奴的歷 史?因為蘭姆酒與奴隸事業的發展息息相關。

蘭姆酒的誕生 用蔗糖釀製、蒸餾的酒,曾在馬可波羅的記事裡被提到, 顯然在 14 世紀就己經有類似的酒出現。而以甘蔗汁製作 的蘭姆酒最早是在 16 世紀初期,在印尼一帶出現,隨即 擴散到所有種植甘蔗的國家,如中國、印度和北非。西班 牙和葡萄牙的探險家隨後陸續將甘蔗等作物,移植到加勒 比海地區,也帶來了蘭姆酒的製作方法。1651 年就有報

(123RF)

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科學開麥拉

《工作細胞》電影特別篇:

超可愛乳酸菌襲來!? 「在人的身體中,約有 37 兆 2 千億個細胞,日復 一日、24 小時、365 日,精神十足地工作著!」

聽到這句熟悉的開場白就知道──《工作細胞》回來了! 《工作細胞》是由日本漫畫家清水茜以人體體內環境為 背景所創作出的漫畫,不僅在 2018 年夏天推出了第一季 動畫,今(2020)年工作細胞也將推出特別上映版,讓觀 眾用大螢幕感受一下細胞們的魅力。在清水茜老師描繪 的世界中,我們體內的細胞不僅會吃飯、睡覺、打東東; 運送氧氣的紅血球居然還是個超容易迷路的路痴;更能 看到個性迥異的免疫細胞,用不同「武器」和策略打擊 壞菌的樣子。

10 月 8 日即將上檔的《工作細胞》特別上映版「強『菌』 來襲!人體腸道大騷動!」電影中,除了一出場就能萌翻 眾人的可愛蘿莉血小板之外,更出現了四隻長得軟軟 QQ 的奇妙生物──乳酸菌!一看到乳酸菌可愛的樣子,就讓 筆者忍不住想買一打優酪乳或養樂多來喝,希望體內 能有多一點乳酸菌。究竟乳酸菌在這次的電影中

「雜菌們!受死吧!」

扮演著什麼重要的角色呢?難道看似萌萌的

人體腸道菌叢組成非常豐富,腸道菌的數量估計超過 100

乳酸菌也對殺菌棄屍略懂略懂嗎?這邊

兆個,遠遠超過人體全部細胞加總。似乎有點可怕,但如

先賣個關子,畢竟「保密防雷」的道

同一樣米養百樣人的道理,一樣米也可以養上百樣菌!

理我們也知道,乳酸菌的秘密就 羅 庭

腸道中的細菌可粗略分為三大群,分別是益生菌、致病菌

究竟,先來了解一下人

與伺機菌(又稱中性菌或條件致病菌)。益生菌是對人體

體內的腸道菌叢中

有益的菌種,除了能促進腸胃蠕動外,還能調節人體的免

的奧秘吧!

疫功能;而致病菌也就是動畫中常常被免疫細胞群殺死的

向 一 。

留給讀者們進電影院中一探

「雜菌」,可能影響健康、導致人體生病。腸道菌叢中的 最後一類菌種稱為伺機菌,伺機菌有甚麼作用呢?從字面 上來看就是一種會伺機而動的菌,平常時對身體無益也無

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希望藉由「糞菌移植(fecal microbiota transplant)」療 法,改善患者腸道內的微生態平衡。糞菌移植以健康的人 作為捐贈者,將他們糞便移植到患者腸道中;也可以透過 口服膠囊的方式,移植健康的人腸道內的微生物到患者腸 道內,藉此恢復患者腸道內的微生態平衡。即使糞菌移植 聽起來是個有效治療的方法,但仍待更多的臨床試驗以避 害,是一種偏中性的存在,但當腸道中的菌相比例失衡時, 伺機菌就會趁機往勢力較大的那邊站,也可以將伺機菌想

免其他副作用,畢竟移植腸道菌叢對人體可能產生的影響 是我們難以預期的。

像成是一種牆頭草菌。

在一般情況下,腸道菌叢會維持著該有的平衡與人體共

撇開益生菌或致病菌不談,

生。但益生菌與致病菌們總是會有彼此勢力消長的時候,

這些菌們一開始又是怎麼進入到人體的呢?

而伺機菌就會在這時候出馬,如果益生菌的勢力佔上風,

當胎兒還在母親子宮裡的時候,他的腸道幾乎

那麼伺機菌就會幫助益生菌,維持人體健康;不過一旦致 病菌占了優勢,伺機菌們便會轉而幫忙致病菌,這就可能 使人體的健康像跌停板的股票一樣直直落。

養樂多!優酪乳!給我更多更多益生菌吧! 介紹完腸道菌叢的組成後,來談談本次電影中可愛度直逼 血小板的乳酸菌吧!乳酸菌屬於益生菌的一種,在整個益 生菌族群中也是最「菌多勢眾」的,常見的乳酸菌包含乳

是處於一種無菌狀態,直到自然產時經過產

道,母親產道中的細菌們才會進入到胎兒肚子 中。而胎兒出生後所吃到的母乳、呼吸到的空

氣與接觸到的一切事物,也都成為了細菌進入 到胎兒體內的一種途徑;有趣的是,剖腹產嬰

兒最初的腸道菌相,也會與自然產的嬰兒有所 不同哦!

酸桿菌(Lactobacillus)、雙歧桿菌(Bifidobacterium) 與比菲德氏菌(Bifidobacterium bifidum)等。乳酸菌最 大的特點就是能分解醣類產生乳酸等物質,並藉由產生的

延伸閱讀

Round, J., Mazmanian, S. The gut microbiota shapes intestinal immune responses during health and disease. Nat Rev Immunol 9, 313–323 (2009).

乳酸,維持腸道的弱酸性環境以抑制致病菌的繁殖,同時 也具有調節免疫系統的功能。先前研究也發現,腸道中沒 有任何菌種的無菌小鼠,免疫功能會變得不健全,只要出 了無菌環境就無法生存,因此雖然腸道菌叢中有益生菌也 有致病菌,但我們還真的不能少了這些腸道菌。

在抗生素遭到濫用的現代,不論是益生菌或是致病菌,抗 生素都會不分敵我全部殺光,此做法雖能成功解決致病 菌,但益生菌同樣也會遭受殺菌 道內的菌相失去平衡。近年

之禍,使得患者腸 來, 科 學 家 們

《工作細胞》特別上映版

「強『菌』來襲! 人體腸道大騷動!」 •上映日期:2020.10.08

•發行商:木棉花國際股份有限公司 更多詳細內容都歡迎到

電影官網查看喔→

©Akane Shimizu / KODANSHA, Aniplex, davidproduction

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