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雨 神 來 啦 !

618 2021 6 月號

科月市

30°

短暫陣雨

Max 34° Min 26°

34°

星期一

26°

現在

14時

15時

16時

17時

18時

30°

30°

29°

28°

28°

28°

星期二

80%

34°

26°

星期三

20%

34°

27°

星期四

20%

33°

26°

星期五

10%

31°

26°

星期六

0%

31°

25°

星期日

0%

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25°

星期一

0%

33°

26°

面臨

旱災 我 們 但降 求雨 若 雨 渴 可 , 不 是 件 簡

CH3

CH3

HO

HO

CH3

CH3

單 的 事! 經典專欄

科學×靈感

科學×害蟲

隱形墨水的文字隱身術!

催生廣義相對論的靈感

農業害蟲

把字變不見了?

愛因斯坦一生最快樂的想法

那些年我們一起對抗的

NT$249 ISSN:0250-331X

9

770250

331001

06


Contents

2021 JUNE

封面故事引言

p08

p10

618

雨神,請賜甘霖! 封面故事 1

降雨機率「算」什麼東西? 曾鴻陽

封面故事 2

p16

一下缺水一下暴雨 暖化讓降雨更極端? 王嘉琪

封面故事 3

p22

潮味、土味、青草味 有沒有聞到下雨的味道? 何政逸、混科學實驗室

p28

封面說說話

封面故事 4

怎麼又下雨了 QAQ 下雨天真的使人愁嗎?

〈微距雨滴世界〉 這場雨帶點神秘且夢幻,讓我們用高速攝影來一探究

黃揚名

竟,捕捉人類肉眼無法看到的雨天樣貌,雨滴影分身的 姿態大公開! 封面加入本期文章的內容繪製成物件,如天氣 app 上的降

p34

封面故事番外篇

誰說我只會躲雨! 動物們的避雨「超能力」 郭羽漫

雨機率、雨天影響人的情緒及下雨前土壤散發的氣味。

小知識+ 影響雨滴的形狀主要有兩個因素,第一個是來自水的表 面張力,第二個是雨滴落下時氣流擠壓的阻力。細小的 雨滴通常是球形的;而較大的雨滴,受空氣阻力及氣流 擠壓,形成類似腰果的造型,隨後再一分為二,變回小 雨滴。

SCIENCE MONTHLY Vol. 52 No. 6

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Contents-2

填問卷.拿新書

News Focus

只要於 2021 年 6 月 30 日前,完

 4 最天然的 GPS,鯊魚靠地磁找到回家的路

整填寫讀者問卷調查,就有機

 5 顛覆你對暴龍的想像,牠其實是個慢郎中!

會獲得臉譜出版的新書《雞肉

 6 天文學家公布三張木星新影像/聲音可以代表你的人格特質嗎?

以上,鳥學未滿》。

 7 頭重腳輕的堅果!為什麼大顆堅果總是出現在瓶罐的上層?

問卷內容請至 bit.ly/3eZDwNp

科學•出走

36 神呀~請賜給我雨水吧!/謝育哲 37 外星球下什麼雨?和地球一樣嗎 ಠ_ಠ ?/羅億庭 顯影

或掃描 QR code,並詳實填寫, 否則將喪失抽獎資格。 獲獎名單將於 2021 年 7 月 5 日 之前公布於《科學月刊》網站 (www.scimonth.com.tw)。

38 黑犀牛/游崇瑋 專 欄

40 格物致知:能量守恆嗎?從作功看能量的轉換/蔡坤憲 44 生生不息:溪流、水圳、溝渠都可以看到牠!    入侵臺灣的外來種淡水螯蝦大軍/紀重佑、施習德 48 潛移默化:麻瓜也能輕鬆擁有的隱形墨水?    解開感溫墨水變色之謎!/陳瑋駿 52 物換星移:如果沒有洋流,    地球的氣候會出現什麼改變?/汪佑霖、吳朝榮 顯影

56 臺灣的檜木 紅檜與臺灣扁柏/植業病 精選文章

60 愛因斯坦一生中最幸運的靈感 廣義相對論的助產士/賴昭正 66 飄洋過海來見你!那些躲在外銷水果裡的農業害蟲/羅億庭 72 達爾文與華萊士的功績與誤判/許家偉 青年尬科學

76 物理思想發展脈絡的愛因斯坦觀點/欒丕綱 書 摘

78 《雞肉以上,鳥學未滿》

2

科學月刊 2021.6

bit.ly/3eZDwNp


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

沛雨甘霖何時來? 在截稿日期前,因 2019 冠狀病毒疾病(COVID-19)疫情升溫,全臺已進入第三 級疫情警戒。非必要情況下大家須盡量少出門,如果真的要外出,也須全程配戴 口罩,並保持社交距離。另外,大家也要避免多人群聚,室內 5 人以上與室外 10

理事會 理事長:曾耀寰 理 事:曲建仲 林翰佐 邱韻如 紀延平 張敏娟 程一駿

人以上的活動全部停止。在面對艱困的疫情挑戰下,「宅在家」或許是最佳也最 合理的選擇。期許在全民的通力合作之下,我們依舊能順利度過這次的難關。

蔡孟利 蔡政修 執行總監:趙軒翎

不過,除了疫情升溫之外,我們還必須面對「缺水」問題。雖然臺灣位處副熱帶 及熱帶氣候區,春季有梅雨,夏秋有颱風,本應是最多降雨的國家之一,但今

編輯部 總編輯:林翰佐 副總編輯:趙軒翎 編輯委員:王文竹 王伯昌 曲建仲 江建勳 李武炎 李志昌

(2021)年卻遭逢超過半世紀以來最嚴重的旱災。由於缺乏雨水,各地水庫的蓄 水量不斷下探,也使得水資源拉警報。有水當思無水之苦,在面臨嚴重旱災的同 時,我們必須更加珍惜水資源,並隨時注意用水的狀況。

李精益 阮明淑 周鑑恆  林秀玉 林宮玄 邱韻如  金升光 金必耀 門立中 

這期的《科學月刊》,我們想帶給讀者更多「雨」知識。首先是降雨機率的問題,

紀延平 范賢娟 倪簡白 

不知道日前大家是否有在網路上看到一部影片,片中的國外女網友表示,「30%

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 廖英凱 管永恕  劉宗平 蔡兆陽 蔡孟利 

的降雨機率」不代表整個區域的 30%會下雨,而是指該區 30%面積的人會遇到下 雨的狀況。但事實真的是如此嗎?另外,由於全球暖化的關係,世界各地的降雨 出現極端化的現象,也就是暖化雖會提高大氣的穩定度,使對流不容易發生,但 卻造成降雨強度增加,且強降雨的發生頻率也會提升。

蔡振家 鄭宇君 鄭運鴻  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

大家有沒有發現,在下雨之前空氣會瀰漫一股難以言喻的味道,有點類似土壤的 氣味,但好像又不完全一樣,它到底是什麼樣的味道呢?此外,下雨是否會讓你

周榮泉 洪萬生 洪裕宏

感到憂鬱呢?這種負面情緒的出現有合理的解釋嗎?喜歡下雨的人難道就不正常

胡進錕 孫維新 張 復 

嗎?這些問題的答案都在本期雜誌中。

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

最後,希望雨神趕緊降臨,為這次的旱災畫下句點。

主  編:謝育哲 編  輯:羅億庭 美術編輯:黃琳琇

主編 謝育哲 業務部 經  理:李金穗 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

本期為第五十二卷第六期 第 618 期 發行於 2021 年 6 月

地址:106013 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

最天然的 GPS, 鯊魚靠地磁找到回家的路

4

(123RF)

過往許多研究顯示,海龜會藉由地

體型較小且每年都會回到特定地點

往返於南非和澳洲之間,且每次都

球磁場的變化,準確地找到數千英

的窄頭雙髻鯊(Sphyrna tiburo),將

能回到特定地點。

里(mile)外的產卵地點,那麼是不

會是個很好的研究對象。

未來團隊也將繼續研究鯊魚與地磁

是還有其他動物也能靠著地磁移動

研究團隊捕捉了 20 隻野生的青少年

之間的關係。包括人類活動,例如

呢?日前一篇刊登在《當代生物學》

窄頭雙髻鯊進行研究,發現這些鯊

海底電纜會不會影響鯊魚獲取地磁

(Current Biology)上的研究顯示,

魚確實能藉由地球磁場獲得位置訊

訊息,以及鯊魚是否不只在長途移

鯊魚或許也可以。

息,並執行精確的移動。團隊表示,

動中使用地磁,在日常生活中的移

為什麼鯊魚在海中旅行了一段時間

發現鯊魚這項「導航」能力,或許

動也是如此等問題。

後,還能年復一年回到特定的同一

能解釋一些之前科學家們觀察到的

個地點,一直是許多研究者心中的

奇 特 現 象, 例 如 先 前 有 隻 大 白 鯊

疑惑。為了找出鯊魚回家的方法,

(Carcharodon carcharias)每年都會

科學月刊 2021.6

Bryan A. Keller et al., Map-like use of Earth’s magnetic field in sharks, Current Biology, 2021.


NEWS FOCUS

顛覆你對暴龍的想像, 牠其實是個慢郎中!

(123RF)

暴 龍(Tyrannosaurus rex, T. rex), 其

研究人員利用荷蘭自然生物多樣性

食者的移動能力有更多了解,便能

名字的拉丁文含義是「蜥蜴中的暴

中心(Naturalis Biodiversity Center)

夠幫助古生物學家更容易理解恐龍

君」,也是目前最知名的恐龍之一。

存放的 12 公尺長暴龍化石,建立了

行為和古代的生態系統。巨大的恐

牠 體 型 巨 大、 擁 有 超 強 咬 合 力,

暴龍步行速度的分析模型。由於暴

龍在這種移動速度下,需要吃多少

與牠霸氣外表不符的短小前肢也是

龍那條接近 1000 公斤的大尾巴只被

食物才能生存?恐龍的掠食範圍到

一大特點,而近期一篇新研究更顯

韌帶連接著,就像個被橡皮筋連接

底有多廣?以上這類問題或許可以

示,暴龍其實還有一項令人意外之

著的重物一樣,因此牠每當向前走

得到解答。而研究人員未來也將繼

處——牠走得一點也不快!

一步,尾巴都會向上反彈、晃動,

續透過同樣的方法,探討暴龍的「最

在 電 影《 侏 羅 紀 公 園 》(Jurassic

使得暴龍需要找到一個能讓身體與

快速度」會有多快。

Park)系列中,暴龍快步追逐著主角

尾巴平衡的節奏,才得以順利地向

一群人的樣子,讓人忍不住為他們

前行走。

捏了一把冷汗。但荷蘭考古學家經

雖然時速 4.8 公里,確實有點顛覆大

過分析後發現,暴龍行走的速度其

眾對於暴龍「跑很快」的想像,但

實與人類和其他動物,例如大象、

其實一般動物都傾向於用牠最自然

長頸鹿、馬的一般步行速度差不多,

的速度行走,以消耗最少能量。若

約為時速 4.8 公里。

我們對於暴龍這類食物鏈中高級掠

Pasha A. van Bijlert, A. J. van Soest and Anne S. SchulpNatural, Frequency Method: estimating the preferred walking speed of Tyrannosaurus rex based on tail natural frequency, Royal Society Open Science, 2021.

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降雨機率 「算」什麼東西? 曾鴻陽 中國文化大學地學研究所博士,現職中國文 化大學大氣科學系副教授兼主任,臺灣氣象 服務產業發展協會理事長。

Ta ke Ho m e Me s s a g e 當氣象預報表示降雨機率為 30%,指的到底是遇見下雨的機率,又或是該區 域有 30%會下雨呢?事實上,下雨的時間及地區皆為「不連續」的。降雨機率的 解釋可根據不同的條件,分為地區機率、地點機率、時程機率、定時機率。而降雨機率 的估算方式,早期預報員以自身所處的人工測站為定點,根據當天的天氣狀況及過去長 期的氣候資訊,推算該定點的降雨機率。但此方式僅適用於小面積,大範圍區 域則誤差較大。時至今日,預報員可藉由超級電腦的輔助,細分區域與時間, 獲得準確度更高的降雨機率。

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封 面 故 事

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一 下缺水一 下缺水 一下暴雨 下暴雨 一下缺水一  暖化讓降雨更極端?

王嘉琪 文化大學大氣科學系教授,研究專長為 熱帶動力、氣候診斷分析、氣候變遷。

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(123RF)


(123RF)

封 面 故 事

Ta ke Ho m e Me s s a g e 由於全球暖化的影響,各地紛紛出現「極端降雨」的現象。近期臺 灣更是經歷嚴重的旱災,與前一年缺乏梅雨及颱風有關。由於暖化會提高大氣 穩定度,使對流不易發生,也會造成降雨強度變大,提高強降雨的頻率。大氣 的穩定程度,則與垂直降溫率有關,暖化會讓對流不易發生,但是會使大氣 含有更多的能量,若出現能誘發對流的條件,則會使大氣釋出更多能 量,提升降雨的強度及頻率。

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科學

出走

神呀~ 請賜給我雨水吧! 今(2021)年臺灣面臨了半世紀以來最

在殷墟出土的甲骨文中,有關「雨」

甲鎮瀾宮舉辦了祈雨祭典,參與者各

靈溝通的方式,由於商代的神靈與先

嚴重的旱災,而在 3 月初時,臺中大 個身穿白衣手持香,遵循古法祈求降

雨。這也讓我感到好奇,古代人在面 對天災時又有哪些方式呢?

祭祀前別忘了先求神問卜

的卜辭相當多,這些卜辭是一種與神 祖眾多,祭祀之前必須透過卜辭確認

該對哪位神明進行祭祀、祭祀的方式、 祭品內容等,避免觸怒祂們而造成更 大的災禍。

古代中國,尤其是先秦時期商周朝代

齋戒以示虔誠之意

在面對各種難以理解的現象,特別是

是齋戒的環節了。齋戒是一種對神靈

的人們,非常相信神靈的存在。因此

在確定好該祭祀哪位神靈後,接著就

遭遇天災時,大眾普遍會認為「這是

表達肅穆、敬重的態度。古人認為,

來自上天的懲罰」──此時就須借助 超自然力量了!

藉由齋戒可以更加接近與理解神靈,

如果不進行齋戒就是對神不敬。齋戒

的方式,主要有不近女色、不作樂舞、 不弔喪問疾,且要潔淨身心等。

以樂舞、歌唱等方式進行祭祀 在祭祀過程中,樂舞與歌唱是非常重 要的環節,除了加強儀式的莊重感之

外,也是為了取悅神靈。藉由舞蹈、 演奏樂器、人聲搭配,與神靈溝通及

交涉,祈求神靈降雨。當然,根據不 同的祭祀對象,也要有相應的舞蹈方 式,畢竟每個神喜歡的東西都不一樣

謝育哲/可以拜託多下點雨嗎,本刊主編。

犧牲小我完成大我 獻上祭品給神明吧! 最後,對於神靈而言,「送禮」也是 相當重要的環節。根據不同神靈,祭

品的選擇也有所差異,例如獻上食物、 美酒等。而對於商代的人們來說,在

祈求降雨的過程中,利用火燒的方式, 希望燃燒產生的煙霧使天空能累積雲

層而下雨;此外,透過火化食物的過 程,也能將美食獻給神靈。食物祭品

通常會選用牛、羊、豬,而較少選擇 犬、雞等。

不過與現代人習慣把祭祀後的食物帶 回家食用的習慣不同,古代人會依據

祭祀的對象,將祭品當場以燒化、埋 土、沉水等方式處理。

祈求神靈還是當作心靈慰藉就好 面對旱災,藉由古法的祈雨儀式看似 迷信,但在現代社會中或許還是有其

存在的必要與價值,就如同宗教信仰, 這種儀式多少能安定人心。至於我們

實際能做的,還是要回歸珍惜水資源 的利用,避免過度的浪費。

嘛!另外,也有研究指出,某些祭祀 過程會利用「模擬巫術」的方式,例 如以灑水、製造蒸氣等類似雨水的效 果,想藉此增加雲雨的產生。

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(People photo created by jcomp)

延伸閱讀 李雅雯,無「雨」問蒼天─上古秦漢之祈雨儀式及其 思想底蘊,國立清華大學歷史研究所,2004 年。


科學

外星球下什麼雨? 和地球一樣嗎 ಠ_ಠ? 身處在地球的我們,應該對於「降雨」 這件事感到習以為常,但你知道外星 球也會下雨嗎?這些落在外星球上 的雨,跟地球的雨一樣嗎?

近期一篇刊載於《地球物理 研 究 通 訊 》(Geophysical

Research Letters )期刊上的新

研究指出,雖然其他行星與衛星

和地球的大氣化學組成成分不同,但 落下的雨滴卻有著驚人的相似之處。

外星雨 vs. 地球雨 地球上的雨滴由水分子(H2O)組成,

由於不同行星、衛星上的大氣組成與 地球不同,其雨滴成分也會與地球相 異。與地球同為類地行星的火星,會

下二氧化碳雪或是乾冰;而金星上則 會落下成分為硫酸(H2SO4)的雨!

讓我們再稍微往遠一點的星球前進, 在木星會下氦(He)和成分為氨 (NH3)的糊狀冰雹(mushy ammonia hailstones);

在土星最大的衛星-土衛

六(Titan)上, 則 會 下 甲 烷

(CH4)或液態天然氣。此外,

科學家更推測海王星有可能 下鑽石雨!而其他行星在 適合的條件下,也 有可能落下液態

(Hand vector created by freepik)

鐵(Fe)或石英(quartz, SiO2)等特別

的雨。

聽見下雨的聲音? 而這項研究中,研究團隊透

過數學與物理分析,模擬各

個星球的雨如何從雲層落下。

若要成就一顆雨滴,我們必須考量

三個關鍵因素:雨滴形狀、落下速率、 蒸發速率。

當雨滴太大顆時,它會分裂

羅億庭/下雨天就是要宅在家,本刊編輯。

形成的圓圈尺寸不同,引力越強則雨 滴會越小,但仍維持在一個穩定的尺 寸 範 圍 內。 如 地 球( g = 9.8 m /s2 )

的雨滴直徑大多是 11.18 毫米;木星

(g = 24.8 m/s2 )的雨滴直徑約為 7.07 毫米;土衛六(g = 1.352 m/s2)的雨

滴直徑則有 29.96 毫米之大。

相似的雨滴有什麼含義? 研究團隊猜測,這些不同星球間 相似的雨滴大小,有可能和

雨滴的表面張力和密度有

成數個小顆的雨滴;但太

關,但還有待更近一步的

小顆的雨滴,卻又會在成

研究釐清。而這些關於外

功落地前蒸發。那麼最佳

星球的降雨狀態模擬,可以

的雨滴大小是多大呢?在分

析了各個星球的大氣條件,例

如溫度、氣壓、相對濕度、雲到地面 之間的距離、行星引力後,研究團隊

發現半徑小於十分之一毫米(mm)的

出走

讓科學家更理解外星球的氣候

及大氣循環,更能協助他們解釋從太 空望遠鏡觀測到的外星大氣狀態哦!

雨滴會在落地前蒸發,而半徑大於數

毫米以上的雨滴則會在落下前分裂成 小雨滴。

雖然上述提到的行星與衛星,和地球 具有截然不同的大氣組成,但其雨滴 大小卻與地球非常相似。而當雨 滴落在不同星球上時,會受

到各自相異的引 力影響,導致這

些雨滴最終落地時

延伸閱讀

Kaitlyn Loftus & Robin D. Wordsworth, The Physics of Falling Raindrops in Diverse Planetary Atmospheres, Geophysical Research Letters, Vol. 126(4), 2021.

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顯 影

黑犀牛

Diceros bicornis 圖.文/游崇瑋

黑犀牛在非洲的兩種犀牛裡面,屬於數量比較少的那一 種。由於牠們在 20 世紀末期,經歷了非常嚴重的大屠殺, 在 1960 ~ 1995 年間,黑犀牛的數量驟跌了 98%,全世 界只剩下不到 2500 頭!而從這個谷底開始,有賴各保育 機構的持續努力和阻止盜獵,目前黑犀牛的數量已經緩 慢成長到了約 5600 頭,不過還有待繼續努力。 在外型上,黑犀牛與白犀牛的體色其實差不多。而體型 方面則是黑犀牛稍小,最容易分辨的外觀特徵則是嘴型, 黑犀牛嘴比較尖,白犀牛的嘴型則較為寬大且平整。 你可能會想問,為何這兩種犀牛名稱上會有「黑」、 「白」之別呢? 關於犀牛的命名方式,網路傳聞是根據犀牛的嘴型與其 命名的英文諧音,但這些以訛傳訛的說法其實都不正確。 想像一下,你是當年剛剛抵達非洲的歐洲探險家,你對 於這種龐然巨獸認識很少,放眼望去,有些犀牛的顏色 看起來比較深,有些顏色則較淺,因此直覺認為犀牛有 兩種,即一黑一白。但看似較黑的可能只是剛剛滾完泥 巴的犀牛;白的只是泥巴曬乾以後的犀牛,和物種本身 顏色根本無關。而在後續生物學家深入研究之後,也發 現犀牛確實有兩種,於是生物學家就把前人歪打正著的 一黑一白的犀牛名稱,安在確實的兩個物種上面了。這

黑犀牛主要啃食位置稍高的植物,抬頭進食。

正面可以觀察到嘴型前端較尖。

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科學月刊 2021.6

樣的情節會不會比較合理呢?

休息中的黑犀牛。


顯 影

圖為黑犀牛的頭部側面,整體頭顱形狀較 短。此外,犀牛的視力普遍不佳,但聽覺 相當好,能時刻保持警覺。

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專欄文章

溪流、水圳、溝渠都可以看到牠!

入侵臺灣的外來種 淡水螯蝦大軍 Take Home Message

臺灣目前共有 3 種外來種淡水螯蝦入侵,分別是美國螯蝦、澳洲

螯蝦、大理石螯蝦。由於淡水螯蝦飼養容易、繁殖快速,加上適 應環境能力強,即使遭到棄養也很容易在野外形成穩定族群。在

許多臺灣的溪流、水圳、灌溉渠道,已發現不少美國螯蝦的蹤跡, 去(2020)年在花蓮鯉魚潭與臺北大安森林公園,也有民眾發現 淡水螯蝦出沒,影響當地原生物種的生存環境。

近年來,在臺灣的水族市場常見到舉著霸氣雙鉗、雄赳赳氣昂昂的鎧甲武 士,這就是與淡水蟹同樣具有直接發育(direct development,〔 註 〕 )習 性的淡水螯蝦。淡水螯蝦的物種多樣性很高,且不同類群之間存在著差異極 大的樣貌,包括大型粗壯的多刺螯蝦屬(Euastacus)及袖珍可愛的侏儒螯 蝦屬(Cambarellus)。

紀重佑 中興大學生命科學系碩士畢 業生,專長為淡水螯蝦多樣

直接發育是指動物幼年時期與成體時期的形態、身體結構大致相同,僅有成熟與尚未 成熟的區別。

性與生理生態。

施習德

除了體型上的不同,水族玩家及養殖業者也培育出不少淡水螯蝦品系,例如

中興大學生命科學系教授,

白螯蝦、血螯蝦、橘螯蝦、幽靈螯蝦、白面螯蝦、乳牛螯蝦、青花瓷螯蝦等,

主持無脊椎動物研究室,主

44

科學月刊 2021.6

題為招潮蟹、淡水蝦蟹、陸

這些顏色多變的螯蝦,全都是由美國螯蝦(Procambarus clarkii,又稱為

蟹的自然史。

小龍蝦)選育出來的不同顏色型。不過隨著淡水螯蝦的飼養越來越普及,棄


生生不息

美國螯蝦

大理石螯蝦

(施習德拍攝)

(施習德拍攝)

Biology

養等問題也逐漸浮現,被棄養後的螯蝦會面臨什麼挑戰?

公尺深的洞穴抵達地下水層處,使其得以度過乾旱季節,

這些外來種螯蝦會對臺灣的淡水環境造成哪些衝擊?

這種微棲地可讓其他小型無脊椎動物得以棲息。由於其

生態上的重要性,曾有學者將淡水螯蝦描述為關鍵物種

認識斜槓的淡水螯蝦

(keystone species,〔 註 〕 )。淡水螯蝦為雜食性動物,

淡水螯蝦屬於甲殼類十足目,主要分布於溫帶地區,種

植物、小型底棲動物、小型魚類等都是牠的食物來源。

類約有 700 種;而淡水螯蝦物種多樣性最高的兩個中心 點,分別是美國東南部的南阿帕拉契山脈(Appalachian

Mountains)與澳洲東南部。 淡水螯蝦的棲地類型十分多樣,從溪流、湖泊、沼澤、池

關鍵物種又稱基石物種,指在一個生態系中,該物種是否存 在,會影響該地的生態功能,以及其他相關物種的存活。

塘、草澤,甚至是不見天日的洞窟中,都可以見到牠們的

在學術研究方面,淡水螯蝦可作為甲殼類研究及實驗用的

身影,因而演化出多樣的類群,且在生態上扮演著重要的

模式生物(model organism)。擁有孤雌生殖能力的大

角色。此外,淡水螯蝦的挖洞行為也會改變當地的微棲地

理石螯蝦(Procambarus virginalis),其繁殖能力強,

生態!在環境較為乾旱的地方,淡水螯蝦甚至能挖掘出數

一次約能孵化出 50 ~ 200 隻稚蝦,再加上其孤雌生殖的

SCIENCE MONTHLY Vol. 52 No. 6

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專欄文章

麻瓜也能輕鬆擁有的隱形墨水? 解開感溫墨水變色之謎! 陳瑋駿 清華大學化學系碩士,中興大學化學系學士。現職科 技業工程師,著有《化學有多重要,為什麼我從來不 知道?》一書。

Take Home Message 你用過擦擦筆嗎?只要使用擦擦筆上附的橡皮擦 擦拭,就可以讓寫過的字跡隱形。而擦擦筆的墨

水是由聚合物所構成的感溫染料微胞,裡頭裝載 著染料、顯色劑、變色溫度調整劑。在室溫環境

時它們是固體,變色溫度調整劑不打擾染料與顯 色劑結合;當環境溫度超過熔點,變色溫度調整

劑便會熔化,介入染料與顯色劑之間。而當染料 失去了顯色劑,自然就達成隱形的效果。

在《哈利波特》(Harry Potter)的魔法世界裡,如果你 想寫一些只讓特定人士知道的祕密,那你也許需要「隱形 墨水」來幫忙。這種透明無色的墨水能讓你在振筆疾書 之後,整張紙還看起來完好如初。如果想讓字跡現形, 只需要拿著魔杖,指向紙張並喊出現形咒「阿八拉象」 (Aparecium,〔註〕),秘密便會隨之浮現。 註 (Photo by Clark Young on Unsplash)

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「阿八拉象」為《哈利波特》世界中的咒語,其功能是讓隱 形墨水現形。


潛移默化

不論你有沒有看過《哈利波特》,相信正在看這篇文章的 麻瓜們〔註〕 心裡也曾對這個魔法世界充滿各種想像。為 了實現每個麻瓜心中的浪漫,我們的科技不是正在進步,

的關鍵:

擦擦筆寫作業悲劇!墊泡麵驚見「超狂麥田圈」

就是正在進步的路上,隱形墨水至今已經不是什麼稀奇的

這個悲劇的主角是一位男大生,他用擦擦筆將課堂心得寫

事了,只要走一趟書局,掏個幾十塊帶一隻擦擦筆即可輕

在白紙上,沒想到只是在宿舍泡泡麵時,順手將這張心得

鬆擁有它!擦擦筆乍看之下和一般原子筆沒什麼兩樣,只

紙墊在下方,好不容易洋洋灑灑寫下的心得卻消失了,紙

是筆尾多附上了一個特製的橡皮擦,但只要拿這個橡皮擦

上還出現了一個和泡麵碗底一樣大的圓,就像麥田圈一

來回擦拭寫過的字跡,字跡就會立即消失無蹤,如同隱形

般,讓男大生哭笑不得發文討拍。

墨水一般。

是什麼蒙蔽了我的雙眼? 註

在這樁慘案中,你是否找到了字跡消失的關鍵?既然橡皮

Chemistry

在《哈利波特》世界中,麻瓜是指不諳魔法的普通人。

擦並沒有參與整個犯案過程,顯然,泡麵碗的「高溫」才 是嫌疑更大的犯人!因此我們可以合理推論,只要擦擦筆 正因為這種走過不留痕跡的特性,你可以在每支擦擦筆的

墨水上升到特定的溫度之後,顏色就會褪去。而事實也正

筆身找到「請勿使用於有價證券,或須署名等重要文件」

是如此,要證實這個論點,我們可以用其他常見的熱源來

的警語,看來文具公司早就知道,每個人心裡都或多或少

做實驗,像是拿吹風機定點對著紙張吹,幾秒鐘後字跡也

想藉由科技來盤算一些壞壞的事──可惜他們的擔憂還是

會淡去。由此可知,擦擦筆隨附的橡皮擦之所以可以把字

成真了。早在 2012 年,就曾有暴力討債集團使用擦擦筆

跡抹除,並不是真的把墨水除去,而是藉由摩擦生熱,讓

竄改本票的數字,盜領被害人的帳戶;而在去(2020)

墨水變成透明無色,肉眼看起來才會像是真的被擦掉了。

年,斗大的新聞標題也寫著警光山莊的警員利用擦擦筆, 更改房客入住資訊浮報金額補貼己用。

好不容易找到真因後,最重要的問題就來了:為什麼擦擦 筆的墨水能夠遇熱就消失得無影無蹤呢?

冷凍,就是你的阿八拉象! 相信很多讀者時常對於社會上諸多不公不義的事件感到義

擦擦筆墨水與眾不同的核心關鍵就在於墨水配方。如果

憤填膺,既然如此,我們能藉由破解擦擦筆的墨水,揪出

把擦擦筆墨水放到高倍率的顯微鏡底下來看,映入眼簾

這些人的惡形惡狀嗎?魔法世界裡有「現形咒」來使隱形

的會是一顆顆均勻分散的小球,就像是湯鍋裡面圓滾滾、

墨水顯色,但在麻瓜的世界裡面,有沒有屬於麻瓜們的現

一顆顆的小湯圓,每一顆小球都是這場魔術表演發生的場

形咒?答案不僅肯定,而且破獲警光山莊案的警察也相當

所。它們是由聚合物所構成的微膠囊(microcapsule),

熟稔這個「咒語」。他只做了一個動作,就讓字跡浮出紙

又稱感溫染料微胞,大小僅有 2 ~ 3 微米(μm),約是

面,令犯人百口莫辯、乖乖就範,答案就是:冷凍。

頭髮直徑的 1∕40。在這麼迷你的包裝當中,裝載著三 樣要素:染料、顯色劑、變色溫度調整劑。

在知道為什麼「冷凍」可以讓字跡無所遁形之前,我們應 該先了解為什麼只要擦拭就可以讓字跡消失?先來觀察一

染料之所以能顯色,是因為顯色劑與它結合,雖然擦擦筆

則 2017 年 10 月的新聞標題,試著解出真正讓字跡消失

的具體成分屬於機密而無法確知,不過退一萬步來說,一

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顯 影

臺灣的檜木 紅檜與臺灣扁柏 圖.文/植業病 @ plantsholic(Facebook 粉絲專頁)

一的亞熱帶生育地哦! 紅檜的日文稱為「benihi」,扁柏則為「hinoki」。紅檜

掃描 QR code, 追蹤植業病吧!

木材偏紅色,故名紅檜;臺灣扁柏則是偏黃色,故也有黃 檜之稱。兩者皆為針葉五木的成員,同時也是臺灣中海拔 霧林帶的代表樹種,常形成純林、針闊葉混合林、人工造 林等。它們的海拔分布大致重疊,但紅檜的分布範圍略低

臺灣檜木的木材強度和耐蟲性良好,又具有香氣及美麗

於臺灣扁柏,紅檜在海拔 900 公尺處即可成群分布,例如

的紋理,因此在市場上廣受歡迎。但是你知道臺灣原生

北插天山一帶的赫威神木群;臺灣扁柏則大致分布在海拔

的檜木其實有兩種嗎?那就是臺灣扁柏(Chamaecyparis

1300 公尺以上。

taiwanensis)和紅檜(Chamaecyparis formosensis)。它

坊間有許多區分臺灣兩種檜木的方式,例如從樹皮的厚

們屬於柏科(Cupressaceae)的扁柏屬(Chamaecyparis), 皆為臺灣特有種,其種小名也都以「臺灣」為名。

別紅檜與臺灣扁柏呢?首先從葉片看起,紅檜的側葉先端

扁柏屬物種為常綠大喬木,有十字對生的鱗片狀葉,側葉

尖,因此摸起來較為刺手;臺灣扁柏的側葉先端較鈍,摸

較大、面葉較小;花為雌雄同株的單性花;具小型木質

起來平順、不會刺手,而臺灣扁柏的葉可看到白色的氣孔

種毬,大小約 1 ~ 1.5 公分,種鱗十字對生;種子具翅。

帶,紅檜則無。在種毬方面,紅檜的種毬為橢圓球形,種

目前全世界現存的扁柏屬植物共有 6 種,主要分布在北

鱗 10 ~ 15 枚,種子具明顯的翅;臺灣扁柏的種毬則是圓

太平洋兩岸的海岸或山區,除了臺灣的兩種外,還有北

球形,種鱗 8 ~ 10 枚,種子近無翅。另外,還有一種植

美洲的美國尖葉扁柏(Chamaecyparis thyoides)、美國

物叫做「側柏」(Platycladus orientalis),因為它枝葉生

扁 柏(Chamaecyparis lawsoniana), 日 本 的 日 本 扁 柏

長的方式看起來扁平一片,因此市面上都會稱它為扁柏,

(Chamaecyparis obtusa)、日本花柏(Chamaecyparis

但其實側柏跟臺灣扁柏是完全不同的物種唷!

pisifera)。臺灣除了是扁柏屬植物生長的最南界,更是唯

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薄、樹形、顏色、氣味等。那麼使用葉片及種毬要如何辨

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顯 影

桃園北插天山的 紅檜巨木

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顯 影

臺灣扁柏 vs. 紅檜超級比一比 側葉先端鈍, 摸起來比較平順

臺灣扁柏

part 1

紅 檜

側葉先端尖, 摸起來比較刺手

宜蘭翠峰湖的

臺灣扁柏

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顯 影

臺灣扁柏 vs. 紅檜超級比一比 臺灣扁柏

part 2

紅 檜

種毬為圓球形 種毬為橢圓球形

側柏

側柏的葉

側柏的枝葉呈現扁平片狀的生長方式

側柏的種毬

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精選 文章

飄洋過海來見你!

那些躲在外銷水果裡的

農業害蟲 羅億庭

以前住在鳳梨田旁邊,

本刊編輯。

Take Home Message 今年年初,中國無預警宣布停止輸入臺灣金鑽鳳梨進口。這事件 起因於他們在臺灣進口鳳梨中發現有害生物「介殼蟲」,這種害 蟲體積小容易傳播,且會吸食植物的汁液,影響植物的光合作用, 使其生長不良甚至枯萎。除了介殼蟲之外,繁殖又多又快的東方 果實蠅,以及會刺激果實產生蟲癭的米爾頓釉小蜂,也都是常見 的檢疫害蟲哦!

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精選 文章

鳳梨,是臺灣知名的外銷水果,坊間更有許 多以鳳梨製成的商品,舉凡土鳳梨酥〔註〕、 鳳梨酒、鳳梨醋等,都有著一大票死忠粉 絲。除此之外,鳳梨也是臺灣出口外銷時數 一數二的常勝軍,在去(2020)年,生鮮 鳳梨的外銷產值更高達約新台幣 16 億元—— 其中 91%金額貢獻來自中國。 註

常見傳統鳳梨酥裡頭包的其實是冬瓜餡!這 種鳳梨酥雖然不含鳳梨,但其清爽又有點甜的口

感也讓很多人瘋狂;而土鳳梨酥吃起來則帶點酸 酸甜甜的滋味。

不知道大家對今(2021)年年初時,中國 海 關 總 署 閃 電 宣 布 將 在 3 月 1 日 起, 停 止 輸入臺灣鳳梨的事件還有沒有印象?這起 事件起因於中國海關多次在臺灣進口鳳梨 中, 檢 出 有 害 生 物 太 平 洋 臀 紋 粉 介 殼 蟲 (Planococcus minor)、新菠蘿灰粉介殼 蟲(Dysmicoccus neobrevipes)、菝 葜 黑 圓盾介殼蟲(Melanaspis smilacis)。由於 中國是臺灣鳳梨外銷的一大市場,因此這項 (123RF;許智翔插畫)

舉動無疑對臺灣產業界造成不小的衝擊。

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2021 台積電盃 青年尬科學

物理思想發展脈絡的 愛因斯坦觀點 (本文與 2021 台積電盃青年尬科學 科普書籍閱讀寫作競賽合作刊出)

光子概念、光譜與原子能階、物質波、機率波。每一章的 欒丕綱

任職於中央大學光電系,研究興趣為超穎材

料與光子晶體。

最後一節是該章主要觀念的總結,內容通常會有一點哲學 思想的味道。整本書除了第一章在說明萬有引力的平方反 比特性時,出現了「2×2=4」與「3×3=9」兩個算式之外, 沒有其他公式,因此讀者不必害怕遇到可怕的公式。不過, 這並不表示這本書很容易讀,正如本書序言所言:「若想

由商周出版社出版的《物理學的演進》(The Evolution of

Physics ),是譯自愛因斯坦(Albert Einstein)與英費爾

外,也「不能用小說的閱讀方式來讀」。

德(Leopold Infeld)合著的科普名著,原書誕生於 1938

這本書的寫作方式與當代的科普書相比,可說是非常樸實

年,是愛因斯坦為了幫助波蘭裔研究助手英費爾德,解決

無華。書中沒有科學家的八卦,也沒有與觀念介紹無關的

經濟問題而提議合作撰寫。全書只有四章,包含「機械

廢話或吹噓。作者不疾不徐地帶領讀者認識各種物理觀念

觀的興起」、「機械觀的衰落」、「場,相對論」、「量

的起源,思考它們的用處,檢討它們的缺失,並解釋新

子」。就我所知這是本書在國內出現的第三種繁體字譯本,

觀念是如何取代了舊觀念,為物理帶來新的發展。書中

過去我曾在國中與高中時期讀過水牛出版社的《物理學的

經常採用對話的方式,讓擁護新舊觀念的兩位假想物理

進化》,而臺灣商務印書館於 2008 年也出版過《物理之

學家對話,藉此比較新舊理論的差異。這種方式很類似

演進》。這本書也是我唯一研讀超過 5 遍的科普書,會讀

伽利略(Galileo Galilei)的《關於兩門新科學的對話》

這麼多遍是因為我最初讀它時基礎知識比較薄弱,所以許

(Dialogues Concerning Two New Sciences ),非常有

多讀不懂,必須一讀再讀;其次是這本書對於喜歡思考的

啟發性。我最喜歡的是第三章的內容,其中有很多篇幅探

我而言很有吸引力,因此會一再玩味其中的許多細節。

討以太與運動,以及檢討為何必須放棄伽利略轉換,採用

本書前兩章介紹馬克士威(James Clerk Maxwell)電磁理

勞倫茲轉換(Lorentz transformation)。此外,等效原理

論出現之前的物理思想發展,主題包括牛頓力學與運動、 熱與溫度、能量與守恆律、分子動力論與布朗運動、靜電

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理解本書的任何一頁,就必須細心讀完前面的頁數。」此

相關的「思想實驗」與廣義相對論的重要預測的解說也非 常精采。不誇張地說,我對相對論的「非數學式理解」,

與靜磁、光速、光微粒說與光波動說、色彩的意義、橫波

很大一部分是來自讀這本書。

與縱波、介質以太等。第三章開始介紹電磁場概念、馬克

當然,這本書畢竟已是 80 多年前的老書,有些跟不上時

士威電磁理論的主要特徵、以太與運動學、狹義相對論、

代的不足之處是完全正常的。例如第三章沒有介紹廣義相

相對論性力學與質能關係、時空、等效原理、廣義相對論。

對論在宇宙學的應用,更沒有介紹重力波;而第四章的內

最後一章則先討論連續與不連續性,然後介紹光電效應與

容大概只介紹到 1930 年之前的量子力學發展。此外,完

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2021 台積電盃 青年尬科學

導讀文寫作要領

筆者在文章開頭介紹書中主要章節的編排,並以書中「兩個算式之 外,沒有其他公式」,讓讀者閱讀前有心理準備,但同時也強調即 使公式不多,仍須仔細閱讀才能從中獲得閱讀樂趣與知識。 由於是經典書籍重新出版,筆者以自身經歷,除了告知讀者本書從 以前到現在的出版歷程,也描述它如何影響筆者求學歷程。 導讀文並非序文或閱讀心得,內容可以說明本書試圖引領讀者可獲 得或學習到什麼,但切記要避免「暴雷」,以不影響讀者閱讀體驗

(Hippopx)

為優先。

全不使用數學或物理公式,對於想 要更深入理解相對論與量子力學的 要解決以上這兩個問題,我建議讀 者可搭配閱讀《費曼物理講義》(The

Feynman Lectures on Physics )I 至

選書資訊

讀者,也難免有「隔靴搔癢」之感。

網 址:https://www.feynmanlectures. caltech.edu/。

官方網站

內容的免費網頁版,讀者可參考以下

報名資訊

加州理工學院(California Institute

   英費爾德(Leopold Infeld) 出版日期│ 2021 年 2 月

科普書,應該就會有很大的收穫。

of Technology, Caltech) 有 提 供 本 書

作者│愛因斯坦(Albert Einstein)、 出版社│商周出版

III 卷相關內容〔註〕,再讀一些當代

書名│《物理學的演進》

透過這本書,讀者可以了解物理思想 發展史的愛因斯坦觀點。對相對論 的建立動機及思想演變過程有興趣 的讀者,一定會喜歡這本書。此外, 作為一本物理啟蒙書,此書也很適 合推薦給中學生。最後,對於已經 學習過真槍實彈的相對論與量子力 學的朋友們,我相信你們也可以在 這本書裡找到很有價值的東西。

全國國三到高三(K9-K12)在學學生,個人參 賽。指定科普書單中任選一本撰寫導讀文章。

臉書粉絲專頁

報名與繳件時間:2021年9月1日至9月30日止,

指定閱讀書籍:

1.《破解動物忍術:如何水上行走與飛簷走壁?動物運動與未來的 機器人》

2.《科學詭案調查局:離奇現象與噁爛實驗的科學研究報告》 獎項:選出 20 件優秀作品,頒發獎金與獎狀 得獎公告:2021 年 11 月

活動詳情:http://case.ntu.edu.tw/scinarrator/wordpress/

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Meet The Ants

《科學月刊》 619期 精采預告

( Photo by Vlad Tchompalov on Unsplash)

你對牠又有多了解呢?

看似不起眼有時卻又難以忽視,

嬌小的軀體隱身在日常中,

牠們是最常見的昆蟲之一,

Profile for 科學月刊 Science Monthly

科學月刊試閱版2021-6月號 618期-雨神來啦!  

想進一步了解科學月刊嗎? 出發前往官網www.scimonth.com.tw!

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