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專 訪 調整，而不是改革， 因為不只是技術問題。 科技部長 科普閱讀人口 超過六成來自政商界！ 科學美國人總編輯
基 因 開 關
如何自由調控基因？ NT180 ISSN:0250-331X
9 770250 331001 09
1 2
3 1 2 正準備綻放的能高籟簫。（攝於合歡山區） 3 盛開的能高籟簫。（攝於合歡山區）
能高籟簫
Anaphalis royleana 攝影／文 李圓恩
644 SCIENCE MONTHLY 2016.9
才剛剛甦醒的能高籟簫，還只能見到地上部佈滿絨毛的葉子。（攝於合歡山區）
能高籟簫是一種非常令人驚艷的菊科籟簫屬植物，在籟簫屬植物家族中，算是個大個子。世界上於喜馬拉雅山區、 西藏可見其分布，而其在臺灣數量稀少，於花蓮、南投的高海拔山區可見。能高籟簫是由專注植物標本蒐集的日本 植物學者佐佐木舜一（Syunichi Sasaki）於 1929 年 8 月 24 日於花蓮、南投山區採集到模式標本，並於 1931
年發表。1968 年也由專攻菊科植物的日本植物學者北村四郎（Siro Kitamura）在臺灣記錄到。但後來可能發現
世界上 1838 年已有此植物的發表，有了同種異名的狀況，而將學名進行修正，從現在的學名上已無法直接看出
與北村四郎和佐佐木舜一有關的訊息。這種在 7~9 月間綻放的菊科植物，非常低調、高雅，若有機會在山上見到 它，仔細聆賞它那不凡的姿態，相信將能帶給您非常獨特的領受。（參考自吳永華《台灣特有植物發現史》）
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非關
科學
科學出走
特斯拉以詩會友 邱韻如 長庚大學通識中心副教授，任教普通物理及普物實驗， 長期關注中學物理教學；中華科技史學會理事長。 特斯拉雕像。（曲輔良攝）
2016 年 7 月，與好友曲子在希臘一起探 索西元前古文明之後，我們前往伊斯坦 堡，曲子則從希臘北上，經阿爾巴尼亞 來到蒙特內哥羅（Montenegro，意譯為 黑山）。曲子在臉書上貼出他在黑山首 都波德戈里察（Podgorica）的一間教堂 前所拍到的特斯拉雕像。 特斯拉（Nikola
Tesla, 1856~1943）和這
個國家有什麼關係？曲子說他只知道特 斯 拉 是 南 斯 拉 夫 人， 我 則 暗 想， 不 是 塞 爾 維 亞 嗎？ 其 實 這 兩 個 答 案 都 對， 巴爾幹半島的這些國家在歷史上分分 合合，難一言以蔽之。透過 Google 解 疑，卻越解越疑。特斯拉的父母親都是 塞爾維亞裔，父親是東正教的牧師，母 親也是牧師之女，母親會背誦許多塞爾 維 亞 的 史 詩。 特 斯 拉 的 出 生 地 斯 米 連 （Smiljan），現在屬於克羅埃西亞的利 卡區（Lika），在當時是奧地利帝國領地。 我 用 Nikola Tesla 和
Montenegro 當 關
鍵 字 來 查 詢， 最 先 查 到 的 資 料 是 位 於
特 斯 拉 和 黑 山 的 淵 源， 除 了 黑 山 國 人
“
"International Tesla Award" founded in
Podgorica, Montenegro on September
黑山王子出資設立這個獎項的淵源起 於 1895 年黑山國王尼古拉一世（Nikola
指揮官──當時是王子，後來是國王的
I Petrovic, 1841~1921， 黑 山 王 子 的 曾 祖 父 ）頒 授 達 尼 洛 獎 章（The Order of Danilo）給特斯拉。這一年，特斯拉在
於 1878 年承認黑山是獨立國家。塞爾
Petrovic - Prince of Montenegro.
”
尼加拉瓜瀑布的發電站完成啟用，全世 界的報紙及工程期刊都大力讚揚這位塞 爾維亞之光。這個網站的另一網頁〔註
2〕，出現了令我眼睛大亮的一段文字：
“
Tesla Bust erected at the Cathedral of the Resurrection of Christ in Podgorica, Montenegro.
”
2016 年 三 月 在 黑 山
立雕像儀式於
Nikola Tesla Airport），2006 年以特斯拉來 命名，查到的這個網頁裡的 montenegro
首都波德戈里察的基督復活大教堂
是 航 空 公 司。 雖 然 這 也 不 是 我 要 的 答
of the Resurrection of Christ）舉行。該網頁裡有許多儀式時的
案，但卻意外多蒐集到一個以科學家命
照片，網頁的後半部，又出現一段讓我
名的機場。接著查到設於紐約的特斯拉
振奮的文字，終於找到黑山和特斯拉的
紀念網站〔註 1〕，黑山王子尼古拉二
關係：
Petrovic, 1944~），出資設立
一個以特斯拉為名的獎項，我要的答案 呼之欲出：
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塞爾維亞詩有關。1874 年的一場黑山 人與土耳其人的關鍵性戰役（Battle of Vu ji Do）〔 註 3〕， 黑 山 英 雄 菲 利 波 夫（Luka Filipov）以寡擊眾，生擒鄂圖 曼帝國（Ottoman Empire）的土耳其指 揮 官 帕 夏（Osman Pasha）， 獻 給 黑 山
20, 2014 under the leadership of Nikola
塞爾維亞的貝爾格萊德機場（Belgrade
世（Nikola
大 多 也 是 塞 爾 維 亞 裔 之 外， 還 跟 一 首
（ Cathedral
“
The history of Montenegro and Serbia was an inspiration to Nikola Tesla.
”
尼古拉一世。這場戰役之後，柏林國會 維 亞 詩 人 茲 邁（Jovan
Jovanovic Zmaj,
1833~1904），用塞爾維亞語寫了一首 名為「Luka Filipov」的詩，頌讚這場黑
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科學
山英雄戰役，1895 年 2 月，特斯拉將
1884 年 特 斯 拉 來 到 紐 約， 進 入 仰
強森與特斯拉一拍即合。強森是詩人，
這首詩翻譯成英文，發表在《世紀雜
慕 已 久 的 愛 迪 生 電 力 公 司 工 作。 之
他和夫人凱瑟琳同時都是紐約《世紀雜
誌》（Century Magazine）。1895 年，
後 他 離 開 愛 迪 生 公 司， 自 行 創 業。
誌》的編輯，特斯拉常受邀到這對夫婦
黑山國王頒發獎章表揚特斯拉在尼加拉
1893 年 芝 加 哥 世 界 博 覽 會， 特 斯 拉
家，也因此認識更多文人朋友，包括他
瓜瀑布發電機的成就。
的交流電系統大放異彩。同年，幫特
從小就仰慕的馬克吐溫。因為強森是詩
斯拉寫傳記書介紹他的發明和研究
人，特斯拉介紹塞爾維亞最有名的詩人
〔 註 4〕 的 馬 汀（Thomas Commerford
茲邁給他，特斯拉和強森各撰寫一篇介
Martin, 1856~1924）引 介 他 與 強 森
紹茲邁的文章，雙雙發表在 1894 年 5
夫 婦 相 識。 馬 汀 是 電 力 工 程 師 及 編
月《世紀雜誌》。1895 年 2 月特斯拉
1877~1879 年 與 愛 迪 生 共
把茲邁讚頌黑山英雄菲利波夫的詩翻譯
事。 強 森（Robert Underwood Johnson,
成英文，刊登在這本雜誌。特斯拉常以
1853~1937）年輕時在印第安納州擔任
黑 山 英 雄「Luka Filipov」 暱 稱 強森 為 Luka，稱凱瑟琳為 Miss Filipov。
輯， 曾 在
電報操作員時，曾數次接到另一個電 報操作員，也就是後來鼎鼎有名的愛
Edison, 1847~1931）傳
這本《世紀雜誌》不僅介紹詩，也介紹
來的訊息。1873 年，他加入知名的雜
迪 生（Thomas
當時電力工程的發展。出版特斯拉傳記
s 誌社《斯克里布納月刊》（Scribner ’ Monthly），曾到門羅公園訪問過愛迪 生。1881 年，雜誌轉型改為世紀雜誌，
拉，1895 年 4 月，介紹特斯拉及他的
強森為副總編，在認識幽默大師馬克吐 溫（Mark 教 堂 裡 的 特 斯 拉 海 報， 今（ 2016 ）年 是 他 的 160
Twain, 1835~1910）及 其 加
持下，雜誌的銷售成績極為亮眼。
後，馬汀在 1894 年 2 月撰文介紹特斯 實驗和發明，強森也寫了一首題為「In
s Laboratory」 的 詩。 馬 克 吐 溫 Tesla ’ 在 1895 年參訪特斯拉的實驗室，筆者 猜想他應該會被電得很開心。
歲冥誕。（曲輔良攝）
後記 特斯拉以詩會友，起於母親從小帶他一起朗讀塞爾維亞史詩。茲邁是塞爾維亞 家喻戶曉的詩人，也寫了不少童詩，他的這首頌讚黑山英雄的詩，鼓舞許多塞 爾維亞裔的人民。正巧特斯拉出生的地區 Lika 和黑山英雄 Luka 很相似，筆者 猜想年輕的特斯拉因此對這位英雄特別有感。黑山王子和國王的名字正巧都叫
Nikola，會不會他們也因此對 Nikola Tesla 特別有感呢？ 在終於找到特斯拉雕像與黑山的關聯後，筆者才看到有資料上說，特斯拉的祖 先在數百年間不斷的遷移，從目前的烏克蘭、波蘭、塞爾維亞一路搬遷，在遷 移到利卡之前（特斯拉的祖父就已經住在利卡了），曾住過 Pilatovci（屬於黑 山），為特斯拉與黑山的淵源再增添一筆。
註 1：Tesla Memorial Society of New York Website：http://goo.gl/CahLtW 註 2：http://goo.gl/9rJzcd 註 3：這場戰役，大部分資料寫的是 1876 年，特斯拉譯詩時寫的是 1874 年。 註 4：書名是 The Inventions, Researches and Writings of Nikola Tesla，1893 年出版。1910 年，馬汀出版一本愛迪 生的傳記 Edison, His Life and Inventions。 基督復活大教堂。（曲輔良攝）
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科學
科學喀沙沙
正在生長的鼻煙盒樹的果實。（ Flickr-Bernard DUPONT, https://goo.gl/CGl8HA ）
天然果實甩奏律動
文詠萱 沒有音樂不能活，本刊編輯。
忙著採收果實的西非婦女，披著披肩，
Asalato 主要由三部分組成，分別為兩
身旁有幾個孩子跟著並嘻鬧著。婦人隨
顆球、一條短繩、球中的顆粒。因球體
手拾起幾顆硬梆梆的風乾果實，以布包
為自然果實，故大小並不固定，衍生出
裹。「孩子們，該回家了！」婦人喊著，
的樂器也可隨自己手掌大小有不同款式
並朝著回家的路走去，孩子們打打鬧鬧
的選擇。球體材質隨著 Asalato 傳入不
的陸續跟上。在回家的路上，孩子們蒐
同國家，而衍生出以不同材料製作，
集細小的石頭，捧在手上，到家後裝進
如 日 本 將 以 塑 膠 製 造 Asalato， 被 稱
婦人將硬殼果實打了個洞，並教小孩將 小石子裝入其中，再以繩穿起，成了孩
為「patica」，其後推出以麻纖維混合 ABS 樹 酯 的「Hemp patica」， 除 了 能
子的新玩具。
強化硬度外，材質也較塑膠環保；繩子 主要以能擋住果實開口、不讓內部顆粒
Asalato 是一項來自西非的民族樂器，
撒出為主，繩子材質依個人喜好選擇。
以短繩連接兩顆非洲植物鼻煙盒樹 （Oncoba
spinosa）的果實。當果實風
另外，因著它傳入不同國家，發展成許
乾、落地後，當地人會蒐集果實，並填
多不同樣貌。除了樂器材質有些許改
入細小卵石，搖晃即會撞擊果實硬殼，
變外，打擊方式、節奏在各地有些微
發出類似沙鈴沙沙的聲音。除了搖晃果
不同，Asalato 因此衍生出各種名字。
實使其發出沙沙外，也會以甩、抓等方
patica 外，Asalato 還 擁 有 kashaka、kitikpo、kosika 等名字。
式使果實相互撞擊發出喀喀聲響，多種
除日本的
聲響交錯，形成複雜節奏。演奏者通常 一手個抓取一個，將繩子穿過食指與中 指之間演奏。 1 2
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1 製作完成的 Asalato 。（ ASALATO TAIWAN 提供 , https://www.facebook.com/Asalato.tw/ ） 2 天然果實 Asalato 列攤販賣。（ASALATO TAIWAN 提供 , https://www.facebook.com/Asalato.tw/）
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波胡圖
李依庭 喜愛各種冷門知識，對不完美情有獨鍾，本刊編輯。 帆船之都——奧克蘭，圖中最高處為天空塔。
繼本刊上期所介紹位處紐西蘭南部的米
在走近參觀之前，搶先映入眼前的是毛
旁，雙眼看著壯觀美景，皮膚充分感受
佛峽灣，在跨越庫克海峽後，這次來到
利人的藝術中心，四周紅色木雕、木
到大氣中夾帶著微溫的細細水霧瀰漫，
充滿熱情的另一端——北島。有別於
舟、神殿建築為毛利人生活的特色。
感受著間歇泉在暴躁的噴發後又帶點細
南島壯闊冰河的冷豔地形，火山、溫泉
往天空抬頭一望，滾滾白煙竄升在晴空
膩的溫柔。
與地熱則是此島最炙熱的寫照，造就出
萬里的藍天中，波胡圖間歇泉（Pohutu
同一國家卻有兩番風情，旅人就像進入
Geyser）已在不遠處。
下次來到紐西蘭，除了在沿路觀賞許多
糖果屋的漢賽爾與葛麗特，充滿新奇與 驚艷。
不同品種的特色牛、羊隻，一邊品嚐著 此地熱區中，除了間歇泉，也包含溫
甜美奇異果外，也別忘了探訪北熱南
泉、噴氣孔與泥漿溫泉等，成分大部分
冷、截然不同的自然生態景觀。
因四面環海，北島的第一大城奧克蘭
為鹼性氯化物。在此區數多座間歇泉
（Auckland），市人熱愛乘帆船出海、
中，屬波胡圖間歇泉為最大，噴出的水
享受生活，處處可見帆船林立，更有南
柱可高達 30 公尺高，且伴隨著陣陣煙
半球最高的天空塔（Sky
霧，在噴出的同時，站在波胡圖間歇泉
Tower）聳立在
帆船之都中。除了為人所知的奧克蘭與 首都威靈頓（Wellington）外，羅托路 亞（Rotorua）， 一 個 北 島 最 具 有 濃 濃 毛利文化氣息的要角，更富含最多的火 山、地熱等自然資源。
1 波胡圖間歇泉（Pohutu Geyser）。 2 地熱區泥漿池與噴氣孔。 3 草原上隨處可見的綿羊。 1 4 果樹上的奇異果。
3 2
4
在羅托路亞的南部的華卡雷瓦雷瓦，當 地毛利語為 Whakarewarewa，為北島 著名的地熱保留區。地熱，存在地球內 部的熱能，透過火山、溫泉等形式成為 地表上的自然景觀。而間歇泉是因受到 地下水遇地心岩漿加熱後熱水往上升， 因內部冷、熱水無法順利地對流，壓在 下方的熱水累積一段時間後噴發衝出， 形成間歇性的噴泉且周而復始。
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NEWS FOCUS
土衛六上發現峽谷！ 土衛六「泰坦」是土星最大的衛星，也是太陽系中第二大的衛星。 美國航太總署（ NASA ）近期公布，透過分析
2013 年 5 月卡西尼探
測器回傳的雷達資料發現，土衛六上有個巨大的峽谷，有液體流動 的跡象。這是科學家第一次在土衛六上發現深谷。
3 片海，集中在土衛六北極附近，其中 Mare ），它充滿高純度液態甲烷，而這個新
科學家已知土衛六上主要有 包含姬婭月海（ Ligeia
發現的峽谷是由姬婭月海分支出來的一部分。天文學家確定這個峽 谷寬度不到
1 公里、深度約在 240~570 公尺之間。因影像中具有鏡
面反射現象，且反射面在同一個平面，故推論其目前被液體填充， 也因其為姬婭月海分支，進而推測液體為甲烷。雖然科學家對於峽 谷形成的機制並沒有蒐集到確切的資料，但他們推測，可能與地球 地表侵蝕現象相似，是由姬婭月海流出的液體，切入地表而形成。 土衛六聚集於北極的海洋。 （NASA/JPL-Caltech/ASI/USGS）
Poggiali V. et al., Liquid-filled canyons on Titank, Geophysical Research Letters, 2016/8/9.
宇宙高能粒子 與太空人心血管疾病有關？ 7 月底左右，於 Scientific Reports 上發表一篇新研究表示，美國阿波 羅計畫中飛出地球磁場的 24 名太空人中，有 7 人已過世，並有 3 人 死於心血管疾病，研究人員在報告中表示，雖然樣本數較少，但是阿 波羅任務中的太空人，死於血管疾病的比例（ 43% ）確實比近地軌道 太空人（ 11% ）、從未飛行的太空人（ 9% ）、一般民眾（ 27% ）要高上 許多。
3 組，將 3 組老鼠分別置 Fe 高能粒子射線中、同時有無重力與大
研究人員進一步進行小鼠實驗，讓小鼠分為 於無重力環境、曝曬於大量 量
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56
Fe 高能粒子射線的環境中（研究人為認為太空中的高能粒子，可
能使人體內血管內皮細胞受損害，進而導致心血管疾病）。在 6~7 個 月之後，無重力狀態對老鼠沒有明顯的影響，但高能射線小鼠組動脈 擴張能力損傷（與內皮細胞有關），進而推測宇宙中射線會提升損害 小鼠內皮細胞，進而導致心血管疾病。然而，論文評論中有人認為樣 本數過少等等評論，對研究結論提出質疑。 Michael D. et al., Apollo Lunar Astronauts Show Higher Cardiovascular Disease Mortality: Possible Deep Space Radiation Effects on the Vascular Endothelium, Scientific Reports, 2016/7/28.
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（NASA）
NEWS FOCUS
雙親呼喊 利幼鳥抗高溫環境 由於近年來全球氣候變遷，氣溫逐漸升 高且劇烈變化，除了人類努力對抗暖化 外，動物也為了適應高溫而有所準備。 孵 化 前 的 呼 叫（ Incubation
calling ），
在胚胎時期就能聽到外界聲音，是許多 不同物種都擁有的能力。然而，科學家 發現在斑胸草雀（ zebra
finch ）的身上，
這樣的能力又更上一層。 科學家發現斑胸草雀在孵化末期，當周 遭環境溫度高過攝氏
26 ℃ 時 會 發 出 鳴
叫聲。科學家進一步測試此鳴叫聲是否 會對其行為或適應性有所影響。實驗發 現在聽了鳴叫聲後的幼鳥體型會長的較 小。看似較為不利的身形，但科學家卻 發現小體型可以降低體內的氧化壓力破 壞（ oxidative 是
damage ），這些有害壓力
DNA 、蛋白質與脂肪中分子的不穩定
聚集。因此科學家認為降低體型可能有 利於斑胸草雀對抗較高的溫度壓力。
（Pixabay）
日夜顛倒造成抵抗力下降的原因 常聽說值夜班或生活作息日夜顛倒會使抵抗力降低、較容易生病，但 此項說法卻沒有一個科學上合理的解釋。最新的研究發現人體生物鐘 會影響病毒在體內的複製與感染能力，進一步影響人體健康。 當病毒侵入人體體內時，會搶走人體細胞當中的資源，以便進行快速 的 複 製 與 擴 散。 生 理 時 鐘 在 體 內 扮 演 規 律 的 調 節 各 項 生 理 與 身體機 能，包含睡眠、身體溫度、免疫系統到賀爾蒙的調控。而生物鐘的循 環調控主要是由
Bmal1 基因與一群相關基因所控制。在生物鐘調節
下，會對入侵病毒帶來不同影響。 為了測試在一天當中不同時間感染病毒是否會帶來不一樣的傷害，科 學家在感染皰疹病毒小鼠實驗中，發現在早上（相較於夜行性小鼠的
10 小時後感染的小 10 倍。若將 Bmal1 基因剔除則發現不論在何時感染病毒，病
晚上）感染的小鼠其病毒複製能力與感染能力比 鼠高出
毒都有很高的複製能力。這也解釋了生物鐘被打亂的人較無法抵抗病 毒侵襲的原因。 Edgar et al., Cell autonomous regulation of herpes and influenza virus infection by the circadian clock, PNAS, 2016.
誠如科學家所預期，持續追蹤這群斑胸 草雀至繁殖季時，體型較小的那群斑胸 草雀繁衍出更多的後代，且較願意築巢 在溫度較高的地區以為了將這項優勢傳 承給下一代。 M. M. Mariette and K. L. Buchanan, Prenatal acoustic communication programs offspring for high posthatching temperatures in a songbird, Science, 2016. （shutterstock）
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專欄文章
仿生與磨潤
李旺龍
成功大學材
料系暨奈微所教授。
（插圖：吳宛蓁）
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生 動 | Biology
生活當中的磨潤 天空打了多少次雷，才讓富蘭克林留意到，並形成問
傳日常生活中有很多磨潤的問題，例如：早上起床戴上
題，進而發現了電；樹上掉了多少個蘋果，才讓牛頓發
隱形鏡片、刷牙、洗臉、刮鬍子等；隱形鏡片跟角膜及
現了萬有引力；我們習慣有標準答案的教育，慢慢銷蝕
眼瞼間的相對運動，還有淚液當潤滑劑；牙刷刷毛跟牙
我們的好奇心及靈感，卻無心留意其實許多發明則多來
齒間的相對運動，還有混著水的牙膏當潤滑劑及清潔用
自生活周遭的靈光一閃。
途；洗臉時毛巾跟皮膚的相對運動以及擠壓出的水膜， 或是混著洗面乳的磨粒當潤滑劑；刮鬍刀跟皮膚間的相
什麼是仿生學？
對運動，多了鬍膏會舒適些。我們所駕駛開的汽車，磨
仿生學（Biomimetics）是指跟生物學習，學習它的
潤更是主要影響因子，雨刷片要密接且順暢地將玻璃表
長處，應用在能夠改善人類生活的科技。大自然經過長
面清潔乾淨、引擎中汽缸與活塞（環）的相對運動、曲
久的演化，存活下來的生物皆有所長，都有值得我們學
柄軸將直線往復運動轉為旋轉運動、變速箱中的齒輪嚙
習的地方；理解生物絕妙能力的根本道理，再應用到創
合、各式軸承等等都需要藉由潤滑減低摩擦係數，減少
新發明之處，不是完全的複製，過程中甚至會有許多驚
磨損及預防破壞。
奇，最重要的在於發展出對人類永續生存有利的科技及 策略，而非開發出加速地球毀滅的科技。仿生學是不折 不扣合法剽竊大自然的智慧，是老東西有新講法（New
but Old），是天底下存在許久的新鮮事，是你不知道
漸開線（Involute）為數學上的方程式，假設齒輪不
會變形。而齒輪在運轉中把不可壓縮的潤滑油（脂）拉 進其嚙合面間，為了容納這微小的潤滑油體積讓潤滑劑
的早知道（Things you didn’ t know you knew）。
能夠正常使用，接觸區就產生彈性變形，所以漸開線在
會關注仿生學是指導教授翁政義老師在 1998 年間送給
當上下牙齒緊咬時，還是可以前後左右移動，因為中間
接觸區附近是有點小瑕疵的。這跟我們咬牙切齒一樣，
我《人類的出路—探尋生物模擬的奧妙》（Biomim-
有層口水把牙齒分開；如果沒了口水，換成一般的開水
icry：Innovation Inspired Nature） 一 書， 開 啟 我
當潤滑劑，那保證我們的牙齒將會磨損的非常嚴重，因
的仿生之路。磨潤（Tribology）是從 1987 年迄今的
為口水的性能遠優於一般的開水，所以我們對痛恨的人
研究專長，而生醫磨潤更是與仿生密不可分。磨潤這
個詞出生於 1966 年，泛指兩相對運動物體間的潤滑
物絕對不能吐珍貴的口水啊！
（Lubrication)、摩擦（Friction）及磨損（Wear）
而在相對運動物體間存在潤滑膜，由於滾珠螺桿或是軸
等物理現象相關的科學及工程問題，而對於沒有相對運
承因其珠子半徑小，當然承受的應力（單位面積的受
動的物體間的黏附行為（Adhesion），也是可以列入
力）就比較大，如何確保珠子跟軌道間具有一層薄薄的
考慮的。
潤滑膜存在，則是工程上很重要的問題；沒有了那層潤 滑膜，乾摩擦或混合潤滑就會產生更多的熱，使得機件
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專欄文章
太空中磁場結構重組的 暫態變化 vs. 磁重聯
呂凌霄
中 央 大學 地 球 科 學 院
太空科學研究所教授，研究領域 包含太空電漿物理、電腦數值模 擬、太 陽 物 理、磁 層 物 理、行星 際空間物理、激震波等。
（插圖：吳宛蓁）
磁重聯（magnetic reconnection）是最近媒體上一
電漿與磁層的多尺度特性觀測任務
個很熱門的太空科學議題。這緣起於今年 5 月美國航
磁層是電離層之外、離地球最近的太空環境。就像所有
期刊上的一篇文章。這些報導與文章都是介紹 NASA
體，我們稱它為電漿。電漿物理過程就像大氣物理過程
Scale mission, MMS）」的觀測成果。筆者我和許多
度」。在太空電漿環境中，最早吸引科學家注意的就是
太總署（NASA）的一篇新聞報導以及 6 月初 Science
的太空環境一樣，磁層中的介質是一種高溫的游離氣
之「磁層多尺度觀測任務（Magnetospheric Multi-
一樣，有很多簡化的模式，只適用於特定的「時空尺
物理學家一樣並不認同磁重聯理論，因此本文將簡單介
大尺度的磁流體現象，以及地表上方小尺度的電磁波被
紹這個 MMS 觀測任務，接著介紹磁重聯模式所想要解
電離層折射與反射的物理過程。至於浩瀚的磁層與太陽
釋的自然現象以及科學界對磁重聯理論的質疑，最後將
風中，雖然也有許多中、小尺度的現象，但是受限於觀
陳述造成磁場結構重組的其他可能的物理機制，讓大家
測儀器的解析度，以及人造衛星分佈的密度，這方面的
公開評論。
觀測研究進展非常緩慢。
672 SCIENCE MONTHLY 2016.9
天 地 | Earth Science
電漿中的特徵尺度，粗略的由小到大分類，可分為電 子尺度、正離子尺度與遠大於正離子尺度的磁流體尺 度。 三 者 的 大 小 各 差 3 個 數 量 級（ 約 1000 倍 ）。
成四面體結構，可觀測接近 10 倍於電子空間尺度的物 理現象。
1960~1970 年代的太陽風與磁層觀測，只能看到磁
科學家如何判斷觀測到的現象是屬於哪一個尺度的現象
測已經可以看到正離子尺度的現象。
體的歐姆定律」（
流體尺度的現象； 1980 年代以來，太陽風與磁層觀
呢？原來根據理論，磁流體尺度的電場大致滿足「磁流 其中
是電場，
是磁場，
是磁流體電漿流速，「×」表示向量的外積），因為 這次的 MMS 觀測任務，首次將解析度提升到接近電子 的時空尺度。在時間解析度上，磁場觀測的解析度一向 很高，1980 年代就可以達到毫秒的時間解析度。可是
電漿粒子速度分布的觀測，解析度一直都停留在 1980
年 代 ISEE 人 造 衛 星 的 3 秒 鐘 時 間 解 析 度。 這 次 的
正離子質量遠大於電子質量，所以磁流體電漿流速，非 常接近正離子流體的流速。至於正離子尺度的電場，如 ，
果忽略電子的壓力梯度力，則大致滿足，（ 其中
是電子流體的流速）。因此，如果能直接測量
電場，而測量出來的電場卻不滿足
，且空間
MMS 任務，屏棄過去用掃描的方式觀測不同方位的粒
中電子沒有很大的溫度變化，則這個現象就很可能是電
觀測，終於把電漿粒子速度分布的觀測時間解析度提升
區域滿足
了約 100 倍，其中電子速度分布的時間解析度達到 30
資料片段。這顯示電子尺度的電流片是夾雜在正離子尺
子速度分佈，改為一百多個相同型式的粒子探測儀同步
子尺度的現象。在 MMS 的觀測結果中，電流片大部分 ，但其中會夾雜著一些
的
毫秒，正離子因為動得慢，故設定時間解析度為 150
度的電流片中。
儀同步校正，是觀測技術上的一大突破。雖然速度分布
在太空中觀測電場不易。早期大尺度的觀測研究，通常
觀測仍然比磁場觀測的時間解析度差，但是速度分布的
是利用磁流體的歐姆定律來間接測量電場。直到 1980
毫秒，以減少資料量。這樣的觀測技巧有賴精細的探測
資料量非常大，因此大約只有 2~4% 的高時間解析度
年代晚期，科學家才嘗試從衛星伸出天線，去量測電
的資料，能被下載到地面接收站，其他資料都被後來的
場。天線在人造衛星發射時必須收合起來，到了太空中
觀測資料覆寫蓋過。
再張開來。這次的 MMS 觀測任務中四顆衛星，每一顆
除了提升時間的解析度外，科學家也利用多顆人造衛星
都配置 6 支天線，天線用來探測電場的三個分量，在
這趟任務中所有天線都順利打開（過去曾發生天線打不
的同步觀測，來提升空間的解析度。首先在 1970 年代
開的窘境），提供研究團隊小於 1 毫秒的電場資料。
總署合作發射 ISEE-1 與 ISEE-2 人造衛星，接續觀測
太空中磁能快速釋放事件
太空總署第二次發射 Cluster 人造衛星群，由四顆相距
磁偶極場外，太空電漿中的電流片也是重要的磁場來
地太空環境中正離子尺度的物理現象。這次的 MMS 人
因此當原來電流片中的電流突然減弱，就意味著儲存的
末期，為了區分時間與空間上的變化，美國與歐洲太空
地球磁層頂與前方的艏震波結構。到了 2000 年歐洲
地球附近太空環境中的磁場來源，除了來自地球內部的
4~10000 公里的人造衛星，組成四面體結構，觀測近
源。科學家通常把電流片想成是磁場儲存磁能的地方，
造衛星群，由四顆相距 10~400 公里的人造衛星，組
磁能突然釋放。磁場短時間內快速改變大小與方向會造
Vol.47 No. 9
673
封面故事
生理時鐘 基 ╳ 因開關 科學家利用尖端生物技術，探究生理時鐘調控之謎……
676 SCIENCE MONTHLY 2016.9
封面故事
光調控 生理時鐘之神經地圖 過去研究，科學家已經知道人類的生理時鐘跟光有關，人體主要接收光的 部位為眼睛視網膜的感光細胞。我們熟知人類有 2 種不同感光細胞──視 錐與視桿細胞，分別將光的顏色與亮暗，轉成神經傳導訊號，透過視網膜 神 經 節 細 胞 及 其 他 後 續 反 應， 控 制 生 理 時 鐘。 但 1999 年， 科 學 家 發 現 老 鼠沒有視錐及視桿細胞，竟然還能用光來影響生理時鐘。一年後發現，視 網膜神經節細胞中有部分自己就會感光，不需透過感光細胞，稱為內生性 感光視網膜神經節細胞。 傳統認知，右邊的感覺神經將訊息傳至左腦，而左邊的感覺神經將訊息傳 至右腦，但利用 Cre-loxP 技術，科學家可以在含有幾百萬個神經細胞的小 張 宜 婷／美國 約翰 霍普 金 斯 大學神經 生物學博士班學
鼠內中，只標定其中一個內生性感光視網膜神經節細胞，進而發現原來大
生，畢 業 於 國 立 臺 灣 大學 生
部分的此種細胞會同時將訊息送達左右腦，讓我們左右腦的生理時鐘同步。
命 科 學 所，於 陳 示 國 老 師 實
如此一來，就不會因為你在白天閉起右眼，就產生左腦生理時鐘被調整成
驗 室研究光調控 生理時鐘的 機制。
陳 示國／國立 臺 灣大學生命 科 學 系 助 理 教 授。實 驗 室 主 要利 用分 子 生物 學 之 方 式， 研究小鼠感光細胞如何 調控 生理時鐘代謝等生理功能。
晚上，而右腦維持在白天的混亂狀況。
「日出而作，日落而息。」先秦的
時表現活躍，利於消化；大腦內松
《擊壤歌》就提到人類自古就照著
果體在夜晚時分泌褪黑激素，協助
日夜週期活動，其實不只人類，小
入睡。生理時鐘並非一成不變，當
至構造簡單的藍綠藻，大至哺乳類
我們搭飛機跨越多個時區，體內的
動物，許多生理現象都維持約 24 小
生理時鐘一時無法適應外界的時間
時的節律，來適應地球自轉所產生
變化，會產生疲憊、失眠及胃口欠
的日夜變化。生理時鐘（biological
佳等時差症狀，然而過幾天這些不
clock） 的 存 在 對 生 物 而 言 相 當 重
適感就消失了，這是因為體內的生
要，可協助生物面對不同時段所發
理時鐘，已重新適應新的日夜週期。
生的事，像是胃腸等器官，在白天
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677
精選文章
鱟
ㄏ ˋ ㄡ
鱟是什麼？ 鱟（Limulidae），又名「馬蹄蟹」、「夫妻魚」， 歸 類 於 節 肢 動 物 門（Phylum Arthropoda）、 有 螯 肢 亞 門（Subphylum Chelicerata）、 肢
口綱（Class Merostomata）、劍尾目（Order
Xiphosurida）。雖然同樣生活在海洋而且形態 較相近，但其實鱟和蛛形綱（Arachnida）的蜘
蛛或蠍子的親緣關係比跟螃蟹還近。 現存的鱟，僅有三屬四種：
三棘鱟（Tachypleus tridentatus）
圓尾鱟（Carcinoscorpius rotundicauda）
分布於日本、韓國、中國長江以南海
分布於東南亞沿海至印度孟加拉灣，包括孟加
岸，以及臺灣、香港、越南、菲律賓、
拉、泰國、印尼及婆羅洲等地，棲息位於鹽度
婆羅洲和印尼沿海。
較低的河口。
美洲鱟（Limulus polyphemus）
南方鱟（Tachypleus gigas）
從北美東部緬因州海岸至墨西哥灣分
又稱巨鱟，分布於新加坡、婆羅洲、印尼、泰
布於美洲大西洋沿岸。
國、馬來半島和馬來群島沿岸至印度孟加拉灣 沿海。
688 SCIENCE MONTHLY 2016.9
精選文章
鱟然開朗：
鱟血生醫應用與保育 有群於地球生存好幾億年、躲過一次又一次全球生物大滅絕的奇 蹟動物，鱟在 4 億 5 千萬年前的古生代泥盆紀出現，與早已滅絕 成勇生（左） 任職金門水產試驗所。 吳嬋娟（中） 就讀國立清華大學分子與細胞生物研究所。 楊明哲（右） 任職國立嘉義大學生物資源學系暨研究所。
的三葉蟲是近親，約在 2 億年前至今其外形特徵就未發生明顯的
改變。相較之下，現代人的祖先、智人，屬於靈長類動物，出現 在非洲草原不過是 20 萬年前的事。這樣的對比是個什麼樣的概念
呢？如果把鱟樣貌改變不多的 2 億年壓縮成一天，那智人的祖先
不過在 1 分 24 秒前才於地球現身！
鱟在地球上能歷經幾億年的天翻地覆、滄海桑田，在人類大肆破 張大慈、黃貞祥、蘇士哲 任教國立清華大學生命科學院。
壞環境前還老神在在，是因牠們對大自然環境變遷的適應能力出 類拔萃。鱟雖然古老，但已在險惡的海洋裡生存幾億年，我們能 夠從鱟身上學到許多有用的知識及取得寶貴的產品。
鱟的生活環境 以往臺灣海邊隨處可見的的三棘鱟，可直接由外形特徵辨認雌雄。 除了雌大雄小外，雌鱟頭胸部的前緣為圓弧形，而雄鱟則有一處 凹陷（圖一）。
圖一：鱟的頭胸甲，公鱟（左）頭胸甲腹面有一凹陷。（楊明哲攝影）
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專訪
調整，而不是改革， 因為這些都不只是技術問題─
科技部楊弘敦部長專訪 作者︱ 李依庭 喜愛各種冷門知識，對不完美情有獨 鍾，本刊編輯。 蔡孟利 宜蘭大學生物機電工程學系教授，本 刊總編輯。
楊弘敦 經歷
1978 國立台灣師範大學物理學士
1987 美國愛荷華州立大學物理博士
696 SCIENCE MONTHLY 2016.9
1991
國立中山大學物理系教授
2001~2004
行政院國科會自然處處長
2006~2008
行政院國科會副主任委員
2016
就任科技部長
1995~1998
國立中山大學理學院院長
2004~ 迄 今
中研院物理所合聘研究員
2008~ 2016
國立中山大學校長
專訪
科學月刊（以下簡稱科）：從工程、
案徵求與這方面有關的計畫，但範疇
個時候教授只要想做研究，大概都會
自然科學到文法商的發展事項，都在
還是會設定在較基礎研究方面。每年
科技部管轄，但實務上其他各部會都
也會有一些國際合作計畫、人才培育
獲得經費補助。90 年代要求稍多一
點，但也只是要求可以在研討會上講
各有科技相關預算。請教部長，科技部
計畫，也維持一些科研的作業平台、
出一些成果，有論文發表就可以了，
對各個學門的經費分配原則是什麼？
中心，另外還有支持貴重儀器運作、
又怎麼避免跟其他部會有所重疊？
國研院等機構，這些加起來就接近另
這 是 科 研 2.0。2000 年 之 後 的 第 三
階段，進階到要做出好的結果，要發
外一個百分之五十。
表好的論文在好的國際知名期刊，這
楊部長（以下簡稱楊）：科技部從以
時算是科研 3.0。
前到現在都維持很類似的作業架構，
雖然上面這些分類架構基本上不變，
歷任部長或主委可能會有些調整，但
但經費比重上是可以調整的。所以即
幅 度 不 大。 臺 灣 目 前 總 科 技 預 算 約
便最近媒體上看到科技部很支持產學
1000 億，百分之四十幾由科技部執
合作計畫，但其實我們對基礎研究還
仍維持自由型的研究，但是另外的百
行，百分之三十幾是經濟部，中研院
是非常注重的，若加上國際合作跟人
分之五十，無論是主題計畫、人才培
大概百分之十，另外百分之十大概是
才培育計畫，跟基礎有關的項目總花
育這類有主題性的研究計畫，或是角
農委會、衛福部與其他部會，也許最
費可能高達七成五。
色越來越吃重的國研院的研究計畫，
近媒體報導較多的是 5 加 2 創新產業 計畫，這是偏重產業的跨部會工作，
研發引領創新產業
科技部的預算仍會注重在基礎及應用
科研 4.0 大概從 2010 年開始。科技 部雖然有百分之五十的專題研究計畫
臺灣在 2010 年科研 4.0 的時候，應
用導向的成分多了，成果若可以配合 國家經濟發展，就有比較多的機會拿
科：雖說您剛強調基礎研究是主要業
到科技部的經費。譬如說，登革熱的
務，不過從媒體上，甚至學界在申請
研究有基礎也有應用，但若是研究目
科技部有三個主要任務，一是科技政
計畫時，都發覺科技部越來越強調產
標著重在疫苗開發與建立防治方法這
策擬定與推動，二是學術補助，特別
學合作，這跟您所說的是否有矛盾？
樣的應用層面，可以實際解決臺灣所
研發。
是基礎研究的補助，第三是發展科學
面臨的急迫問題，那就是 4.0 的思維
了。更進一步展望，我覺得在 2020
園區。第二項還是我們很重要的核心
楊：我們可以從臺灣的「研究」發展
業務，學術補助有很多類型，自由型
史來看。臺灣開始從事研發應該差不
的專題研究補助計畫大概佔百分之
多在 1980 年左右。那時候我大學快
由我們科技的創新研發成果來引領創
畢業了，當時國內並沒有自己培育出
新產業的誕生，有了創新結果後進一
畫，譬如說物聯網、登革熱的研究是
來的博士，碩士也才漸漸開始有而已。
步發展新創產業。所以就時間上來說，
目前社會重要的議題，科技部就會專
這個年代可說是臺灣的科研 1.0，那
現 在 差 不 多 算 是 4.5，4.5 是 一 半 一
五十。另外有一些特定主題的研究計
年臺灣應該進入 5.0。我希望 5.0 是
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697
專訪
科學傳播的發展創新與社會責任─
《科學美國人》總編輯專訪 作者︱ 黃正球 美國貝勒醫學院發育生物學博士， 研究領域為瘙癢與疼痛的神經機制，任職 於台灣微脂體（本人言論不代表公司立 場）。 歐陽太閒 就讀美國哥倫比亞大學電機工程 研究所博士班，研究領域為系統生物學、 高通量定序資料分析與癌症生物標記。
Mariette DiChristina 經歷 波士頓大學新聞學學士
2006~2009
紐約大學客座教授
2009~2010
美國科學作家協會主席
2015~ 迄 今
Springer-Nature 編輯出版部總監
2009~ 迄 今 《科學美國人》總編輯
（迪克里斯汀納提供）
704 SCIENCE MONTHLY 2016.9
專訪
您每天的生活是怎麼樣的呢？
前言 在科學發展日新月異，網路資訊傳播飛速的全球化環境衝擊下，科學月刊 很好奇一個創立於
1845 年 的 經 典 科 普 期 刊《 科 學 美 國 人 》（Scientific
迪：這是個有趣的問題， 如果我能用
American），是如何運用網路傳播工具與新世代溝通，同時兼顧保有紙本閱
一句話回答你，這句話會是：每天都
讀習慣的傳統客群。我們也希望透過了解《科學美國人》的選稿、編輯以及經
不一樣！接下來我大略把這些業務分
營模式，讓科學月刊能從中借鏡、效法，持續為讀者們帶來更優良和正確的報
為幾大類跟你們說明。
導。在一次難得的機會中，我們很榮幸參觀了《科學美國人》在美國紐約市的 總部，並面對面採訪到總編輯迪克里斯汀納（Mariette
DiChristina）女士。
透過和她的對話，且讓我們一窺這個有 170 年歷史的科學傳播媒體，以及在
她領導下這個雜誌社的發展與創新。
從一個對世界萬象好奇的小女孩，
說 故 事。 後 來 我 也 像 一 般 小 孩 子 一
變成站在曼哈頓大樓上領導科學傳
樣，使用簡易的顯微鏡和化學器材，
播的雜誌總監
透過自己的眼睛和操作，嘗試著更了 解世界萬象。
首先，是媒體的編輯工作。《科學美 國人》現在不只有紙本的實體刊物， 也有資訊內容更廣泛的網站、APPs、
互動社群網路（twitter、Facebook
等 ）。 另 外，《 科 學 美 國 人 》 有 14 種語言的譯本，而其子刊
Scientific
American Mind 則是被翻譯成 7 種 語言。
科學月刊（以下簡稱科）：可以跟我 們的讀者分享一下，您為什麼對科學
現在我發現自己從小到現在都是在做
而我在這些編輯工作上要負責的是制
產生興趣，以及為什麼成為一位科學
相似的事（笑），我一直保持著對科
訂大方向： 要怎麼呈現及改善《科學
媒體從業者嗎？
學、繪畫和寫作的熱忱，但一直要等
美國人》與其子刊的內容？針對哪些
到差不多高中以及大學時期，我才開
特定題材報導？ 要以何種論調進行闡
迪克里斯汀納（以下簡稱迪）：這要
始瞭解我大概不會成為專業的科學研
述？如何制定每年的製作策略、專題
從我還是個小女孩的時候說起了。記
究者，但可以將這份好奇心和熱忱結
報導和特刊？就像一艘船的領航員，
得從小我就對自然環境的運行感興
合起來，從新聞學的角度將各類科學
跟船員講定了一個目標，然後眾人協
趣，有一次我用自己的手指當餌，從
新知寫成淺顯易懂的字句，並配合精
力完成這個航行計畫。
池塘裡釣上一隻小魚，透過觀察小魚
美傳神的圖片，傳遞、分享給廣大的
的生長及死亡，了解動物的生活習性
讀者。
和內臟骨骼的結構。當然，那時的我 也常常拿著紙筆製作圖畫書，給家人
科：作為《科學美國人》的總編輯，
除了期刊本身，《科學美國人》這個 品 牌 同 時 與「Bedford, Freeman,
and Worth」這家出版公司合作，發
Vol.47 No. 9
705