科學月刊 – PanSci 泛科學

文／林宇軒│是個從學術象牙塔逃離的化學系所學生，比起做實驗，更愛分享科學故事，寫科普就是希望能和大家一起領略科學的力與美。

2018 年 4 月 27 日，歐盟認定新菸鹼類 (Neonicotinoid) 藥物對蜜蜂有害，決議禁止含有益達胺(imidacloprid)、賽速安 (thiamethoxam) 或可尼丁 (clothianidin0) 三種新菸鹼類農藥產品用於露天環境，一場持續超過 20 年的研究論戰才終於落幕。

穿梭在花田中的蜜蜂／圖片來源：Unsplash

新藥有問題？！第一個「蜂」向球

要說起蜜蜂與農藥的戰爭，得把時間拉回到 1994 年的夏天。那時，風和日麗的法國田園，成片向日葵一如往常地隨風搖擺。在晴朗的天空下，綿延不絕的向日葵田間，偶有幾隻蜜蜂穿梭其中，牠們時而翩翩飛舞，時而駐足停留在向日葵上採蜜，並帶回自己所屬的巢穴供女王蜂與幼蟲食用。

不過仔細一看，這些蜜蜂似乎不太正常，他們只會在同一個定點飛來飛去，而沒有辦法朝下一朵花移動或飛回自己的蜂巢。不只野蜂不回自己的蜂窩，就連人類馴養的蜜蜂也出現這樣的現象，蜂農紛紛發現自家蜂窩裡工蜂的數量越來越少。

蜂農將矛頭指向這一株株的向日葵，他們認為都是因為蜜蜂從向日葵的花蕊上採粉、採蜜，才讓蜜蜂「迷航」、造成蜂農們損失慘重，並懷疑包裹葵花籽的披衣 (seed coating) 材料中含有一種會影響蜜蜂的物質。這項行之有年、為保護種子並供其營養的「種子披衣技術」，會在 1994 年才開始出現問題，是因為法國在這一年剛好核准了一種可添加在葵花籽披衣材料裡的新農藥，這個新核准的農藥正是屬於新菸鹼類分子的「益達胺」。

全世界最受歡迎的殺蟲劑──新菸鹼藥物

新菸鹼類分子並非 1990 年代才突然出現的，自 1970 年代起，就有不同的新菸鹼分子前驅物陸續被合成出來，而科學家們也發現了這些分子具有殺蟲的效果，如黃色貝殼商標的殼牌 (Shell) 公司，他們就在 1970 年代推出這類專利殺蟲劑，但是這個農藥的分子照光後卻會分解掉，使得英雄無用武之地、無法進行商業化產製賣給農夫使用。

一時的失意，並不代表尋找更高效殺蟲劑的旅程就此結束。1985 年，化學巨擘拜耳 (Bayer) 公司利用 10 年前殼牌公司的失敗產品做出第一個合成出來的新菸鹼類分子益達胺，比起之前各家廠商合成的各種前驅物分子穩定又有效。此後，拜耳公司將益達胺製成農藥，於 1991 年將產品推出上市，很快就在全球瘋狂熱賣。

其他公司當然不會讓拜耳專美於前，在益達胺上市幾年後，同為全球市佔率數一數二的農藥生產商先正達(Syngenta)也推出了新的新菸鹼農藥產品，這個新產品內含的新菸鹼分子是賽速安，也是一種殺蟲不手軟的分子。面對競爭對手的攻勢，拜耳公司繼續推出其他如可尼丁等產品，後來也相當熱銷。

這次歐盟所禁用的新菸鹼農藥正是這三者：拜耳的益達胺、可尼丁，以及先正達的賽速安。令人驚訝的是，由於它們殺死害蟲的效果實在太好，以至於在 2007 年，這三種分子和其他的新菸鹼分子農藥，在全球就有高達 25％的市佔率總和。

探尋新菸鹼類農藥與蜂群減少的關係

讓我們回到 1994 年法國工蜂迷航的事件，當時蜂農發起的輿論持續得沸沸揚揚，這波民怨導致 1999 年法國禁止益達胺用於種子披衣技術中，不過當時並沒有任何科學證據可以佐證「益達胺是造成蜂群減少的元凶」，也就是說這項政策完全只是預防性措施。

為了解事情的真相，科學家著手研究益達胺與蜜蜂迷航之間的關聯。新菸鹼類農藥會殺死蜜蜂嗎？什麼樣的濃度會影響到蜜蜂正常的行為？而新菸鹼類的農藥影響蜜蜂行為的原理又是什麼？

科學家發現餵食高劑量新菸鹼藥物的蜜蜂 (Honeybee, Apis mellifera) 的確會死亡，但即使將劑量降低到不會讓蜜蜂死掉的程度，蜜蜂的行為仍然不正常，許多蜜蜂在接受該類藥物後會改變進食習慣，離巢覓食也變得較不頻繁，但只要每次出去、就會待上更長的時間。此外，也有研究發現該類藥物會影響蜜蜂的記憶和學習能力，使牠們辨識花朵的能力變差，甚至完全無法學會辨認他們所需要去覓食的花朵。

研究人員也找到了昆蟲會被新菸鹼類藥物影響的可能原因，由於新菸鹼類分子的高水溶性，因此能隨毛細現象散佈到植物體內各處，當昆蟲吃了植物的某個部位後，也一併吃進了新菸鹼類分子。當這些分子進到昆蟲體內後，便會和昆蟲神經系統的尼古丁乙醯膽鹼受體 (nicotinic acetylcholine receptor, nAChRs) 結合。一般來說，原本用來傳導神經電訊號的乙醯膽鹼分子和受體結合後，會刺激接收端的神經細胞繼續傳遞電訊號，直到乙醯膽鹼酯分解酶將它分解掉為止。然而新菸鹼類分子結合到昆蟲的受體上以後，卻無法被分解酶處理掉，反而一直卡在受體上，使得神經細胞不斷放電，造成昆蟲的神經系統過度興奮，最終導致昆蟲癱瘓、死亡。

這些對昆蟲來說相當致命的毒物，對我們人類卻沒有太大的影響。其實人體的神經細胞上也有這種接收神經傳導物質的受體，只不過昆蟲的受體和脊椎動物的蛋白質結構不同。新菸鹼藥物之所以不會對脊椎動物有太大的影響，是因為其與脊椎動物的受體結合力較弱，相對地容易從脊椎動物的受體上分離，當然也不會造成神經細胞過度興奮。

新菸鹼類藥物的作用模式／圖片來源：Bio Ninja

隨著新菸鹼類農藥造成危害的證據越來越多，歐洲食品安全管理局 (European Food Safety Authority, EFSA)統整諸多研究，並在 2013 年陸續公布幾項風險評估報告，報告指出這三種新菸鹼類農藥對蜜蜂的健康造成很高的風險。雖然當時沒有取得多數會員國的共識，但歐盟基於保護蜜蜂的立場，仍決定在 2013 年 12 月 1 日起「暫時限制」這三種農藥的使用範圍，只要是會吸引蜜蜂的植物、穀類以及其種子、土壤和葉面的處理等都不得使用。

不過，針對歐盟的暫時禁令，民間仍有許多不同的聲音。批評者認為此時為止的所有研究，沒有一個算是真正的野外調查，全都是實驗室裡的測試，只有少數幾項研究是「模擬」野外環境，但他們也質疑研究者怎麼知道餵了含有農藥的花粉，農藥的劑量就真的是跟野外環境相符合？

遺失的最後一塊拼圖──野外蜂群的大規模調查

一直到 2015 年 4 月，終於有了第一個確確實實的野外調查研究，。瑞典南部隆德大學的倫德洛芙(Maj Rundlöf)率領她的研究團隊親自種了 16 塊油菜花田，其中 8 塊種了含有可尼丁農藥的種子，另外 8 塊用的則不含農藥，每塊地彼此間隔 4 公里以上。他們統計了每塊地方圓 2 公里內區域的野蜂密度、獨居性壁蜂 (Mason Bee, Osmia bicornis) 的築巢活動性以及熊蜂 (Bumblebee, Bombus terrestris)蜂巢的重量，發現有使用可尼丁農藥的田附近，野蜂密度較低、壁蜂築巢量下降，且熊蜂蜂巢重量成長得較為緩慢，也因此證實了新菸鹼藥物的確會干擾野生蜂群的活動。

熊蜂／圖片來源：Wikipedia

壁蜂／圖片來源：Wikipedia

論文發表後，多家大型企業的發言人發表聲明，認為這篇研究的證據並不足以支持倫德洛芙的論點。他們注意到論文中也發現一般蜜蜂的蜂群並沒有因為可尼丁而受到影響，並認為在「區域內野蜂密度」這個項目所統計到的野蜂數量過少，不具統計上意義，根本不能當作證據。

雖然這項研究有些微瑕疵，卻也讓質疑新菸鹼藥物的聲浪越來越大。為了解決這個證據支持性的問題，拜耳與先正達兩家公司決定挹注 300 萬美金（折合台幣 9 千萬），讓英國的生態與水文學中心(Center of Ecology & Hydrology, CEH)進行更大規模的野外研究。研究人員選定了英國 12 處、德國 9 處與匈牙利 12 處，共 33 塊油菜花田進行實驗，每塊油菜花田彼此距離 3.2 公里以上，在冬天的時候預先種下含有可尼丁、賽速安或是不含新菸鹼農藥的種子，並等到油菜花開花後，將一般蜜蜂與熊蜂的巢以及壁蜂搭配人為提供的築巢材料放到試驗田中央，等待 1~2 週後統計分析所受到的影響。

沒想到，最終實驗結果竟讓拜爾與先正達公司跌破眼鏡，根本可以說是自打臉。2017 年這項大規模研究發表在《Science》上，研究人員認為整體來說新菸鹼藥物對三種蜂類的確造成了負面影響，結果顯示英國與匈牙利農藥使用區的蜜蜂巢中的工蜂數量減少，在匈牙利更觀察到蜂卵數量降低，不過在德國農藥使用區的蜜蜂蜂巢卻匪夷所思地產生了更多蜂卵，而工蜂數量則沒有明顯變化。另一方面，野蜂的部分，發現農藥使用區的熊蜂女王蜂產卵量在三個國家都是呈現負相關，也就是農藥殘留量越高，產量越低；而農藥使用區的壁蜂製造的蜂房數量也不分國家都呈現負相關，農藥殘留量越高，壁蜂製作蜂房的數量與效率越差。

從播種到蜜蜂相繼迷航、死亡，這些殺蟲劑是如何對蜜蜂產生作用的？／圖片來源：科學月刊提供

不斷翻轉的結局

不過，拜耳和先正達兩家公司的發言人在論文發布記者會的當下，透過記者抨擊研究結論非常令人懷疑，他們緊咬著論文數據的的可信度不放，儘管如此，大量的統計分析結果的確受到許多科學家的認可，一位拜耳公司的科學家對此字斟句酌地表示：「我認為新菸鹼藥物的確是對蜜蜂有些本質上的影響，不過就實際情況而言，正確使用的話，我們還是沒看到任何有效證據可以說明這些藥物會傷害蜜蜂。」

2018 年 2 月，歐洲食品安全局再度統整近年研究，並正式宣告新菸鹼藥物危害蜂群證據明確，歐盟委員會最終在 2018 年 4 月 27 日決議，要在 2018 年底全面禁止戶外使用新菸鹼農藥，但居家環境仍可使用，以免繼續傷害蜂群。

持續了超過 20 年的研究論戰到此暫告一段落，不過仍有科學家對禁令表示憂心，因為禁用可能造成害蟲增加、導致農業產量下滑，甚至可能有農民為了要殺蟲而用了更毒的藥物，造成更可怕的環境問題。只是，新菸鹼農藥繼續用下去，也有機會讓蜂群崩潰，讓蜜蜂大量減少，或許這樣才是更加慘烈的，因為寂靜的春天可能會連作物都無法順利成熟結果。歐盟的決定的確影響了世界各國決定新菸鹼藥物的去留，但究竟禁用了之後結果如何，也只有時間能告訴我們答案。

在接觸過新菸鹼類藥物後，個體乃至群體的死亡可能「蜂」擁而至。／圖片來源：科學月刊提供

定義地震

地震規模（magnitude, M）：為一種表示地震規模大小的方式，代表這次地震發生時所釋放出的能量程度，因此每一個地震理論上只會有一個規模值。最早被廣泛使用地震規模，為美國地震學家芮克特（C. F. Richter）與古登堡（Beno Gutenberg）於 1935 年所建立的芮氏規模（Richter magnitude scale），主要是由觀測點處地震儀所記錄到的地震波，其最大振幅的常用對數演算而來。

規模相差 1 代表振幅相差 10 倍，而所釋出的能量則相差約 32 倍。不過，此測量方式在後來遇到瓶頸，規模太大時無法適用，因此，地震學者以不同的震波分析方式提出不同的規模，近來地震學研究上或是更為廣用的地震規模為日裔美國地震學家金森博雄（Kanamori Hiroo）提出的地震規模（M），雖然方式不同，不過對數的概念亦接近。

不同規模的年均發生次數和震央地區的影響。source：美國地質調查局

地震強度：為地震所引起地表搖晃的加速度，在地表實際感受到的程度，簡稱震度。地震發生時，不同地方的人或建築物感受到地面搖晃的程度不相同，通常愈靠近震央的地方，搖晃愈劇烈。一般以整數來表示震度等級，臺灣使用的地震震度分級，是由交通部中央氣象局制定，以地動加速度（gal）來區分，分為 0~7 級，共 8 個等級，級數愈大表示地表晃動的加速度愈大。

近年來，也有研究指出，地震不僅僅是受到地動的加速度影響，速度值也是其中重要關鍵。因此，在美國、日本也開始加入速度或地震頻率作為震度分級標準的考量，未來，臺灣的震度分級也可能因應此趨勢進一步調整，使震度分級更能對應地震的實際影響。

臺灣現行地震強度分級標準。source：臺灣交通部中央氣象局

地震避難原則：趴下、掩護、穩住

當地震發生時，若處室內，大方向的原則為立即採趴下、掩護、穩住的動作，以保護頭部、頸部避免受傷，並躲在桌下或牆角。躲在桌子下時可握住桌腳，當桌子隨地震移動時也可隨著桌子移動，形成防護屏障。如果蹲在牆角或床邊等地方避難時，則要小心家具、電器、燈具、書櫃或貨架等墜落。平時在設置家中擺設時也應考量家具等物品掉落的情況，且預先做好固定。

不過，位處地震帶的臺灣，隨時都可能遭受地震的來襲，以下提供讀者在不同情境下的各種避難方式：

躺在床上時：

就近利用枕頭或棉被保護頭部，直到地震結束。如果床邊有足夠且安全的躲避空間，可以利用床的高低差獲得更好的保護，床的擺設應盡可能遠離易倒櫃體或窗邊。

在浴室時：

不要急著離開，以免因濕滑跌倒，因為浴室可支撐的柱牆較多，相對較耐震。若在泡澡，則可放低頭部，低於浴缸邊緣，並用手保護頭部；若有懸空的洗手台則需小心掉落。

在廚房時：

如果正在瓦斯爐旁使用爐火，立即隨手關閉瓦斯，就地避難且遠離熱鍋，直到地震結束。如果無法順手即可關閉瓦斯，先就地避難，躲在安全的地方，不要貿然衝去關火，以免受傷。

在實驗室或教室時：

遠離火源和化學藥品，並在安全的地方避難。待地震停下後，再小心的移動到室外以免餘震繼續來襲。

在戶外時：

遠離大樓，並聚集在一個空曠、安全且地板沒有裂縫的地方。並且避免待在具有地下停車場或地下街的一樓。

本文摘自《科學月刊 09 月號/2019 第 597 期：正視震知識》，科學月刊社出版。

The post 震識大小事知多少：該如何逃難？地震震度又是如何分布？ appeared first on PanSci 泛科學.

文／潘昌志，臺大海洋研究所碩士、師大地科系博士班二年級，筆名阿樹，現為「震識：那些你想知道的震事」副總編輯。

1999年9月21日的凌晨，震央位於臺灣南投集集鎮的一場芮氏規模7.3的大地震，除了造成人類生命及財產上的損失外，更是一場死傷慘重、影響無數的自然災害。事過境遷後，這場地震為臺灣帶來什麼影響，又教會了人們哪些事？

上世紀後半災情最慘重的集集地震，給了臺灣地震學家一個沉重的功課。這 20 年來，筆者不敢說這功課寫得好不好，但至少地震學家並沒有減少努力過，為的就是希望在下次大地震來臨前，能做好更萬全的準備。

舉世界之力研究車籠埔斷層

除了集集地震後針對車籠埔斷層、全臺活動斷層的研究各有成果外，在 2004 年更促成臺灣與美、日、德和義等多國共同參與的臺灣車籠埔斷層鑽探計畫（Taiwan Chelungpu-fault Drilling project, TCDP）。TCDP計畫成功鑽探到集集地震的滑移帶，發現其厚度約為毫米等級，且含有非常細緻、奈米等級的黏土礦物斷層泥。此項鑽探結果也增進對地震能量分區的理解，更連結了地質及地震科學兩領域。

斷層泥的成因，主要是斷層在地震發生時，高速滑移而瞬間產生高溫、高壓的環境，使得斷層面上的岩石被剪碎，若裡面含有地下水的話，甚至還會產生化學變化。利用斷層泥的顆粒、泥層厚度的分析，可以推估斷層面上所釋放能量。這樣直接「看」到斷層面的研究方式在當時國際上也是少見的，而後 2004 年的汶川地震與2011年的東日本大地震也同樣採用此技術，以了解斷層面的摩擦係數。

斷層泥能協助推估斷層面上所釋放能量。source：wikipedia

除了鑽井採樣之外，也有更一步的探測，例如雙井實驗，將其中一口鑽井注水、並在40公尺外的另外一井觀測地下水變化，來取得斷層帶的岩石孔隙度、透水程度等參數，進一步了解斷層面性質。而臺灣車籠埔斷層井下地震儀（Taiwan Chelungpu Fault Drilling Project Borehole Seismometers Array, TCDPBHS）計畫，則是直接將7台地震儀安裝在地下 950~1300 公尺深處，跨越斷層帶，以監測大地震後的斷層帶行為。

在鑽井計畫和井下地震儀等計畫加持下，讓地震學家對於臺灣的地震又有更深的認識。首先，中央大學地球科學系教授馬國鳳的研究團隊發現一種只有 P波、卻沒有 S波的地震訊號。此特殊地震集中發生於斷層帶上，經過進一步驗證後，發現地底的水壓變化會誘發微地震。雖然地震規模不大，但這項研究是地下水變化會引發地震的直接證據，對於近來興起的頁岩氣和地熱井開發等使用水力壓裂技術的新能源發展，是一種從地震學角度的提醒。

雖然人們無法預知下次大地震何時到來，但卻可以藉由深入研究已發生的大地震，讓地震科學向前進移，以增進知識、達到減少災害。

地震研究早就開始了

1999 年的集集地震雖然是近 50 年來災情最慘重的地震，不過有許多關鍵的觀測與研究，是從更早之前就開始運作。1986 年的花蓮強震造成北部地區的中和華陽市場倒塌，遂使當代的地震學家與政府開始重視地震觀測與防災。於 1989 年成立中央氣象局地震測報中心，1993 年開始在各地架設強震儀，組成強地動觀測網。強震儀屬於加速度型地震儀，專門針對地表震度大的地震所設計，可以藉由量測加速度轉換成震度，提供防災參考，同時也能讓人們更了解大地震的地表振動行為。

由於地震學前輩們的真知灼見，儘管集集地震災害嚴重，但也因為有當時世界上最密集的強地動觀測網與地震速報系統，在震後 2 分鐘之內就自動產出地震報告，相對於 1995 年之前，需要 30 分鐘才能得到可信的地震規模與震度，快速許多。而 900 多台強震儀的強地動資料，也提供極大量且完整的地震資料，在當時世界各地強震網中也是相當罕見的紀錄。

地震資料讓地震學家有機會仔細分析斷層錯動的模式，加上地表地質觀測的佐證，發現破裂的車籠埔斷層北段有高達約 12 公尺的斷層滑移量及長週期的大滑移速度值。南段雖無太大的滑移量，卻有高頻振動及較高的地振動加速度，這種大規模、高速的斷層運動行為也特別受到世界矚目。

防災意識抬頭，學者與大眾對話

集集地震的隔年，政府頒布了《災害防救法》，重大天然災害的防治開始有法源依據，接著2003年成立防災國家型科技計畫辦公室，而後轉型成現在的國家災害防救科技中心，著力於科技研發、災害風險管理及防災意識的推廣。此外，據筆者觀察，近年來發生重大災害事件時，在新聞、談話節目及各種傳播媒體中開始有許多專家嘗試與民眾對話。相較於20年前集集地震發生時，政府與民眾的防災識意都提升許多。

而在地震防災上，近年來最重要的兩面向分別是以災防告警系統發布強震即時警報及公告斷層、地振動與土壤液化等災害潛勢圖。

source：wikimedia

災防告警是人們今日能快速收到「地震預警」簡訊通知的最大關鍵。早在2002年，已經能達成在地震發生後22秒產製初步地震資訊的功能，但直到通訊技術成熟、手機上能收到地震預警簡訊時，臺灣的地震預警成果才廣為人知。不過，在這20年間許多產學合作已開始將地震預警技術推向應用層面，例如在科技園區或鐵路運輸上可以利用早期預警減少損失或災害；亦有業者將地震預警結合智慧家庭與自動系統，也期許未來有更多發展。

集集地震發生以來，地震科學的學術領域持續有突破性進展，在國際上亦有舉足輕重的地位。但地震科學的研究目的，除了對科學知識的渴望，也肩負防災減災的重責大任，因此像是上述的風險管理、知識傳遞也應是地震防災的重要課題。筆者與馬國鳳教授成立「震識：那些你想知道的震事」網路地震科普平台，就是希望建立專家與民眾間的溝通橋樑、提升地震知識與防災素養，讓專業的研究能更「接地氣」，讓人們能與頻繁的地震和平共存。

BOX：何為地震潛勢圖？

雖然地震仍無法預測，但也並非隨機發生。因此，地震學家利用不同的科學資料，並假設累積應變與釋放能量有一定的規律性，嘗試得到地震的再現週期與發生頻率，例如某個地方平均多少年會發生一次規模 6.0 以上的地震。這些資料包括地震觀測的統計、斷層長期監測、利用野外地質調查或是開挖槽溝分析的古地震資料等。

而地震潛勢圖可以依不同的需求繪製 30 或 50 年發生的機率，30 年內發生的機率常用作防災規畫，50 年內發生的機率則因接近房屋使用年限可作為建築耐震或選址等考量。而地震潛勢圖所收進的資料，亦可再進一步針對特定斷層、特定事件進行情境模擬，作為重大災害長期規畫的依據。

場址效應是什麼？

據筆者所知，最早記載有關場址效應的文獻是在距今超過 100 年前，由有現代地震學之父之稱的米爾恩（John Milne）於1898年所出版的《地震學》（Seismology）一書，書中提到：「不難找到兩個相距不到300公尺的地震測站，但它們的水平向振幅卻可以達到 5 倍，甚至 10 倍。」

由此可知，早在 19 世紀地震學家就藉由地震觀測，發現震度可能也會因地而異，而且落差可能相差很大！而造成極大落差背後的原因，就是地質條件差異，也就是所謂的場址效應。

為什麼會有場址效應？

在地震發生後，一開始的地震波會在堅硬岩盤中傳播，但地震波從岩盤進入近地表的鬆軟土層時，會因為地層性質轉變發生一件生活在地表的人們覺得不太好的事，那就是：

地震波振幅加大，代表會搖得更大。
地震動延時加長，代表會搖得更久。

所以，可想而知，放大後的地震波會更容易造成建築物的損壞、倒塌而加重地震災害，因此場址效應的研究在地震工程領域相當受到重視。筆者利用下圖來介紹場址效應，使用簡單的繩波實驗說明鬆軟地層對震波放大的現象，可讓一般民眾了解場址效應的現象。

以繩波在粗細不同的繩子間傳遞時的振幅變化來說明鬆軟地層對震波放大的現象。source：國家地震工程研究中心《安全耐震的家－認識地震工程》科普書籍網頁版

在臺灣，臺北盆地正好具備所有場址效應發生的要點，堅硬的岩盤（第三紀基盤）和鬆軟的土層（松山層），而其西深東淺盆地外型，不僅造成不同週期的震波放大，也讓地震波進入盆地時更容易聚焦，進而產生共振及延長震動的持續時間，也因而讓臺北盆地內的民眾在地震發生時更加「有感」。

臺北盆地在近代曾受過數次強震的影響，皆是由於盆地內的場址效應造成震波放大，而使災損更加嚴重，例如 1986 年芮氏規模 6.8 的花蓮外海地震，震央距離臺北盆地約 110 公里，仍造成臺北盆地內多處建築物倒塌或嚴重損壞；1999 年芮式規模 7.3 的集集地震，雖然發生在臺灣中部，卻在臺北盆地造成相當嚴重的災情，包括松山賓館和新莊博士的家兩棟高樓的倒塌，更有多棟建物嚴重損毀。

如何量化場址效應？

至於科學上如何量化場址效應，這時就不得不簡介一下「反應譜」。為了瞭解地震波對建築結構造成的影響，結構工程師發明加速度反應譜，其橫軸為週期，縱軸為加速度，代表某地震波作用於建築結構時，不同週期地震力的最大加速度值。不同週期震波有各自的最大加速度值，分別計算後可繪製成加速度反應譜，常在工程上作為地震力評估的依據。

而設計反應譜則是數筆強震記錄加速度反應譜所計算出的平均結果，加上專家適當調整後所制定出的人造反應譜，用來代表各地區可能受到的各週期地震動強度，可作為建築物建造時的耐震性能設計依據。因此，當在加速度反應譜上看到某週期的加速度值越高，代表其地震力越大，若超過設計反應譜則代表建築物會有損壞的可能。

集集地震時，臺北盆地內的民生國小與指南宮測站的地震動加速度歷時（右上）及加速度反應譜（右下）。source：作者提供

以集集地震為例，位於臺北盆地內的 TAP014 民生國小強震和臺北盆地外的 TAP067 指南宮強震站（上圖右上）的加速度震波比較，位於盆地內的民生國小測站，處鬆軟土層上，其最大加速度（PGA）值為107加爾（gal），而位於盆地外的指南宮測站，處堅硬岩盤上，其最大加速度值卻僅有 36 加爾，兩測站與車籠埔斷層的距離差異不大，但其加速度振幅卻差了近 3 倍，若再看到右下的加速度反應譜圖，則可看出兩測站的譜加速度值（Y軸）在不同週期（X軸）時有不同振幅放大的情況，代表臺北盆地對不同週期震波會有不同的放大倍率，因此在臺北盆地內被大幅放大的震波，週期約 1 秒左右，更容易造成災損。

再來看另外一個例子：2002 年 3 月 31 日芮式規模 6.8 的花蓮外海地震，也造成當時施工中的台北 101 大樓頂樓的起重機吊臂掉落及多棟建築物受損，臺北的災情也較花蓮嚴重。

墨西哥城的盆地效應

除了臺北，國外有無類似臺北盆地場址效應的案例呢？不止有，還發生過慘重的災情。

1985年墨西哥地震的震央與墨西哥市位置圖；右上為SCT測站和 UNAM測站的加速度反應譜；右下為不同距離的測站加速度波形。來源：作者提供

墨西哥的首都墨西哥城，就位於盆地之中，而腳下鬆軟的湖泊沉積物就覆蓋在堅硬的岩盤上。1985 年，墨西哥近海發生震矩規模 8.0 的隱沒帶強震，距離震央 400 公里的墨西哥市，因其地質條件也產生強烈的場址放大效應而造成墨西哥市嚴重災損。

如圖三中所示，位於盆地內的 SCT 測站，最大加速度為 170 加爾，而位於盆地外圍的 UNAM 測站的最大加速度僅 35 加爾，兩者差異將近 5 倍，而比較觀察兩測站的反應譜，可看到週期 2 秒的震波在 SCT 測站的譜加速度值（Y軸）將近 0.8 g，但同樣週期的震波在 UNAM測站的譜加速度值則僅有 0.1 g，其放大倍率超過7倍，而這也是場址效應的另一項特性，沉積物較厚之處會對長週期震波造成放大。

由於 1985 年所發生的經驗，墨西哥政府早在 90 年代就開始推動地震預警（Earthquake Early Warning）系統，如臺灣目前強震即時警報的設置。因為地理位置的因素，墨西哥大規模地震都是發生在南部沿海一帶，儘管距離墨西哥市大約都有 300 公里以上的距離，但由於墨西哥盆地強烈的場址效應，本應當隨著距離而衰減的地震波在到達墨西哥市後又被放大。不過，數百公里的距離仍提供地震預警系統相當足夠的時間可以對墨西哥市民眾發布警報，以降低危害。

臺北盆地微分區

話題回到臺北盆地，座落在地上的建物是否要將特殊地質條件所造成的場址效應列入考慮因素？當然需要啊！因此，臺灣的《建築物耐震設計規範》於2005年改版後已在臺北盆地加入微分區的概念，並於2009年對其分區進行調整，即對盆地內不同的區域，依其地質條件及實測資料的強震特性，特別考量場址放大效應和長週期震波效應，並為各分區制定適當的設計反應譜。

現行規範中，為因應盆地內不同的沖積層厚度造成的強震反應，而將其分為臺北一區、二區及三區，並分別制定不同的建築物設計反應譜（下圖），所考量的地震波週期由長到短依序為一區、二區和三區，也正好反應由深到淺的沖積層厚度變化。而此根據臺北盆地實測資料而制定的微分區規範，考量到位於盆地內的建築物會受到的震波放大效應和較長週期的震動，可確保符合此規範的建築物可以承受場址放大作用後的地震力。

現行耐震設計規範的臺北盆地微分區圖。source：引用自耐震設計規範

改良盆地的脆弱性

人類為生活便利逐水而居，而肥沃的沖積土壤更是孕育農作物的良田所在，因此，發展出許多位於沖積平原或盆地的大都市。但是，當地震發生時，這些位於軟弱土層的城市則必須承受更強的地震作用力。

盆地的土質軟弱，何以因應強勁的地震作用力？值得我們深思。source：pixabay

類似的例子履見不鮮，除了上述的臺北盆地和墨西哥市外，還有像美國加州的舊金山、洛杉磯及日本的東京、大阪等，都是位於鬆軟土層上而人口稠密的大都市。

那要如何改善？砍掉重練、遷移居住在其上的人們嗎？目前世界上還未有能這麼實施的例子。但隨著科技的進步，先進國家會制定出合宜的耐震規範，只要按照規範施工，都能確保地震時建築物不會完全倒塌而保有生存空間。近年來，國內所發展的地震預警技術也越來越成熟，可爭取強震到達前數秒時間讓民眾就安全位置躲避。然而，臺北盆地內為數眾多的老舊建築，因年代已久且耐震力較弱，需要適當的補強或重建才能提高建物耐震力，以確保居住的安全。

延伸閱讀

國家地震工程研究中心《安全耐震的家－認識地震工程》。

本文摘自《科學月刊 09 月號/2019 第 597 期：正視震知識》，科學月刊社出版。

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文／火星軍情局局長，作家兼部落客，經營火星軍情局，關心未來的人類文明在宇宙中的地位。

近年來，隨著太空科技民營化，各家私人太空集團如雨後春筍冒出，如 SpaceX 、藍色起源 (Blue Origin) 、維珍銀河(Virgin Galactic) 、阿斯特里姆 (Astrium) 及畢格羅宇航 (Bigelow Aerospace) 等，也宣告民間太空探索的大航海時代來臨。近期，又以 SpaceX 成功發射福衛七號等衛星的 STP-2 任務最受矚目。

究竟探索太空的科技如何實現？本文將帶領讀者一窺新興公司如何航向浩瀚宇宙。

1958 年，第一顆人造衛星說穿了就只是一顆能發射電波的金屬籃球，但是短短 11 年後，人類竟然能登陸月球，其中的突飛猛進有如三級跳。活在當時的人們，一定會以為不久的將來太空旅行如家常便飯，甚至移民太空指日可待。登月前一年由庫柏力克 (Stanley Kubrick) 執導的經典科幻電影《2001太空漫遊》 (2001: A Space Odyssey)，片中預測在 2001 年，人們只需買張機票就可以到軌道上的巨大環狀太空站洽公和度假，而且月球上有大型基地，也有載人太空船遨遊太陽系……

但 2019 年的現在，上述的一切都沒有發生。

《2001太空漫遊》是一部在科幻領域有重大意義與貢獻的電影巨作。圖／IMDb

因為發射火箭非常昂貴，只有幾個大國才玩得起，對口袋不深的國家、組織或公司，太空是一個高不可攀的門檻，更別提移民太空站了。

發射火箭有多貴呢？美國太空總署 (NASA) 當年估計用太空梭給國際太空站後勤補給的平均價碼是每公斤約 22000 美元，而外界的估計卻是 3 倍之多，也就是說， 350 公克的瓶裝礦泉水上到太空站就要 20000 美元，這價錢都可以買輛車了。

發射火箭太貴了，把火箭回收再利用吧！

也因如此，當年 SpaceX 創辦人馬斯克 (Elon Musk) 誓言要大幅降低發射成本，其秘訣是：多次回收，重複使用火箭。他曾表示， SpaceX 目的就是要讓人類變成星際民族。

要解釋可回收火箭如何降低成本，就要稍微說明傳統火箭的運作方式。多數的傳統火箭都有 2 節，第一節最大，負責把第二節火箭和酬載，例如衛星或太空站的補給船推上大氣層邊緣，燃料用盡後與第二節脫離，變成廢物落回地表。此時第二節火箭點火，把酬載送到預設的軌道後再與其分離。

因第二節火箭體積小速度快，通常會成為太空垃圾一段時間後返回大氣層內燒毀。看到這裡，讀者一定發現一個大問題：只有小小的酬載留下來，其他絕大多數的火箭部件全是一次性，用完就丟。想像坐飛機旅遊，落地後飛機就當廢鐵賣掉，這樣的機票當然十分昂貴。

如果把火箭想像成飛一次就馬上報銷的飛機……天哪！那該有多燒錢！？圖／Pixabay

所以，回收火箭便是一個好的主意。以 SpaceX 的獵鷹 9 號火箭來說，發射總成本約 6120 萬美元，其第一節火箭佔總成本的 70％、燃料成本則只有 30 萬美元，不到總成本 0.5％。所以，即使回收後的火箭整理費用要 910 萬美元，每次發射分擔後的成本還是比用完就丟的火箭便宜太多。

不過，首創回收火箭的並不是 SpaceX ，太空梭基本上就是為此所做目的設計，其燃料箱兩側的助推火箭可回收，利用降落傘落在海中再以船隻拖回，但事後證明太空梭反而又貴又危險。

另外，以火箭本身的推力垂直降落也非 SpaceX 首創， 1990 年代時麥克唐納道格拉斯公司 (McDonnell Douglas) 的三角快船實驗火箭 (Delta Clipper Experimental, DC-X) 就為此測試過火箭的垂直起降，而 SpaceX 的競爭對手藍色起源更首度用火箭垂直降落後再回收使用。不過，讓 SpaceX 聲名大噪的是其火箭為真正上外太空、又成功地用於商業用途的首例。

STP-2 任務：一場對 SpaceX 的資格考

SpaceX 於今 (2019) 年 6 月 25 日，搭載包括臺灣的福衛七號在內的 STP-2 發射任務，號稱是 SpaceX 史上最困難的任務。所謂的 STP 是指美國空軍的太空測試計畫 (Space Test Program) ，它可說是 SpaceX 的期中考，如果通過了， SpaceX 的回收技術就有資格執行美國國防相關任務。

任務艱難在於，除了要回收第一節的主火箭、兩側的助推火箭與整流罩外，還要酬載 24 顆來自不同客戶的衛星，且須部署在 3 個不同高度的軌道。

除了增加軍事部署的彈性，在商業上也有重要的意義。舉例來說，若有天要從臺北搭車前往高雄，有的車行因為專門為一人服務，因此所費不貲；有的車行報價較便宜，但要坐滿才開，所以必須慢慢等。而 SpaceX 就像一家新的車行，有獵鷹重型這樣的大車，還願意載到不同目的地，所以若是有要去臺南、高雄等地的旅客，也可輕易湊滿一輛車，隨時出發，車資也便宜得多。

下圖為本次發射任務的程序，火箭升空至 67 公里的高空後， 2 台助推火箭燃料燒盡後同步脫離主火箭並反轉逆向噴射，返回原發射場，在降落程序中運用柵格翼 (grid fin) 和火箭推力控制方向。助推火箭分離後的主火箭繼續推動到 128 公里的高空，因本次的酬載量大且有數個目的地，主火箭需攜帶更多燃料，與第二節火箭脫離後已經離發射場太遠，所以要降落在離發射場 1200 公里處等待的自動駕駛海上平台我當然還愛你號（Of Course I Still Love You）。

另外，火箭鼻端的 2 片整流罩也分離，先後靠本身的空氣阻力和降落傘慢慢落下，由另一艘船樹女士（Ms. Tree）張著大網接住。 SpaceX 目前並沒有回收第二節火箭的計畫，但未來新一代火箭大獵鷹火箭 (Big Falcon Rocket, BFR) ，如同子彈外型的第二節火箭是可回收的。

STP-2任務最後的結果是：

酬載的衛星都順利部署， 2 台助推火箭漂亮地降落在發射場旁，第一節主火箭在最後墜毀在我當然還愛你號旁，樹女士也順利地接住整流罩，美國空軍看來相當滿意。

讓科幻變成真實吧！我們的征途是星辰大海

重複使用火箭與降低成本固然很好，但與文章開頭的科幻情節有什麼關係呢？

因價格會決定技術的普及性，而普及的技術會擴大經濟規模，進而又刺激技術發展。可惜火箭技術似乎沒有進入此良性循環，電腦和太空科技幾乎同時始於二戰後，如今電腦已經進入每個人的口袋中，但上太空仍然是荊棘叢生的貴族遊戲，直到新興太空公司利用新技術改變原來死氣沉沉的太空科技，讓人們看見新希望。

或許不久的將來，上太空的門檻會低到一個程度，讓人們敢於嘗試新的商業模式。不論是觀光、通訊、開礦、移民或現在還想像不到的目標，都有機會從目前賠本生意變成發大財，那就是從科幻到真實的關鍵。

斷層錯動是地震背後的兇手

如果從地震發生機制來看，地震的發生幾乎都和斷層錯動有關。由於斷層的錯動，導致累積在斷層上的能量以地震波的形式傳遞出去，才產生了威脅人身安全的地震。雖然目前人們還無法精確掌握斷層錯動的時間，以此進行地震預測，但可以尋找有可能產生地震的活動斷層（又稱發震斷層）為目標。因此，確認活動斷層錯動的可能性，成為人們評估某一地區地震發生機率的重要工作。

地震的發生幾乎都和斷層錯動有關，圖為車籠埔斷層槽溝剝片。source：wikimedia

那麼，要如何得知這條斷層會發生地震？首先，必須先從已知的地震歷史中觀察，知曉臺灣西南部發生過數次災害性地震，代表此區域有很多條發震斷層，並且也能暗示和幫助人們該往哪個方向去尋找發震斷層。此外，少數如 1792 年的嘉義地震和 1906 年的梅山地震由於發生位置非常接近，甚至連地震規模也近乎一致，若斷層釋放能量前的累積狀況類似，那麼這兩個地震則可能是在同一條斷層上重複發生。所以，將這些活動斷層的位置找出來，將確實能協助探討地震潛勢。

那麼，近 10 年來的大地震和過去的災害地震是否有相關？回顧過去重大歷史地震的位置，可以注意到一種地震空間分布特性：以新化－左鎮一線為界，在 2010 年的甲仙地震之前，主要的災害性地震幾乎都發生在此線以北的地方；直到 2010 年，才有 2010 年的甲仙地震與 2016 年的美濃地震在新化－左鎮一線以南造成嚴重的地震災害（下圖）。換言之，2010 年的甲仙地震與2016年的美濃地震，和過去的災害性地震應該是屬於不同的「發震斷層系統」。不僅如此，根據野外地質調查、鑽井、槽溝開挖、地形特徵判釋、地震觀測、地球物理探測和大地測量監測等活動斷層調查成果，也分析出類似於上述的判斷。

近百年以來臺灣西南部的地震分布圖。source：作者提供

為了解地震發生機率，除了運用前述地質與地球物理方法找尋斷層位置，還需要知道現今「斷層的能量累積速率」，才能計算斷層活動潛勢。利用大地測量手段獲得地表變形速率，則是其中一個評估斷層上能量累積速率的方式。一般而言，地表變形速率快，斷層累積能量的速率和斷層長期滑移的速率也會較快。根據目前的數據指出，除了東部縱谷地區之外，西南部是臺灣西側地表變形速率最快的區域，活動斷層能量累積速率也最高。

在臺灣地震模型組織（Taiwan Earthquake Model, TEM）即將發表的 TEM 2019 地震潛勢評估中，顯示西南部幾乎是全臺地震危害潛勢最高且範圍最大的區域。這也說明 2010 年的甲仙地震與 2016 年的美濃地震對於西南部地震能量的釋放，其實並沒有特別的幫助。然而，這就是最終的地震潛勢分析結果嗎？

泥岩層是西南部地震的新變因？

斷層活動研究與地震潛勢分析的工作中，有一個很重要的假設，那就是斷層的錯動會對應地震的發生。這一個假設，對於世界上絕大多數的地區而言都是適用的，但是，此假設是否也適用於臺灣西南部？

「惡地地形」與厚層泥岩的發育有關，但西南部、東部縱谷的情形略有不同。source：pixabay

會提出這樣的疑問，首先，是因臺灣西南部有非常厚的泥岩層，例如有名的月世界地形（惡地地形）就和厚層泥岩的發育有關。值得一提的是，在臺灣東部縱谷也有一個月世界地形，雖然其地形發育和臺灣西南部有些差異，但大體上都與泥岩或泥質基質有關，而其中的池上斷層就具有「斷層潛移」特性。

所謂的斷層潛移，是指斷層在平時會透過不斷地緩慢錯動，在不產生地震的情況下釋放能量。潛移量升高時，此斷層的地震發生機率也會不斷地降低。巧合的是，如此的斷層活動行為也會產生很高的地表變形速率。也就是說，泥岩區中的高地表變形速率可能和高斷層能量累積速率無關；相反地，此結果可能和活動斷層的潛移行為有關，簡而言之，即臺灣西南部的地震潛勢可能沒有人們所想像的高！

此外，過去臺灣西南部的構造發育被認為是脫逸構造（tectonic escape）在主導，簡單來說，就是高地表變形速率都和活動斷層的運動有關。但是，厚層泥岩的存在，至少還可能會發育出 2 種重要的構造型態：「活動背斜」與「泥貫入體（下圖）」。活動背斜指的是仍在發育中的背斜地層結構，同樣會造成高地表變形速率，然而也同時釋放承受的擠壓能量。

泥貫入體示意圖。source：作者提供

或許讀者不知道什麼是泥貫入體，但一定聽過泥火山。如果將泥貫入體與泥火山對應常見的火山活動，其就像是一個地底的大型岩漿庫，而泥火山就是地表的火山。再用擠牙膏來比喻，泥貫入體就是那一條正在被擠壓的牙膏，泥火山就像是牙膏口被擠出來的牙膏。在過去的想像中，泥貫入體的活動只存在於海域，陸地上的泥貫入體被認為不再活動。

但是，在成功大學測量及空間資訊學系與中正大學地球與環境科學系近期的合作研究成果中指出，國道三號的南二高中寮隧道與 2016 年的美濃地震地殼變形特性，都極有可能和陸域泥貫入體的現今活動有關，並透過和既有活動斷層發生交互作用來主導臺灣西南部的地表變形型態。不僅如此，泥貫入體的活動同樣也會造成高地表變形速率，並釋放掉部分擠壓能量。

儘管科學家進行眾多預測與分析，不過地震發生的背後，仍有許多大大小小的變因，牽動著每次地震的規模和型態。而泥岩層究竟在臺灣西南部的地震中扮演什麼樣的角色，仍需要地震學者更深入研究和評估，才能讓人們對西南部地底下的斷層有更詳細的了解。

西南部該怎麼防震？

雖然在厚層泥岩的影響下，臺灣西南部實際上的地震潛勢可能需要重新檢視，但是目前學界仍在研究該如何估算被釋放的能量，因此，地震風險的評估，仍應該以現有地震潛勢的角度來進行防震規劃。

除了現今常見的防震準備與對防震教育的落實，如何改善地震保險機制，應該是另一件需要大家重視的焦點。就如同常見的意外險、醫療險或火災險，透過地震險的規劃，可以分散坐落在地震發生高風險區中建物的損害風險。然而，現有地震保險的計算方式，並沒有考慮到各地不同的地震風險，同時也普遍不被民眾所重視，是現階段需立即改善的地方。

西南部在遭遇重大地震時會伴隨土壤液化，使建物受到更大的威脅。source：wikipedia

傷人的往往不是地震，而是倒塌的建築物，而建築物是否會倒塌，主要和地震造成的地動強度有關。然而，根據 2016 年的美濃地震及歷史地震所造成的災害型態指出，過去臺灣西南部地震的地動強度可能都被低估。此外，不論是 2010 年的甲仙地震、2016 年的美濃地震、1946 年的新化地震，還是更早 1906 年的梅山地震，都指出臺灣西南部在遭遇重大地震時會伴隨土壤液化，像是 2016 年的美濃地震所造成的傾倒或受破壞的數棟大樓皆是直接和土壤液化有關。

儘管在中央地質調查所的努力下，全臺土壤液化潛勢圖已經公告，但圖的精確度仍需靠各界後續的研究工作來驗證與精進；而土讓液化所造成的危害，更需要被各界關注，不僅如此，在建物的設計上也需要審慎考量。

結語：確認重要建築是否位於潛移斷層

最後，如本文前面所提及的，斷層潛移是臺灣西南部一個重要的地殼變形特性，雖然斷層潛移並不會對於遠離斷層的人員與建物造成任何損壞，但是，對於坐落在潛移斷層上的建物，卻會在平時持續性地受到斷層錯動而造成破壞，例如位於池上的大坡國小、玉里的玉里大橋與國道三號南二高的中寮隧道。因此，確認重要公共設施、重要工廠廠房或住家並沒有坐落在潛移斷層上，也是臺灣西南部面對地震與斷層相關災害時需考慮的重點。

臺灣會發生海嘯嗎？

此外，地震伴隨著海嘯的發生，2004 年南亞大海嘯與 2011 年東日本大地震海嘯均造成嚴重傷亡與財產損失。而臺灣所在的環太平洋「火環帶（Ring of fire）」，是全球 90％地震的發生地，過去也有文獻記載，臺灣及附近區域疑似因大規模地震或海底山崩引發海嘯衝擊，例如 1867 年臺灣北部基隆地區海嘯災害、1771 年鄰近的日本石垣島發生 85 公尺高海嘯災害，都顯示臺灣近海地區有災害性海嘯發生的可能性。

海嘯具有不容忽視的衝擊力。source：pixabay

因此，科技部也曾針對臺灣鄰近地區的海溝型大地震引發海嘯侵襲的可能情境進行模擬分析，顯示臺灣西南方馬尼拉海溝（Manila Trench）、太平洋中的亞普海溝與花蓮外海（琉球海溝）是引發高海嘯災害潛勢的可能地震源。因此，如何防範東部海域大規模地震與可能的海嘯威脅，成為臺灣所需面臨的重要課題。

海上沒有地震測站

地震海嘯防災工作的最重要基石是地震速報系統，而速報作業的主要關鍵包括測站分布、即時傳輸與維運管理。在 2011 年之前，交通部中央氣象局地震觀測網的測站均設置在本島與離島陸地範圍，對於發生於周圍海域的地震，偵測能力與計算精度都受到限制。

如果能在臺灣東部海域設置地震海嘯海纜觀測系統，就能將海域地震納入臺灣地震網觀測範圍之內，既彌補陸上地震測站的不足，也能有效改善海域和近岸的地震定位問題。如此一來，也能強化氣象局地震觀測網強震即時警報系統的正確性和可信度，提供更準確的即時防救災資訊。

地震海嘯海纜觀測系統能提供更準確的即時防救災資訊。source：pixabay

以同樣處於環太平洋地震帶的日本為例，日本的東部與南部海域也面臨地震海嘯的威脅，為此日本政府耗費鉅資建造「地球號」鑽井船，於日本南海海槽（Naikai Trough）作深部地殼鑽探，研究板塊聚合帶巨大地震的孕震機制。

同時，日本於周圍海域也建立 10 餘條海纜系統，裝置數十座地震與海嘯觀測站，嚴密監測海域的地震活動。2011 年 3 月 11 日芮氏規模 9.1 東日本大地震發生後，更投入超過日圓 230 億日圓，於日本東部海域建置全長超過 5600 公里的海纜觀測系統，並設置 150 座以上的地震海嘯觀測站。

海底的地震警報烽火台

在政府預算經費的支持下，氣象局於 2007 年起開始進行東部海纜觀測系統的設置，將地震海嘯監測的衛哨由陸域向外拓展到東部海域。這個海纜觀測系統就像是古代示警的烽火，在偵測到地震、海嘯時能迅速將資訊傳進地震偵測網。每個即時觀測站就是一座烽火台，由一個能抵抗海水壓力的長條型圓柱桶構成，內部封裝著各式偵測儀器，包含加速度型地震儀、速度型地震儀、傾斜儀、海嘯壓力計與水下聽音計等儀器。

這些儀器就像烽火台上拿著火把的衛兵，一看情況不對就點燃烽火台，將警告訊息傳遞出去。而一個個圓柱桶會被橫放於海床上，並透過光纖海底電纜纜線進行電力供應與觀測資料傳輸。由於海纜系統資料傳輸速度近乎即時，結合氣象局既有陸上地震監測網測站進行海陸聯合觀測，面對臺灣東部海域中大型災害地震與海嘯的威脅，預期將可縮短強震即時警報系統的偵測時間，也能提高預警的效益。

氣象局東部海纜觀測系統即時觀測站外觀圖。觀測站外觀為橫放的長條形耐水壓外殼圓柱桶，長度約2.26公尺，透過海底纜線供電與傳輸資料，配置觀測儀器包括加速度型地震儀、速度型地震儀、傾斜儀、海嘯壓力計與水下聽音計。source：作者提供

氣象局於 2011 年 11 月完成第 1 期海纜系統，由宜蘭頭城陸上站往東南外海舖設 45 公里海纜，尾端設置 1 座即時觀測站。又在 2017 年 10 月完成第 2 期海纜系統擴建，將海纜長度延長 70 公里，總長 115 公里，並增設 2 座即時觀測站，將監測範圍擴展至和平海盆與南澳海盆鄰近區域。

氣象局目前正在辦理第 3 期海纜系統的建置作業，規劃由第 2 期海纜系統尾端，向東南方穿過耶雅瑪海脊至加瓜海脊西側，再往西穿過呂宋島弧，轉向南邊繞經恆春半島外海至屏東枋山登陸，第 3 期計畫預計增建海纜 580 公里及新增 6 座即時觀測站，規劃於 2020 年底完成。

氣象局東部海纜觀測系統路線圖。底圖為科技部自然司海洋學門資料庫的臺灣周圍海域海底地形圖，圖中實心綠線為2011年完成的第1期海纜路線，實心黃線為2017年完成的第2期海纜路線，紅色虛線為正在執行的第3期海纜預定延長路線。海纜最終在屏東枋山陸上站登陸，連同原有宜蘭頭城陸上站形成雙邊登陸的完整地震觀測網；黃色圓點為現有3座即時地震海嘯觀測站位置，紅色圓點為第3期規劃設置6座觀測站位置。source：作者提供

海纜系統怎麼維護？

過去所架設的海底電纜，最大的困境是遭外力破壞損毀。舉例來說，在海底坡度較陡之處，可能會因地震或颱風等因素而發生海底山崩。2006 年 12 月 26 日芮氏規模 6.7 的恆春地震，就曾造成臺灣南方多條國際電信電纜斷裂，而嚴重影響亞洲網路傳輸。除此之外，因漁業活動致電纜損壞而中斷網路傳輸的例子，也時有所聞。

海底電纜經層層保護，以降低自然因素或人為外力造成斷纜的風險。source：wikimedia

針對上述情況，海底電纜本身可考量鋪設沿線的地質狀況，選擇不同類型鎧甲防護纜線，以降低自然因素或人為外力造成斷纜的風險。自然環境條件可藉由海底地形與地質調查分析、鑽井岩心採樣與洋流觀測資料，協助判斷最適宜的鋪設路線。

海纜觀測系統主要有嵌入式（in-line）與節點式（Node）兩種架構系統，嵌入式是將纜線與內含觀測儀器的即時觀測站採一體成型方式製作，其優點是體型相對較小且可掩埋，較不易受外力損毀，缺點是個別觀測站儀器不能擴充；節點式系統則透過纜線連接節點，再由節點連接觀測儀器設備，其優點是可以自由擴充與更新儀器設備，但缺點為即時觀測站體稍大且因設置於海床上而較易受外力損毀。

因此，在第 2 期海纜系統擴建時，便選用嵌入式的即時觀測站型態，同時也盡可能將站體設置於較深水域，分別為945、1114 與 2732 公尺，且系統沿線水深淺於 600 公尺的海纜需掩埋 1.5 公尺，以降低天然與人為破壞。

本鯊才沒這麼無聊，要怪去怪海底山崩。source：pixabay

除了前述提到的即時觀測站及電纜纜線，海纜觀測系統中還有一個位於陸地的陸上監控站。其所扮演的角色是海纜傳輸訊號「登陸」的機電與通訊控制端。在海纜觀測系統出現故障時，首先會透過陸上監控站來嘗試排除故障，當狀況無法解除，就只有海上作業一途。如果要維修水下的線路與站體，就需要利用特殊船隻與儀器協助，例如透過無人水下載具（remotely operated vehicle, ROV）進行攝影巡視，查看海纜觀測系統的情況，排除可能威脅，降低海纜故障風險。

而海纜與漁業活動如何和平共存，還需要更多的溝通與互信體諒。第 1、2 期海纜系統建置完成後，氣象局均彙整海纜路由點位資訊，請海軍大氣海洋局協助進行長期航船布告。而第 3 期海纜系統擴建，也在作業開始前拜會相關漁會進行說明，並請漁會協助向漁民宣導，以降低施工風險。

作業期間，於每航次亦將事先備妥舖設作業區域圖、作業期程、作業船舶及人員名冊等資訊，請內政部、行政院農業委員會漁業署和相關漁會等機關單位協助宣導與溝通；另備妥舖設作業區域圖請海軍大氣海洋局協助發布航船布告，提醒航行作業船隻注意避讓。以上作為，皆是為了盡可能減少對漁業活動影響的措施。

氣象局海纜觀測系統已納入實際地震海嘯監測作業，2017 年 10 月 18 日至 2018 年 10 月 17 日這1年間，就在宜花海域監測 73 個芮氏規模 3 以上的地震事件。如果把海纜系統的監測結果納入強震即時警報自動定位的案例進行分析，發現這 3 座海底即時觀測站平均可提升地震定位準確度約 8.59％，相當於水平與深度綜合定位誤差由 12.45 降低至 11.38 公里。另外，也能增加預警時效約 7.9％，相當於預警報告產製時間由 20.52 秒降低至 18.90 秒。由於氣象局在發布強震即時警報或海嘯警報時，皆須依據震央位置與地震規模推估各地的S波到時與預估震度大小，因此提升震源參數的準確性後，可以增加警報的可靠性。

地震海嘯海纜觀測系統持續建置中

臺灣四周環海，不僅地震與海嘯的防災作業非常重要，其他海域資源有關民生經濟的發展，亦需仰賴前瞻性的探勘研究與水下技術，因此需要海洋領域人才的培育與經費的投入。以海纜觀測系統建置為例，相關專業知識與技術門檻實屬困難，目前臺灣水下技術尚在起步發展階段，專業人才仍屬不足，短期內須仰賴國外專業廠商協助，所幸已有國家級海洋研究機構與部分民間業者投入人力物資開發研究，期待將來能累積更多實務經驗，厚植海洋科技發展。而氣象局仍將持續推動與建置地震海嘯海纜觀測系統，結合強震即時警報系統，發揮地震測報與災防預警效能。

本文摘自《科學月刊 09 月號/2019 第 597 期：正視震知識》，科學月刊社出版。

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文／章文箴，中研院物理所研究員。

物理的發展中，從過去於自然界中的觀測，到今日利用強大能量的對撞機，尋找尺度更小的粒子一直是物理學家的目標。但粒子到底是如何被製造的呢？本文將解開粒子對撞機製造新粒子的機制。

人類為了發現比原子更小的新粒子，早期大多藉由觀察來自於宇宙射線與大氣層作用後的產物，例如渺子、正電子等；而質量較大的粒子，由於它們容易衰變，生命期短，因此不易觀測。

人類為了發現比原子更小的新粒子，早期大多藉由觀察來自於宇宙射線與大氣層作用後的產物。圖／Pixabay

隨著加速器的發明和使用，後續大多利用加速器產生高能量的質子束或電子束。在碰撞的過程中，能量足夠的情況下，透過特定反應產生並觀察新粒子。

質量是基本粒子的特性，也是辨認它們最重要的實驗證據，利用加速器所產生撞擊事件產生新粒子，碰撞過程的質心系能量 (center of mass energy) 必須大於新粒子的質量，才能透過質能互換，產出生成全新粒子。

因此，在找尋質量更大新粒子的過程中，加速器的能量必須不斷地提升，也由從撞擊固定靶的實驗，轉換成對撞機實驗，達到足夠的質心系能量。

J/Ψ粒子的發現

以 1974 年所發現的 J/Ψ 粒子為例，其質量大約 3 GeV∕c²，由魅夸克 (Charm quark) 和反魅夸克所構成，因為魅夸克的質量遠高於當時已知的上夸克 (up quark)、下夸克 (down quark) 及奇夸克 (strange quark)，受限於加速器能量的提升，在搜尋上拖延了一段時間，甚至讓物理學家猜測是否夸克只有以上的三種。

後續由丁肇中先生所領導的團隊，利用當時美國紐約州布魯克黑文國家實驗室 (Brookhaven National Laboratory, BNL) 剛完成全世界最高能量的加速器──交變梯度同步加速器 (Alternating Gradient Synchrotron, AGS) ，將質子束加速到 30 GeV，與固定鈹靶撞擊，此撞擊質心系能量大約為 7.75 GeV，因此得以產生並觀測到質量大約 3.1 GeV∕c²的 J/Ψ粒子。

而同一時間，美國加州 SLAC 國家加速器實驗室 (SLAC National Accelerator Laboratory)，透過正負電子湮滅反應，由能量直接生成新粒子，找尋 2.6~8 GeV∕c²區間的新粒子，也同樣在 3.1 GeV∕c²處發現 J/Ψ 粒子。兩團隊在 1974 年 11 月同步宣布發現，確認第四種夸克的發現，這項科學重要里程碑，在兩年後獲得諾貝爾物理學獎的肯定。

1974 獲得諾貝爾物理學獎的兩人，左為 Sir Martin Ryle，右為Antony Hewish。圖／The Nobel Prize

澄清聳動新聞報導中的兩個專有名詞

在最近國內一則新聞報導提及，有研究人員在重氫與重氫核融合的過程中，宣稱觀察到 W 中間子的生成，並可透過此過程取得穩定能量。

筆者認為在該報導中有兩點需要進一步被澄清：W中間子觀測與核融合技術。

W 中間子的觀測

核反應後原子核中不穩定的中子可透過弱交互作用力，轉換成質子成為穩定核結構，稱之為 β 衰變（下圖）。而 W 中間子正是弱交互作用力的交換粒子，但此處的 W 中間子在理論架構中只是一個虛粒子 (virtual particle)，代表動態量子場中能量和動量的傳遞，該處的質量是變動的而非定值，因此 β 衰變的發生，並不能視為實際發現弱交互作用力中 W 中間子的證據。

β 衰變示意圖：透過弱交互作用，中子衰變為質子，而 W 中間子為弱交互作用力的交換粒子，釋放出一個電子及一個反電子微中子。

科學界對於 W 中間子的發現與確認，是源於歐洲核子研究組織 (Organisation Européenne pour la Recherche Nucléaire, CERN) 實驗室於 1983 年，在 400 GeV 質子和 400 GeV 反質子對撞後，所產生質心系能量可高達 800 GeV 反應中，觀察到質量大約 80 GeV/c²的W玻色子，該研究成果在 1984 年贏得諾貝爾物理學獎，從此 W 粒子的質量測定成為高能物理實驗的量測準確的檢驗方法之一。

人類一直在追尋的技術：核融合

關於核融合反應，事實上是與日常生活息息相關。

在太陽內部，每一秒有 60 億公噸的氫核透過連續核融合反應轉換成氦核，其中的質量虧損轉換成能量形式放出，提供地球上的生物與人類生活上不可或缺的光和熱。

而太陽內部的核融合反應能夠發生，歸功太陽內部強大的重力場，讓原子核能克服核子間的庫倫斥力，彼此靠近到約 10^-15公尺的距離，讓短距離的核力得以作用。

太陽內部的質子—質子鏈反應：首先由兩個氫原子核融合為氘，一個質子釋放出一個正電子和一個微中子成為中子，氘再和另一個氫原子合成氦同位素氦-3，最後再與另一氦-3形成氦同位素氦-4。

人類為了尋求穩定能量的來源，人造的核融合反應已研究超過 60 年，但是在技術層次上仍面臨重大困難。

過去曾嘗試利用加速器或電漿加熱方式，試圖克服核子間的庫倫斥力，以產生核融合反應，但是整個過程中所投入的能量，卻大於核融合反應後所釋放出的能量，無法達到能量的損益平衡，毫無商業運轉的價值。

目前位於法國的國際熱核融合實驗反應爐 (International Thermonuclear Experimental Reactor, ITER) 計畫正集合來自全球各地 35 國之力，期望能在 2035 年底前突破此挑戰，讓人造核融合反應成為人類穩定能量的來源。

科學技術的源自於長期累積

科學和相關技術的進展需要長時間、大量人力與物力投入，透過嚴謹討論辯證、量化的測定、可重複的結果逐步累積，絕非一蹴可幾，也因此得以帶來對人類深遠的影響。

筆者期待藉此文提供讀者一些科學基本的知識得以用來判斷相關新聞報導的真假，更期盼臺灣社會大眾，能夠有正確眼光和態度，支持科學長期的發展，多充實科學基本知識，避免只感興趣於聳動性的新聞報導。

〈本文選自《科學月刊》2019 年 10 月號〉

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文／林朝欽，林火學博士，現任亞熱帶生態學會理事長。

近年來，從初夏的 6 月開始，森林火燒新聞常成為世界性的焦點。通常，新聞中的火燒地點都是在北半球溫帶的美國、加拿大、俄國或地中海型氣候的歐洲；當北半球野火季在 10 月結束後，森林火燒的新聞轉為南半球，例如 12 月左右的澳洲。今 (2019) 年 7 月西伯利亞森林大火，3 百萬公頃森林過火，就是一件典型的夏季野火新聞，但到 8 月中旬，卻被大半位處南半球的巴西亞馬遜熱帶雨林火燒取代，加上名流在社群媒體如推特、臉書上的議論，堪稱罕例。每年夏天巴西都會有農民燒墾，為什麼今年特別被關注？

亞馬遜並未全副燃燒，但毀林持續發生

今年 8 月 19 日，火燒的濃煙飄進了南美最大城聖保羅市，蔽日濃煙讓白晝變黃昏，濃煙其實是來自農民引火的農牧場，森林早在幾個月前被砍伐了，並非活生生的綠色雨林。

熱鬧的媒體報導與名流議論中，透露了人們關心亞馬遜熱帶雨林的事實，但普遍誤解火燒現象與濫用資料，例如法國總統馬克宏 (Emmanuel Macron) 說世界上 20％的氧氣由亞馬遜森林提供，亞馬遜熱帶雨林這個「地球之肺」正在燃燒，好似人類即將缺氧。

事實上，亞馬遜森林光合作用產生的氧氣，與呼吸作用消耗的氧氣幾近相等。另外，網路上瘋傳的照片更是張冠李戴，媒體也正模糊誤導雨林正在燃燒的意象，但這些火燒處其實是已成農場或雨林不久前被砍伐的新墾地。

比如說這張常有名的照片，其實拍攝於距今 (2019) 16 年前。

依據全球森林觀測 (Global Forest Watch) 的衛星影像數據，估計目前有 20％亞馬遜熱帶雨林遭到毀林 (deforestation) ，也就是說大部分亞馬遜熱帶雨林並沒有起火燃燒，但毀林作業目前並沒有停止。

亞馬遜熱帶雨林五百年來的境遇

世界銀行 (World Bank) 的數據顯示，森林佔陸域生態系 30.17％；若依聯合國生物多樣性公約 (Convention on Biological Diversity, CBD) 的森林分類，熱帶雨林屬於熱帶濕闊葉林或乾闊葉林，分布在南北緯10度之間，約佔全球森林面積13％，其中南美洲的亞馬遜熱帶雨林最大。

而根據世界野生動物基金會 (World Wildlife Foundation, WWF) 的資料指出，亞馬遜熱帶雨林約有 670 百萬公頃，與美國面積差不多大，是當今最重要的森林生態系，其中約 60％面積在巴西境內。

當葡萄牙人於 1500 年抵達巴西後，亞馬遜熱帶雨林就註定了被毀林的悲慘命運。最初是巴西紅木 (Pau-brasil) 的大量砍伐，後來是橡膠樹 (Para Rubber Tree) 成為掠奪對象，美國福特汽車公司 1934 年廢棄的橡膠城 (Fordlândia)，即是毀林紀錄之一。

時至今日，亞馬遜熱帶雨林還要跟全球化貿易的牛肉、大豆、石油氣與礦產競爭生存權，看來這段悲慘命運仍將繼續下去。

森林火不一定是災害

不論是自然如閃電，或人為如縱火等原因，有森林就可能有火燒。

地球政策研究院 (Earth Policy Institute) 統計，全球每年平均有 75~820 百萬公頃森林火燒。人們通常認定所有森林火燒為「森林火災」，一旦發生必須加以撲滅，是一種負面的災害想法。

然而，生態學的研究中早就發現火與森林關係密切，特別是溫帶地區的針葉樹林，像美國的美國黑松 (lodgepole pine)、長葉松 (longleaf pine)、紅杉 (sequoia) 及加拿大的雲杉 (spruce) 都靠自然火幫助更新，如果沒有自然火，還得使用計畫性引火來人為幫助。

而這類的樹種被稱之為「賴火樹種 (fire dependent species)」，美國國家公園對這類森林甚至執行野火不救政策。

臺灣雖處亞熱帶，但分布在中高海拔地區的臺灣二葉松也被認為是賴火樹種，臺中大甲溪上游週期性的有臺灣二葉松林火燒，但火的生態功能從未被思考，一概以森林火災視之處理，造成大量滅火人力、物力的準備與投入。

分布在中高海拔地區的臺灣二葉松也被認為是賴火樹種。圖／Kplant

此外，溫帶針葉樹富含油脂，閃電引發火燒是很正常的現象。而眾所周知的熱帶雨林，是潮濕多雨的闊葉常綠樹，雖然有乾季，也不容易發生自然性的火。

但亞馬遜熱帶雨林卻有傳統的墾燒 (slash and burn)，這是一種符合保育原則的農耕方式，熱帶雨林的土壤並不肥沃，原住民通常會在乾季前砍伐一小片森林，乾季來臨時引火，焚燒後的灰分提供土壤養分，適合種植農作物，耕作幾年後，因為土地已再次貧瘠，原住民會放棄這塊農作地，搬移到另一個地點，再墾燒一塊新農作地，形成像遊牧一樣的遊耕。

被廢棄的農耕地因為周遭森林種子的進入而有所恢復，也促進了生物多樣性健全。這樣的遊耕在亞馬遜熱帶雨林進行了數千年，是保育與永續生產模式。

所以，縱使是沒有自然火的熱帶雨林，在乾季引火墾燒成為傳統，也沒有人會認為是森林火災。

在全球化與經濟開發的商業模式下，農牧礦生產必須大面積砍除森林，以利機械化與長期固定的耕作，最簡單的開發方式是乾季墾燒，但這方式卻不知不覺從傳統的遊耕用火，變成破壞森林生態系的森林火災。

在巴西，這樣的開墾方式仍被政府允許，也為民眾接受，甚至認為是既有文化，這才是今天火燒的實況，也是媒體報導與名流討論誤解的地方。

經濟發展競賽必然要毀林才有生產的土地，火不過是這種必然性的工具，如果要譴責護林或救火不力，不如思考經濟發展競賽為何主宰著當今社會。

繼續燒下去，亞馬遜熱帶雨林會消失嗎？

世界野生動物基金會曾調查，2001~2012 年間亞馬遜熱帶雨林每年毀林平均約 1.4 百萬公頃，總共約 17.7 百萬公頃已轉作農、牧和礦場，主要分布在巴西、秘魯與波利維亞；依此毀林趨勢，預估到 2030 年亞馬遜熱帶雨林約 25％會消失。

這種趨勢會不會像媒體與名流所傳播的「亞馬遜熱帶雨林將消失」呢？根據去 (2018) 年發表在 Nature 的一篇研究指出：1982~2016 年間全球森林覆蓋面積增加了 2.24 百萬平方公里，全球裸露地面減少 1.16 百萬平方公里。

森林覆蓋面積為何增加？經濟學家提出了所謂 U 型的開發與保育關係論，亦即初期帶來的破壞與汙染會在經濟成長後反轉改善。

依此毀林趨勢，預估到 2030 年亞馬遜熱帶雨林約 25％會消失。圖／CNN

2012 年發表在《加拿大農業經濟》(Canadian Agricultural Economics Society) 期刊的一篇研究指出，1972~2003 年間全球 52 個開發中國家人均收入達美金 3100 元時反轉毀林作業為植林恢復，這就是所謂的U型的的開發與保育關係。

巴西在 2004 年人均收入達美金 3600 元後，毀林面積開始逐年減少，但願這結果為亞馬遜熱帶雨林悲慘命運帶來一絲樂觀希望。

在爭議之後……？

當前巴西的火，雖已投入軍隊協助滅火，但何時才會熄滅？恐怕要等到 11 月的雨季來臨，因為被認可的墾燒季對已開發或正要開發的農耕地來說所剩時間不多，且媒體關注高峰已過，要燒的地還是要儘速燒。而這場森林火燒，應該已創下南半球在夏季世界性森林火燒新聞的紀錄……

〈本文選自《科學月刊》2019 年 10 月號〉

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文／周中哲｜臺灣大學土木工程系教授兼工學院副院長，國震中心組長，美國加州大學聖地牙哥分校結構工程博士。
文／林德宏｜臺灣大學土木工程系博士生，國震中心助理研究員。

上（2019年10）月所發生的南方澳斷橋事件造成嚴重災情，而作為懸吊拱橋的南方澳大橋，到底結構如何設計？橋體本身又面臨了什麼樣的損毀與破壞？

橋梁是聯繫河川兩岸交通的主要媒介，因應各地環境的需求，橋梁的造型會有許多變化，相較於常見的梁橋，拱橋、斜張橋與懸吊橋更具美觀與力學巧思規劃。懸吊橋與斜張橋都是利用吊索將橋板及車載重量傳遞到塔柱，例如美國知名的金門大橋（Golden Gate Bridge）、新舊金山奧克蘭海灣大橋（New San Francisco-Oakland Bay Bridge）與臺灣社子大橋；而拱橋除一般傳統拱結構組成外，亦可利用吊索將橋板及車行載重吊掛至拱結構，例如關渡大橋及南方澳大橋等。

美國著名的地標金門大橋，利用吊索將重量傳遞到塔柱。圖/by Free-Photos@Pixabay

斷裂前的南方澳大橋，利用吊索將橋板及車行載重吊掛至拱結構。圖/by玄史生 @ wikimedia CC BY-SA 3.0, 連結

拱結構的力量傳遞

傳統建築結構中，拱為常見的建築型式，用於拱門、拱橋、拱頂與拱壩等，外觀通常上部為圓弧曲線，另可依不同的建築美觀需求設計成優美的弧線。傳統所使用的石材和混凝土等建築材料，雖能承受極高的壓力，但幾乎不能承受拉力，導致當橋梁設計面臨大跨度的需求時並不適用，需透過拱結構的力學傳遞方式加以避免與改善。

拱的結構除了美觀，也是透過設計將承受的力轉成適合材料的承力角度。圖／pixabay

拱的特殊之處在於為純壓力的結構，可將所承受的外部力量轉換為拱結構內各元件的壓應力，因此特別適用於無法承受拉力的材料。使用拱結構的結構體可以有很長的跨度，利用混凝土材料的受壓特性，或採用鋼造的拱減輕重量。

拱橋的設計：拱肋、橋板、吊索、橋墩

圖／pxhere

拱橋為使用拱結構承重的橋梁，橋中央的部份高起，橋洞呈圓弧形，透過拱肋（即拱的主體）將橋梁和人車的重量，傳遞到兩側的橋墩，拱橋的支座同時要承受垂直及水平方向的力量，因此拱橋對基礎與地基的設計要求較高。

拱橋依橋面在拱肋位置的不同，分為橋面在拱上方的上承式拱橋，與橋面在拱肋中央及下方的中承式拱橋及下承式拱橋。前者的橋面自重及載重直接傳遞至拱肋後至基礎^註，後兩者則需透過鋼索等拉力桿件將重量吊掛至拱肋再至基礎。

註：橋樑基礎為橋梁最下部的結構，通常位於地基，頂端則連結橋墩。

懸吊拱橋破壞

此外，拱橋又分為單拱橋及雙拱橋，兩者差異在於雙拱橋在橋梁兩側都有拱肋，可與橋面板共同抵抗車輛在橋面板單側所造成的力，防止橋面板旋轉掉落，可提供較多的車行空間；單拱橋則僅由橋面板下方箱型主梁抵抗車輛造成的彎矩，適用於車流量較少的位置。設計拱橋時依橋梁設計規範規定，需考慮靜載重、活載重（車載重）、地震力與風力等各項參數，使用的鋼材及吊索均需進行防鏽處理，亦需按時進行檢測作業，必要時更換鋼材及吊索。

下圖（a）為懸吊拱橋示意圖，由拱肋、吊索、箱型主梁與橋墩所組成。如下圖（b）中所示，箱型主梁的自重及橋面上人車的重量，藉由多條吊索（如 A點）傳遞至拱肋（如 B點），對拱肋造成壓力，此力量再由拱肋傳遞至兩端的 C點，C點處能承受拱肋傳遞下來力量的構件包含橋面板與橋墩，此處橋墩承受垂直向下載重，箱型主梁承受水平軸拉力，形成自平衡的橋體結構體系。因此若其中一根吊索斷裂或兩端錨碇破壞，吊索便無法繼續將力量從主梁傳遞至拱肋，原先由此吊索所傳遞的力量就必須由其它吊索分擔。

圖：懸吊拱橋力量傳遞及破壞。（A）雙拱橋結構示意圖；（B）力量傳遞路徑；（C）主梁自重變形；（D）主梁斷裂掉落。

當橋梁設計贅餘度（安全度）考量較大時，其它吊索能分擔額外的力量，橋梁只會產生局部塌陷並不會整體崩塌，工程師有機會檢視及更換損毀的吊索或不具穩固功能的錨碇裝置；但當其它吊索無法承受多餘的力量或因時間環境因素（如銹蝕疲勞）造成每根吊索或錨碇強度降低，則會造成一系列破壞連鎖反應，吊索接續斷裂，拱肋因不再承擔吊索垂直力而回彈向上，拱底內縮靠近，箱型主梁因自重產生明顯變形，如上圖（c）；但一般長跨度的懸吊拱橋結構體的主梁，在設計上無法承擔結構體本身載重造成的力量及變形，因此最終將如上圖（d）主梁從由最大彎矩處斷裂與拱肋自橋墩上掉落。

造成懸吊系統失敗的原因很多，吊索本身鏽蝕會是其中之一。圖／wikipedia

造成懸吊系統失敗的原因很多，可能來自於端部錨碇裝置的破壞、吊索本身鏽蝕造成的強度減少，或長期承受反覆載重造成的應力集中疲勞斷裂等。吊索本身的防鏽能力，除了施工前需特殊的表面加工處理外，長年使用的過程也必須小心維護。

1967 年時美國一座橫跨俄亥俄州河的鋼造銀橋（Silver Bridge）即因懸吊系統的連接器長期受反覆應力集中及鏽蝕疲勞裂縫，導致連接器破壞而崩塌。而美國的黑爾．博格斯紀念大橋（Hale Boggs Memorial Bridge）也曾在更換鋼索的過程，發現錨座內有大量積水，造成錨座與鋼索嚴重鏽蝕，所幸及時更換而未造成橋塌與傷亡事件。

另外，位於新北市三芝區的三芝根德吊橋，於 2013 年發生的塌落事件中，發現保護層內部的鋼索已嚴重銹蝕，為防鏽層損壞使雨水與海濱鹽分滲入造成；而近日南方澳大橋的破壞事件，則可能起因於吊索及錨座的鏽蝕疲勞破壞和橋梁設計贅餘度不大所致。

結語

拱橋歷史已數千年，外觀造型美且結構穩定，懸吊拱橋透過巧思的設計，藉由多吊索傳遞載重至拱肋上，再與箱型主梁及橋墩形成自平衡的力學結構體系，而吊索則為橋結構重要力量傳遞構件。

美國官方公路與運輸協會（American Association of State Highway and Transportation Officials, AASHTO）在橋梁的檢測手冊明訂吊索與主梁、拱肋同為最重要的上部結構體構件，不僅在施工時需小心保護，完工後亦需定期檢測、維護與保養，在必要時需進行更換作業，避免發生懸吊拱橋或懸吊橋的破壞。

延伸閱讀

C. Chou, C.M. Uang, and F. Seible, Structural Testing of Orthotropic Steel Decks and a Skyway Reinforced Concrete Pier for the New SFOBB. Proceedings of the New San Francisco Oakland Bay Bridge and Taipei SheZi Bridge Seminar, Center for Earthquake Engineering Research, National Taiwan University, 2014.
Mehrabi A., Stay Cable Replacement of the Luling Bridge, Louisiana Transportation Engineering Conference, Baton Rouge, 2009.
AASHTO Publishes New Manual For Bridge Element Inspection, https://reurl.cc/XXLEO7.

〈本文選自《科學月刊》2019年11月號〉

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文／嚴宏洋｜國立海洋生物博物館特聘講座教授。

成語中的「蛇蠍心腸」是用來比喻某人心地的陰險及惡毒，蛇、蠍都是帶有毒液的動物，因而被擬人化形容人心的險惡。臺灣的毒蛇種類多，但是原生的蠍子只有不具毒性的「八重山蠍」和「斑等蠍」兩種。大家對蠍子的印象，多是從電視、報章和雜誌上來的，只知道蠍子是一種節肢動物，其尾部末端有一個內含毒液的毒囊與一支毒刺相連，用以螫擊獵物和禦敵。蠍子毒液的成份已被研究多年了，但最近的研究，卻發現它們有許多過去所意想不到的醫學用途⋯⋯

話說從頭──蠍毒也有殺菌的功能？

最近，來自墨西哥國立自治大學（Universidad Nacional Autonoma de Mexico）的研究人員卡加莫－諾利加（Edson Norberto Carcamo-Noriega）和他的團隊，採集一種棲息於墨西哥的蠍子——梁龍蠍（Diplocentrus melici）毒囊內的毒液。

令人驚訝的是，當毒液一曝露到空氣中，立即顯現出紅色及藍色兩種化合物。他們將這兩種化合物送到美國史丹佛大學（Leland Stanford Junior University）札爾（Richard N. Zare）教授的實驗室，經後續的質譜儀和核磁共振光譜學（nuclear magnetic resonance spectroscopy, NMR）進行分析，確定了兩種苯醌（benzoquinone，圖一）的存在。

不過，由於從每隻蠍子身上能採到的毒液量很少，無法直接進行生物檢定（bioassay）測試。幸好這兩種毒素是小分子化合物，因而研究人員得以在實驗室內，使用商業上的前驅物進行合成，再使用這些人工合成的毒素，進行結晶定序以確定其3-D結構。

圖一：（A）紅色化合物3,5-dimethoxy-2-(methylthio) cyclohexa-2,5-diene-1,4-dione （B）藍色化合物5-methoxy-2,3-bis(methylthio) cyclohexa-2,5-diene-1,4-dione

接著，這兩樣合成物被送到墨西哥國家醫學及營養學研究所（Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición）病理實驗室，由曼杜扎－圖基羅（Monserrat Mendoza-Trujillo）的團隊進行生物檢定測試。

他們先使老鼠感染金黃葡萄球菌（Staphylococcus aureus）及肺結核分枝桿菌（Mycobacterium tuberculosis），再用這兩種化合物投藥。結果發現，紅色成份可以殺死金黃葡萄球菌，其最低抑制濃度（minimal inhibitory concentration, MIC）為 4 μg∕mL；藍色化合物則是可以殺死肺結核分枝桿菌，MIC 亦為 4μg∕mL。對於具有多重抗藥性的「肺結核分枝桿菌株」，也有相同的殺菌效用，且不會傷害老鼠肺臟表襯細胞的活性。

是毒藥，也是良方！那些年他們研究的蠍毒

回顧過去 50 年，蠍毒的研究可以分為三個階段：

被蠍子螫到會發生什麼事──

第一階段的研究，著重於患者被蠍子螫後的生理反應描述，醫界將中毒的反應分為三級：第一級有局部的疼痛，只要給予止痛藥即可；第二級反應包括心搏過速（tachycardia）、心律不整（arrhythmia）、呼吸困難（dyspnea）、無法控制的流淚、口吐白沫、嘔吐、高血壓或低血壓等生理反應。治療方式主要為施打抗血清加速代謝毒物或給予藥物抑制痙攣；第三級反應包括有：心臟衰竭、心因性休克（cardiogenic shock）和電解質失調等，這種病患要立即送入加護病房急救。

它們怎麼讓人中毒的──

第二階段的研究，著重於蠍毒內含物的結構分析及致毒的生理機制的探討。截至2010年，超過一千種的蠍毒蛋白結構已被定序。其中有許多種毒蛋白，都是胱胺酸的衍生物，但也有不屬於這一類的。它們共同的特徵是皆為小分子結構，分子量小於 3001 道爾頓（Da），且具有干擾細胞膜表面的鉀離子、鈉離子、鈣離子和氯離子的通道活性，從而造成被螫者中毒。

抑炎抗菌，反轉死神鐮刀──

第三階段的研究，則是從實用的角度探討蠍毒的醫療應用價值。例如從墨西哥阿茲特克蠍子（Hadrurus aztecus）分離出的抗菌蛋白（hadrurin）有殺菌的作用；而帝王蠍（Pandinus imperator，圖二）毒素中分離出的蠍毒（scorpine）有殺死細菌及瘧原蟲的效應。史密斯墨西哥蠍（Vaejovis mexicanus smithi）分離出的鉀離子管道阻斷分子，則有抑制發炎的作用等。而前述卡加莫－諾利加團隊最新發現的紅色及藍色化合物，含有抗生素作用，則代表目前研究者們努力的方向。

圖二：帝王蠍。（Pxhere）

蠍子身上帶有毒液為何不會毒到自己？

截至目前為止，有關蠍毒的研究仍有一個重要的題目尚未有研究者著手：既然蠍毒會干擾被螫動物細胞膜表面的鉀離子、鈉離子、鈣離子和氯離子的通道活性，為何這毒液不會對蠍子本身造成損害呢？

箭毒蛙的毒素與其受體突變是相當經典的研究內容。圖／wikipedia

以箭毒蛙（poison dart frog）為例，其會在體內儲藏毒液作為禦敵使用，帶有表巴蒂啶（epibatidine）毒的分趾蟾科毒蛙具備尼古丁乙醯膽鹼受體，而受體上有一個胺基酸序列的變異，使得蛙體內尼古丁乙醯膽鹼受體靈敏度的降低，因而不會與表巴蒂啶蛙毒結合。意即，蛙體內累積的毒素，並不會對毒蛙自己造成毒害。

但是，乙醯膽鹼是毒蛙存活的必要神經傳導物質，雖然受體上的突變可避免與累積的蛙毒結合，但也會降低與乙醯膽鹼的結合。因此，演化上的另一傑作，就是乙醯膽鹼受體上有另一個胺基酸序列的變異，使得它能與乙醯膽鹼正常結合，進行神經訊號的傳導。換句話說，受體上兩個胺基酸的替換，一方面可使毒蛙不被自己儲存的毒素殺死；而另一方面，卻又能維持正常的乙醯膽鹼神經傳導功能。

蠍子體內是用哪種機制，以避免被自己體內儲存的毒液所害？筆者認為，這是未來值得研究的好題材。

黑白切的由來

要說為什麼會有黑白切一詞，不可不提及早期臺灣社會。由於大部分人民並不富裕，只有在逢年過節或慶典時，才有機會大啖肉類，平時少有閒錢購買。因此，麵攤、小吃店家會在動物（特別是豬隻）屠宰後，留下內臟，洗乾淨後以水或滷汁煮熟透，與其它豆製品和蔬菜等一起作為街坊巷弄旁攤販提供的小菜選擇。

這種點餐形式隨意，也不講究刀工與形狀一致的小菜形式，就以臺語「烏白切」為名，寫成中文為「黑白切」。圖／Rockhsp @wikipedia

當顧客上門時，可能沒有明確想吃的菜色，再加上每日店家提供的皆不盡相同，因此，請店家依照人數或預算，隨意切點小菜。店家接到點單後，擇取數樣小菜種類切下所需份量，搭配醬油膏與薑絲上桌。這種點餐形式隨意，也不講究刀工與形狀一致的小菜形式，就以臺語「烏白切」為名，寫成中文為「黑白切」。

臺灣各地的黑白切，依照風俗民情不同，除了可能有些區域限定的品項，也可能對於一樣的器官部位有著不同的稱呼，其中最特別的是富有美食之都的府城──臺南。在這裡，店家會自行灌製香腸、精心製作多種特色小菜，蒸、煮、炸、滷等烹調手法繁複多變，品質與價格反而是早期的有錢人家比較消費得起，因此，一般人所熟知的黑白切，在臺南被稱作「香腸熟肉」。

在了解黑白切的由來後，接下來就來揭秘黑白切菜單上、五花八門的名稱，逐一認識對應的器官部位。

腸與管：長形的中空部位

無論是以腸或管為名，都可以想像這些部位是長形、中空的圓柱體。被取名為腸和管，或許是依據這些器官所在的位置與功能而定。無論是人或豬，在肺部下方有一塊由肌肉構成的橫膈，以橫膈為界，區分腸與管：橫膈以上的部位，只要是長形、中空的，皆以管命名，如軟管、咽管等；橫膈以下的腹腔有許多的消化管，稱為腸，讀者所熟悉的大腸、小腸就屬此類。以下，就進一步細分在滷味、小吃中常見的名詞。

軟管／黑管／紅管／豬肚頭：食道

食道主要由平滑肌構成，顏色偏紅、偏深，所以被稱作紅管、黑管，也因口感較軟，故稱為軟管。另外，在食道與胃的接口部分稱作賁門（cardia），銜接細瘦的食道與胃（豬肚）之間，這段逐漸膨大的地方，便稱作豬肚頭。

脆管／咽管／白管：胸大動脈

動脈的血管壁相較靜脈和微血管，是最厚的，尤其是直接連接心臟的大動脈，承受的壓力最大，因此，具有非常強的彈性與韌性。動脈血管壁由三層膜組成，除了肌肉組織外，大部分由彈性纖維和少量的膠原纖維組成，因此，經過清洗過後的大動脈顏色潔白，煮過之後口感爽脆。

在小吃攤中常見的各種料理與豬身上所對應的各器官。圖／徐維駿繪製

管頭／硬管：氣管

氣管由接近環狀的軟骨和平滑肌組成，因此，口感帶有軟骨的硬脆與彈性。一般取喉頭部位，稱其為管頭；而在基隆地區則會食用氣管部分，依照口感稱其為「硬管」。

粉腸：小腸前、中段空腸

小腸分為三個部分：與胃相接的十二指腸、與大腸相接的迴腸及界於兩者之間的空腸。小腸內有許多絨毛，以增加養分吸收的表面積，是許多養分被消化與吸收最主要的場所。空腸的絨毛最長，常存有正在消化中的白色食糜（chyme）與消化液，如果食糜中的膽汁過多，會造成苦味。因此，在豬隻屠宰前，會先將其飢餓、空腹，以確保消化道乾淨。

生腸／脆腸：輸卵管與子宮體

吃起來口感滑脆的生腸，其實是豬的輸卵管與部分子宮。因為捲曲在一起的輸卵管像朵花，在某些地區，生腸也被稱為花腸。另外，有些人會分得比較細，把子宮體另稱為生腸頭。

大腸頭：直腸與肛門內括約肌

而一般會以「頭」結尾的部位，通常是指管狀器官的末端，形狀開始膨大，是與其它部位的連接處。大腸頭也不例外，指的是大腸與外界相通的肛門括約肌，也就是排遺的出口。看到這邊，讀者對於往後食用大腸頭可能會有心理障礙，不過不必擔心，經過處理的大腸頭皆須符合衛生標準，也不會有排遺的味道。

圖／截圖自泛科學 youtube 影片

腸管之外的器官

「管」與「腸」有直觀的命名方式，而其它的內臟部位，命名方式則皆不脫「依形狀命名」與「依所在部位命名」兩種。掌握住這兩大原則，便能明白每項佳餚背後的意義、就能成為在滷味攤、小吃店橫著走的饕客了。

豬肚：胃

胃主要由肌肉構成，具有很大的伸縮性以儲存食物，也負責分泌消化液與蠕動，進而消化及運送食物，所以，咀嚼豬肚時特別有韌性與嚼勁。

腰尺：脾臟

豬的脾臟呈長條形，又位在腰部上方，因此有腰尺之名，可以說是融合了形狀與所在部位命名的兩項原則。另外，人的胰臟也屬長條形，一樣稱作腰尺，有時候容易和豬的脾臟搞混。而豬的胰臟，因為是白色，故稱作白胰。

腰胑／腰子：腎臟

腎臟的位置在腰部背側，依照所在位置命名，稱作腰子。順帶一提，在身為具代表性臺南小吃之一的鱔魚意麵店家中，菜單上時常可見麻油腰子，腰子在大火快炒，伴隨麻油香，是佐以鱔魚意麵的最佳拍檔。

小肚：膀胱

膀胱位在小腹，和腎臟稱作腰子的命名方式相同，稱膀胱為小肚。

天梯：上顎軟骨

在某些店家或滷味攤的櫥窗或架上會擺著一卷一卷、富有平行紋路的白色部位，乍看之下以為是刻花、川燙過的烏賊肉，在菜單上以形象化的「天梯」稱之。這個神秘部位，其實是豬的上顎軟骨，可別以為是海鮮喔！由於富含膠質所以吃起來口感爽脆，若是有讀者沒試過，下次經過有販售的小吃店時不妨點盤來嘗鮮。

圖／截圖自泛科學 youtube 影片

不只是吃肉，還要講究其部位

如前面所述，黑白切主要是豬隻的內臟、器官各部位組合而成的小菜。不過，隨著時代變遷，生活相較以往富足，現代的黑白切中，增加許多肉類品項。

食不厭精，膾不厭細，豬肉的名稱與部位分類非常浩繁，這邊簡單介紹黑白切菜單上最常見的幾種肉，其命名方式主要也是以所在部位、形狀或口感而名。

菊花肉／嘴邊肉：臉頰肉

第一次聽到菊花肉，可能會以為來自於俗稱「菊花」的肛門部位，其實菊花肉來自於下巴到臉頰的肌肉，因為肌肉紋路呈現放射狀，形似菊花，因此得名。以嘴邊肉稱之，就更容易讓人望文生義了。

松阪肉／玻璃肉：豬頸肉

不只是在小吃店，在燒肉店也經常可以看到，卻不知所在部位的分切肉品，首推大概就是松阪肉了。松阪肉位於豬的頸部，在豬頰連接下巴之處，被層層脂肪包覆，需要小心清除，才會露出巴掌大的肉。

據傳松阪豬名稱由來，最初是業者意外發現此部位的口感不輸給日本和牛「松阪牛」，故取自松阪肉；又因為口感爽脆，被稱為玻璃肉。每隻豬能取下的松阪肉，只有頸部兩側加起來大約六兩重（225 公克），所以價格十分高昂，又被稱為「黃金六兩肉」。

二層肉／離緣肉：僧帽肌

在人體背部肩胛骨的附近，有一塊倒三角形的肌肉，負責維持肩、頸的穩定性，這塊肌肉因為形似西方僧侶的帽子，被稱為「僧帽肌」，又叫做斜方肌。

而在豬隻身上，頸部延伸下來的這兩片薄薄僧帽肌，看起來好像與脊椎的肌肉分離一般，臺語稱為「離緣肉」，聽音生義，寫作中文便成「二層肉」。每隻豬也只有兩片二層肉，肉量雖然比松阪肉多一些，但也是十分珍貴，因此價格同樣偏高。相較於松阪肉的脆，二層肉的口感十分軟嫩，在饕客市場中亦有擁護者。

肝連／隔間肉／條仔肉：橫膈肌

在小吃攤上常常看到「肝連」這個品項，指的是區隔胸腔與腹腔的大片肌肉──橫膈。會稱為肝連，感覺和肝臟關係密切；但這塊肌肉和肝臟唯一的關係，大概就只是肝臟上緣緊貼橫膈吧！因為橫膈分開胸腔與腹腔，所以，在中部地區，產生了隔間肉這種形象化的名詞。

也因為橫膈形狀扁平，會切成條狀上桌，和其他部位的肉可以切成片狀，有很大的不同，遂「條仔肉」就成此部位的標準名稱。

豬隻身上各種不同部位的肉類名稱。圖／徐維駿繪製

結語

儘管隨著時代變遷，直至今日無論是黑白切或者香腸熟肉，目標客群都和當年不同，已轉型成人人都能消費的起的日常小吃。

此外，煮法也從最簡單的水煮，到加入滷包與特色醬汁，甚至採用燒烤與油炸等，讓這些食材的面貌與風味更加豐富與精采。黑白切菜單上的專有名詞其來有自，了解其名稱由來，除了可以滿足身為一個饕客的好奇心，在科學上也能對豬隻的解剖部位更加了解。

這些小吃滿足了臺灣人民的口腹之慾，也一代代的沿襲傳遞至今。透過這些特殊的「黑話」，傳承屬於地區與時光的記憶。希望讀者透過這篇文章的介紹，以後在店家櫥窗前面對這些讓人眼花撩亂的腸、管或肉品時，能胸有成竹、得心應手地和老闆點菜。

〈本文選自《科學月刊》2019年11月號〉

在這個資訊不被期待的時空裡，卻仍不忘科學事實至上的自由價值。

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文／甘偵蓉｜成功大學人文社會科學中心助理研究學者。

科研新知應受商業行為的制約，還是開放給人們閱讀討論？在這個網路普及的時代，研究工作者苦心經營的成果，仍難以直接與社會大眾對話。此外，學術商業出版的大手卡在其中，看似維持學術文章品質，實則為牟財利使科學裹足不前。在商用與開放的拉扯之中，作為學術出版小眾的臺灣，或許更有機會以小搏大。

被商業高牆鎖住的科研成果

「科學不應鎖在付費牆後 (no science should be locked behind paywalls)」，這句話出自歐洲地區發起、加速研究出版全面開放取用 (open access) 的 Plan S ，目的不僅是反對付費才能閱讀學術期刊文章的邏輯，更揭示既然科學能促進人類社會進步，就該視為公共財，不應被用來買賣，甚至成為企業大肆牟利的工具。

為何反對「付費才能看」這套在學界已運作百年歷史的學術出版制度？因為研究者在期刊上所發表的學術研究成果，多來自政府或政府資助的研究機構所提供的研究經費，而發表之前所需通過的學術同儕審查，通常由其他研究人員免費提供，但是學術商業出版商把文章製成期刊發行後，作者多不能隨意公開分享文章給自己的學術同儕、師生、親友或有興趣者，因為出版商多會要求作者必須完全讓渡文章版權給期刊。接著，出版商不但訂定單篇文章索價新臺幣 300~1200 元的付費購買機制，還將旗下期刊製作成電子資料庫，再以每年百萬甚至上億元臺幣的期刊訂閱費高價賣給研究機構的圖書館，以便該機構所屬研究人員及師生下載閱讀。

高牆之下，阻礙學術交流的出版收費設計。圖／pixabay

冗長且收費不合理的學術出版過程

需高價購買的單篇期刊文章，別說都沒有提供閱讀不滿意或內容不符所需的「鑑賞期退費機制」，也完全不符合研究就是需大量搜集及閱讀文獻的特性；文章內容本身，即使當初文章投稿過程再順利，等到期刊登出，最快也都是半年到一年前，過程不順的話還可能是兩到三年前的研究，實在與今日數位時代的資訊傳播速度大相徑庭。更糟的是，期刊資料庫的訂閱方式，因為自選組合的費用高到令人瞠目結舌，圖書館通常只能接受出版商把想訂和不想訂的期刊混在一起合售的資料庫，且被要求簽訂不能透露訂閱價格的保密協議，以至於訂閱價格近 20 年來一路高漲到幾乎沒有圖書館可負荷的地步。

在這一連串的學術發表過程中，學術商業出版商除了支付文章編輯、電子資料庫製作及宣傳等費用外，發行期刊是一門幾乎無本的生意，且在文字與圖表製作、出版和傳播等成本皆大幅下降的數位時代，更是高利潤的事業。無怪乎全球最大的學術商業出版商愛思唯爾 (Elsevier) 的年獲利率，遠超過臉書 (Facebook) 等全球知名企業。若想更深入了解現在學術出版模式的問題、成因及學術界如何抵制及因應，建議觀看由美國克拉克森大學 (Clarkson University) 史密特 (Jason Schmitt) 教授在去 (2018) 年 9 月所拍的紀錄片《付費巨牆：學術商業體系》(Paywall: The Business of Scholarship)。

不過，或許是因為這部紀錄片的主要抨擊對象為全球學術最大商業期刊出版商愛思唯爾，且所訪談人員多是國際知名的大學圖書館員或開放取用運動 (open access movement) 倡議人士，以致於影評或國內討論焦點，多放在如何反制出版商所構築的付費巨牆，像是如何持續推動已經有近 20 年歷史的學術文章開放取用運動。再不就是針對為反制付費牆所應運而生的開放取用期刊或（訂閱與開放）混合制的商業期刊，在需維持營運又得彌補沒向讀者收取文章下載費及圖書館訂閱費的情況下，而改向文章作者收取平均約新臺幣三千至九萬元不等的文章處理費 (article processing charge, APC) 問題。

學術商業出版商多會要求作者必須完全讓渡文章版權給期刊，並以高價出售期刊文章，形成「付費才能看」的出版制度。圖/pixabay

知識建構與傳播方式被數位時代改變了

然而，仍有許多學術文章鎖在付費巨牆裡的問題，其實還凸顯學界長久以來所忽視的兩件事。

一是數位時代的知識管道建構、檢視及修正，其實不再僅限於專業同儕，而是可能來自專業社群以外的專家甚至一般民眾。若學界迄今仍容許學術文章多數都鎖在付費牆內，意味著學界對於來自學術圈外的檢視、批評與修正，其實並未保持開放心態，甚至態度傾向不友善與拒絕。

另一件事是數位時代的知識傳播方式，所謂上網、立即、自由、全文取用、分享和永存等就是王道，而這正是「開放取用」的核心意涵。若學界迄今仍容許付費牆可嚴重阻礙學術知識的傳播，要不意味著如前所述，其實並不歡迎來自學術圈外對相關專業知識的檢視、批評與修正，故以付費牆阻礙只是剛好而已。或者這意味著，學界很習慣搜尋學術文章，就是得登入自己研究機構的圖書館才能獲取，即搜尋上得過五關斬六將，並無法像維基百科那樣如此便利的一鍵獲取。

是知識普及的推手，還是阻撓資訊傳遞的枷鎖？

但真是這樣嗎？全球知名學術期刊文章下載海盜網站 Sci-Hub ，它的文章下載率不但逐年快速成長，且使用最高的地區並不僅限於經濟資源較為貧乏的開發中國家，而是連已開發國家如美國，尤其學術研究密度越高的學校，下載率更是不遑多讓。這表示阻礙學術期刊文章難被獲取的，不只是商業付費牆，還有期刊資料庫繁瑣的搜尋介面。換言之，正是這兩因素讓學界以外的人很難在網路上獲取及閱讀嚴謹的學術文章，即使目前國內外都有不少科學普及雜誌與網站，致力於將科學研究成果轉譯給社會大眾。但轉譯畢竟不若直接獲取及閱讀來得迅速，並無法以「反正學界門外漢也看不懂學術文章，不易獲取也無妨」為藉口，輕易地辯解帶過。

容許學術付費及技術巨牆矗立高築，正好映照出學界一直未深刻體認到，數位時代的專業知識建構、檢視、批評、修正與傳播方式，不再是從上到下或從內往外的單向建構，也可能是從下往上或從外往內的反向建構，也就是從學界專家向外擴展至不具學者身份的專家甚至一般民眾。而以付費及技術巨牆把想了解嚴謹的科學成果但無足夠金錢或技術的人阻擋在外，就是學界遷就學術出版商而未善盡「致力讓不普遍的知識變得普遍 (making uncommon knowledge common)」的社會責任。而諷刺地是，這句話是愛思唯爾的企業精神，也是在《付費巨牆》一片中訪問到 Sci-Hub 建置者爾巴克揚 (Alexandra Elbakyan) 時，被她拿來調侃愛思唯爾的一席話。

Sci-Hub 網站的標語: 移除科學道路上的所有阻礙 (To remove all barriers in the way of science)。圖/Sci-Hub 網站截圖

開放取用應作為臺灣的學術戰略

臺灣作為國際學術出版的小眾，其實更有必要關切目前在國際學界如火如荼進行的學術文章開放取用運動。這麼做，不只是為了提升臺灣學術研究成果的國際影響力，更是不被國際學界邊緣化的學術戰略！再加上臺灣又是使用繁體中文作為母語，面對萬倍的簡體中文學術發表量，若臺灣學者也希望研究成果在中文世界能發揮一些影響力，更唯有讓繁體中文期刊都容易在網路上查找、自由閱讀全文、免費分享及使用一途，才能在國際上有被看見的機會。

〈本文選自《科學月刊》2019 年 12 月號〉

在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

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文／莊人祥，疾管署副署長，曾任陽明大學公衛所副教授。陽明醫學士、公衛碩士，美國哥倫比亞大學醫學資訊博士。

近期中國傳出鼠疫疫情，造成各地人心惶惶。而過去被稱為「黑死病」的鼠疫致死率極高，雖然近來每年的確診病例不多，但相關防疫單位不可輕忽，需持續追蹤及嚴防疫情擴張，並將疫情資訊透明化，以達到確實防疫的效果。

當 2003 年爆發嚴重急性呼吸道症候群 (severe acute respiratory syndrome, SARS) 時，北京朝陽醫院明明已有確診疫情，但官方卻持續否認；去 (2019) 年 11 月 12 日，官方宣布朝陽醫院一對夫妻確診感染肺鼠疫 (pneumonic plague) ，亦未對此飛沫傳染的致命疾病疫情調查詳細說明。同時也傳出官方封鎖消息，禁止媒體討論，因此全球民眾對北京出現黑死病 (black death) 一事，引發集體恐慌。

普立茲得獎作家嘉瑞特 (Laurie Garrett) 也在當月 16 日針對此事於《外交政策》 (Foreign Policy) 上評論：中國國家衛生健康委員會向世界衛生組織 (World Health Organization, WHO) 保證會確實追蹤兩病例在北京、內蒙古及旅途中的所有接觸者。即使中國疾病預防控制中心近年在疾病監測的能力有相當進步，但中國對鼠疫疫情調查資訊不透明，且 SARS時曾有掩飾重大疫情的不良記錄及審查機構「河蟹」¹社群媒體等作法，正是引起民眾恐慌的原因。

中國於 SARS 爆發期間發生鼠疫疫情，官方卻封鎖消息，禁止媒體討論，引發群眾恐慌。圖／pixabay

鼠疫大流行史與重大發現

鼠疫 (plague) 由鼠疫桿菌 (Yersinia pestis) 引起，是一種人畜共通傳染病，主要藉跳蚤叮咬傳染給小型哺乳類動物，人類為意外宿主。因患者常伴有淋巴腺腫大或皮膚出現黑斑而得名黑死病。歷史上，鼠疫至少出現三次世界大流行，由於每次鼠疫的流行常導致一個時代或王朝的結束，因此讓人聞鼠疫而喪膽。

首次大流行發生於 6 世紀的查士丁尼鼠疫 (Justinian plague) ，疫情在地中海周邊傳播，近一億人死亡；第二次大流行發生於 14 世紀歐洲，並在之後的 300 多年間反覆發生，僅歐洲就有 2500 萬人死亡，占當時歐洲人口的四分之一；第三次大流行發生於 19 世紀中葉至 20 世紀中葉，從中國開始傳播到全世界，波及至少 32 個國家， 1200 萬人死亡。

鼠疫研究與防治雖不斷精進，但直到第三次大流行才有長足進展。 1894 年，由法國巴斯德研究所的細菌學家耶爾森 (Alexandre Yersin) 在香港鼠疫大流行時發現鼠疫桿菌。 1910~1911 年的中國東三省鼠疫，公衛學者伍連德博士到哈爾濱擔任清政府鼠疫全權總醫官。他發現當地的疫情並非通過跳蚤在人鼠間傳播的典型腺鼠疫 (bubonic plague) ，而是起因於當地獵人捕獵染病旱獺 (Marmota bobak) 製造皮件，獵人染病後再傳給七位同一工棚的工人，爾後散播鼠疫疫情。他推論此波疫情是由「肺鼠疫」透過飛沫傳染快速人傳人，遂下令停止捕鼠，並進行鐵路檢疫、隔離患者及封鎖疫區，有效切斷鼠疫蔓延，數月間疫情得到控制。

此外，直到 1940 年代才出現抗生素的使用，在此之前醫生常無法可施，往往只能對患者放血和針灸。

歷史上三次黑死病的大流行，造成大規模感染案例死亡。圖／wikipedia

近年全球鼠疫事件

全球在 2010~2015 年間發生 3248 例鼠疫， 584 人死亡（致死率約 18 ％），每年約 500 例左右，主要疫區在非洲，而美洲與亞洲則以散發個案為主。非洲的馬達加斯加，約占全球鼠疫病例的四分之三，每年平均約 400 例。在 2017 年 8 月起短短四個月甚至出現超過 2400 例，約四分之三屬肺鼠疫。

即使在美國，近期於西部鄉村每年仍平均出現約 7 例鼠疫。至於中國，近年最嚴重疫情發生於 2009 年共 12 例、 2010 年為 7 例，之後每年約發生 0~3 例，截至去年 12 月 15 日共 5 例鼠疫，其中 4 例均發生於內蒙古，先前內蒙古的最後一例鼠疫是在 2004 年因將野兔剝皮而感染。至於在臺灣，則是自 1953 年起即未發生任何鼠疫案例。

許多國家均發生鼠疫案例，如何預防鼠疫亦成為各國關注的焦點之一。圖／pixabay

鼠疫流行病學與防治

鼠疫的傳染途徑，包括人感染腺鼠疫主要由被感染跳蚤叮咬、被感染家貓抓咬、處理被感染動物（如老鼠和野兔）或感染者屍體的組織時不慎接觸膿液而感染；肺鼠疫則藉空氣散播，吸入被感染動物或人類帶有致病原的飛沫而感染。

鼠疫主要臨床症狀共分三種：

最常見的為腺鼠疫，在跳蚤咬傷部位附近淋巴腺發炎，經常發生於鼠蹊部、腋下或頸部，通常有發燒現象，若未經治療，約一半病人會發生瀰漫性感染而導致肺炎（即繼發性肺鼠疫）或腦膜炎等併發症。
敗血性鼠疫 (septicemic plague) ，出現敗血症但無淋巴腺炎的鼠疫病例，較難被及時診斷，病程末期可能出現低血壓、瀰漫性血管內凝血與多重器官衰竭。
肺鼠疫，包括原發性與繼發性肺鼠疫。原發性肺鼠疫可因吸入感染動物或人的呼吸道分泌物或懸浮微粒而發生，繼發性肺鼠疫則較常見，是由腺鼠疫或敗血性鼠疫經血行蔓延造成。鼠疫潛伏期通常為 1~7 天，原發性肺鼠疫則為 1~4 天。

患者如能及時接受適當抗生素，如鏈黴素 (Streptomycin) 或慶大黴素 (Gentamicin) ，便能大幅改善預後。腺鼠疫如未經治療，死亡率達 50~90 ％，如經治療死亡率則降至 10~20 ％；肺鼠疫如未經治療，死亡率 100 ％，治療後死亡率降至 50 ％。另需即刻以有效安全的殺蟲劑撲滅病人身上及衣服的跳蚤等，並嚴格隔離病患，以防傳染，待抗生素治療病情好轉以後方可解除隔離。鼠疫接觸者應實施滅蚤並監視 7 天，且實施預防性投藥，如去氧羥四環素 (Doxycycline) 或環丙沙星 (Ciprofloxacin) 。

感染鼠疫如未經抗生素治療，死亡率極高。圖／pixabay

北京鼠疫後續發展

一位筆者尊敬的師長於去年 11 月 17 日晚上特別來電詢問筆者對中國鼠疫疫情與該篇《外交政策》文章的看法。筆者當時表示相當同意嘉瑞特女士的看法，並猜測中國疾病預防控制中心未仔細對外說明疫情調查結果與防治作為或許另有考量。後來官方在 11 月 19 日及 21 日分別對外宣布鼠疫患者在內蒙古與北京市的密切接觸者均已解除醫學觀察。

在 11 月 29 日創刊的《中國疾病預防控制中心週報》 (China CDC Weekly) ，即詳細說明夫婦的房子附近 500 公尺處，抓到的長爪沙鼠培養出鼠疫桿菌，附近也出現大量相繼死亡的齧齒類動物，研判先生可能在農場工作時，因掘土吸入汙泥中或鼠洞中腐敗的屍體所產生傳染性懸浮微粒而被感染，至於太太則可能因照顧先生而被感染肺鼠疫。

北京鼠疫成為全球關注鼠疫疫情防治與追蹤的借鏡。圖／pexels

疫情資訊透明化方能控制疫情

這是中國近年首次發生肺鼠疫在其他省市感染後移入大城市中，希望是虛驚一場。由於目前仍無法完全消滅內蒙古野鼠鼠疫之患，當地居民仍有感染鼠疫風險。雖然每年全球鼠疫發生數僅數百例，但防疫單位千萬不能低估其對人類造成的風險，因為鼠疫特別的傳播模式、疫情能快速傳播、快速臨床病程發展與如未治療的高死亡率，均極易造成民眾的恐慌。鼠疫如能早期診斷，早期施以抗生素治療，並加強公衛措施，較不會造成重大群聚或流行，而疫情資訊透明化，更是成功戰勝鼠疫不可或缺的藥引。

疫情資訊透明化不但能降低民眾接觸感染疫情的機率，亦能迅速掌控疫情擴散。圖／pexels

註解

為網路用語，「和諧」的諧音，代表息事寧人之意。

〈本文選自《科學月刊》2020年1月號〉

在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

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文／蔡孟利│2012 加入編委會、2013 副總編輯、2015 總編輯、2017 卸任，實際參與編務六年。很高興，曾經為這個沒有老闆的刊物工作。

《科學月刊》創立於 1970 年，由當時在美國百位臺灣留學生倡議創辦，迄今每月出刊，從無間斷。這本沒有財團、沒有政府預算支持，甚至是沒有老闆的刊物，在去 (2019) 年 12 月創刊滿五十年、發行滿六百期。

創刊五十年的《科學月刊》，集結了台灣留學生及各界教育學者的貢獻，讓科普知識散播社會，受益眾多學生及讀者。圖／《科學月刊》

五十年來，超過 6000 人次的臺灣科學家，為臺灣撰寫了超過 4000 萬字的科普知識與評論的文章；《科學月刊》在臺灣五十年所耕耘的，不僅是一個科學知識傳播的平台，也是臺灣的科學與文化、科學與社會對話的平台。這一本沒有老闆的科普雜誌，一貫初衷五十年，若要列舉臺灣奇蹟，《科學月刊》的屹立是一個；若要列舉臺灣之光，《科學月刊》也應該入列。

站在這個五十年的里程碑展望未來，這本「臺灣之光」若要繼續奇蹟式的屹立下個五十年，還是有許多持續性的課題需要處理；在新的因應作法與創刊初衷的理想堅持之間，還是要不斷地想辦法取得平衡。這些持續性的課題包括目標受眾、內容取向和網路與紙本的取捨。

《科學月刊》的讀者是誰？

「讀者是誰？」這個問題，筆者認為不只是《科學月刊》，其他科普雜誌也都會面臨到同樣的問題。《科學月刊》在創立的初期，因為當時升學主義盛行及科學讀物匱乏的時代背景，所以主要設定的讀者對象是高中生與大學生。即便到了網路盛行、科普書刊越來越豐富的今日，這個訴求對象的設定，仍然沒有太大的改變。

要以什麼樣的讀者類型作為取材依據是《科學月刊》內容一大考量因素。圖／pexels

不過在 2016 年，《科學月刊》到美國採訪了著名的科普雜誌《科學美國人》 (Scientific American) 的總編輯迪克里斯汀納 (Mariette DiChristina) 女士，了解到這本世界知名的科普雜誌的讀者組成，居然有接近七成是政治決策者和商業管理者！這本科普雜誌不僅提供了商業的領導階層在產品開發的過程中，創新與靈感的養分來源，而一些政治決策者在制定與審核科技相關法規時，也會借助於這本雜誌去了解相關的原理和應用。

這次的訪問刺激了我們思考一個新課題：《科學月刊》需要擴大訴求的讀者對象嗎？

一旦讀者的定位擴展到社會人士的時候，文章主題的選定與內容的呈現方式，就變成了很複雜的課題。畢竟科普知識的傳播不同於一般商業性、政論性或娛樂性質的雜誌，在閱讀上需要有一定的知識基礎以協助其了解。例如一篇談論「基因」的科普文章，到底訴求的對象是國中、高中或大學生，是個必須在寫作前就釐清的問題。因為不同的讀者定位會連動到文章中對於「基因」一詞的解釋層次，即便定位是大學生，以臺灣目前的現況，文法商科系與理工科系的學生相比，在數理知識上的程度有著明顯的差距；而理工科系與生醫科系的學生之間，生物相關知識的程度也有相當的落差。因此，一篇在定位上是給大學生看的「基因」文章，仍然很難在內容上達到對大多數的大學生們，都是既「科」又「普」的理想狀態。

如何決定內容的取材方向？

《科學月刊》從創刊到現在，每期的內容該寫些什麼，基本上都是由編輯委員會討論決定的。編輯委員們的組成主要都是在臺灣從事科學研究或教學的專業人士，而且都是義務奉獻時間給《科學月刊》。因此在內容取向上，一直傾向於由編輯委員會的專家學者們認為「讀者該看什麼」，也因此在題目的設定上與寫作的風格上，長久以來都是學術色彩多於科普色彩，這也是《科學月刊》長期以來不易推廣的主因之一。

必須兼顧大眾的閱讀喜好，又須傳播正確的知識性內容，是《科學月刊》一直努力發展的方向。圖／《科學月刊》

除此之外，科普寫作在傳統的學術界裡，並不算可以作為評鑑或升等依據的能力指標，特別是近十年來臺灣學術界環境的變化，對於科學家們的研究表現有著比以往更嚴峻的考核，因此不只一般讀者投稿的數量銳減，直接對專業人士的邀稿也比以前困難許多。

當然，若是從提高能見度與銷售量的角度考慮，「讀者想看什麼」、「讀者喜歡什麼」甚或是「讀者認同什麼」會是更有用的取材考量，例如保健養生相較於狹義相對論絕對是更吸睛的主題、討論人工智慧 (artificial intelligence, AI) 能做什麼事情也會比討論AI的數學原理更有賣點；而且以讀者「想看、喜歡、認同」所取材的內容如果放上電子版面，較高的點擊率對作者而言更是即時的成就感回饋。只是這樣的考量會限制了科學內容的取材廣度與知識介紹的深度，如果沒有非常仔細地拿捏主題的設定與寫作的鋪陳方式，很容易將科普的內涵新聞化甚至是娛樂化了。

乘著網路時代的風，散播「正確」且「有趣」的科普

將科普內容做得有趣又不失正確性，才能吸引住讀者的眼球。圖／pexels

網路時代對於科學相關的資訊有幾個不同層面的需求，包括對「正確」資訊的需求、對「最新」資訊的需求、對「有趣」資訊的需求和對「一直有」資訊的需求。

「正確」是網路時代的資訊傳播最基本的要求，但同時也是最難下判斷的要求。特別是高度專業的科學知識，一般民眾並不具有足以判斷其內容真偽的能力，也因此，資訊是由哪個單位所發出的，發出訊息的單位是否具有公信力，對於消息真假的判斷，就具有重要的參考價值。

《科學月刊》五十年來的扎實耕耘，在臺灣的科普界已經建立了難得的公信力，因此如何在這個「公信力」的基礎上，利用新興的社群網路媒體，將科學的最新進展（具體來說，重要期刊上所刊載的最新研究成果）轉譯整理成中文的資訊；將正確的資訊利用不同視角的議題聯想方式，包裝或改寫成有趣的資訊（例如 598 期的「透視暮色後的夜市」專輯）；從 4000 萬字的龐大科普資料庫中，整理出具有歷史縱深與橫向關聯性的資料以供連續的發文所需，這都是《科學月刊》如何在網路時代善用新媒體來輔助行銷的新課題。

當紙本雜誌變成「收藏品」

精緻的美編且富有巧思的內容編排，能提升讀者對於紙本雜誌的閱讀興趣。圖／pexels

在網路時代中，人們的閱讀習慣逐漸被容易取得、容易閱讀的資訊傳遞形式，導向精簡化、零碎化與圖像化的趨勢發展，這對於需要完整篇幅、主體為文字論述的科學性文章而言，實在是一個不利的發展方向，連帶也降低大眾對於紙本刊物的閱讀需求。

在這樣的大趨勢下，如何讓大眾的目光從輕薄短小且活潑呈現的網路文章再拉回到紙本身上，已經不只是編輯技術上的問題而已，還是個典範轉移層級的議題。因為編輯技術上的努力，或許可以把紙本雜誌打造成比電子書更適合閱讀的載體，但畢竟網路資訊擁有容易取得、容易閱讀這兩個紙本雜誌達不到的特性，所以除非紙本雜誌與網路資訊兩者之間有更大的本質性差異，不然還是解決不了網路對於紙本書籍能否繼續存在的威脅。

其中一個可能的發展方向是，讓每一期的紙本雜誌在形象上，從原本看完即丟的消耗品，轉變為值得收藏的精品；讓讀者閱讀這本雜誌的心境，不是隨滑隨看的那種順手即興，而是細細品嚐時尚品牌的滿足。亦即，紙本雜誌的價值不只是由其內所刊登的文字來彰顯，包含配合文字內容的圖、表和插畫等，都是整體美術設計的一環，也都是這個品牌價值的重要成分。

甚至從這個品牌的概念出發，在紙本雜誌之外發展出與其相關的多重周邊商品；不只是與《科學月刊》相關的文創類商品，也包括與《科學月刊》內容相關的動態活動，例如演講、研習等。

站在下一個五十年起跑點的《科學月刊》

《科學月刊》從 541 期開始從黑白改成全彩印刷，美編的工作逐步從單純的版面編排進階到如何以美術設計吸引讀者的目光。最近的努力方向更進一步提升到以美編輔助閱讀的層次，希望以切合內容的圖、表和插畫等來幫助讀者更容易了解文章的原意，也希望藉由這樣的努力，將來能累積成《科學月刊》整體的新風格，成為具有品牌識別度的文創產品。

從學術文章走向社會議題，《科學月刊》將以更多元的內容，將豐富知識及資訊傳遞給大眾。圖／pexels

與此同時，《科學月刊》在內容上也開始關照到多元化受眾的需求，包括以影像介紹為主的「顯影」、聊聊由科學聯想到的人文情懷之「非‧關科學」、介紹近期科學新聞的「News Focus」、相當於社論性質的「思辨之評」與不定期出現的人物專訪、活動介紹或書評等。這些盡量以一般大眾都能理解的筆觸所呈現的內容，都是我們希望《科學月刊》能夠從「學校內」跨出到「學校外」，讓社會上一般大眾也能從這些較易閱讀的內容入門，進一步接觸《科學月刊》所提供的各種科學資訊。畢竟，沒有無關科學的社會議題，而讓大眾願意閱讀科學，也是一本科普雜誌的重要社會責任。

當然，《科學月刊》仍然沒有忘記我們的初衷。專業科學知識的介紹與科學議題的評論，仍是《科學月刊》每期的主軸，包括數學、物理、化學、生物和地球科學這五個基礎學門的專欄、每個月的封面故事所探討的科學專題及讀者投稿的精選文章。雖然這些文章的取材與內容仍然跟過去的《科學月刊》有著同樣的堅持，亦即以學術專業的角度決定「讀者該看什麼」，但是我們在決定的過程中，加重了非學術圈內人的專業文編之意見，在討論「讀者該看什麼」的同時，也希望能盡量兼顧讀者「想看、喜歡、認同」的題材。甚至也開始了相關文創類商品的設計，也開辦了與《科學月刊》內容相關的動態活動。

不管內容的呈現怎麼調整，但我覺得，也相信，現在的《科學月刊》都還秉持著當初 1970 年代那些前輩們很年輕的時候的豪氣，就是：這份刊物是希望能夠啟迪這個社會，以科學的精神來看待事務，以科學的精神來處理——不只是科學的事務而已，還包括我們的日常生活。

《科學月刊》的下個五十年，相信會持續這份豪氣。

〈本文選自《科學月刊》2020 年 1 月號〉

在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

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作者／林翰佐，銘傳大學生物科技學系副教授，科學月刊總編輯
本文轉載自科學月刊《臺灣分離出新型冠狀病毒株了，然後呢？》

臺灣成功分離出 2019新型冠狀病毒株

今（2020）年 2 月 1日衛生福利部宣布了令人振奮的消息：臺灣某研究團隊已從患者檢體當中成功的分離出「2019新型冠狀病毒」的病毒株，成為世界上第四個成功分離出病毒株的國家。

聽起來好棒棒，但是，具有病毒株，到底對疫病的防治有什麼貢獻呢？

近日，臺灣的研究團隊從新型肺炎患者檢體當中成功分離出「2019新型冠狀病毒」的病毒株。圖／pexels

解鈴仍需繫鈴人，病毒株是解答一切問題的關鍵。

生物學研究需要有「對象」，所以想要瞭解冠狀病毒，就先要有冠狀病毒，是吧！在疫病的研究當中，需要成功的從患者的檢體中分離這些病毒株，才能繼續後面的研究。

有病毒株就可以開始研究療法了？

事情並沒有那麼簡單喔！從檢體當中分離出的病毒株相當有限，必須能夠成功地進行增殖，才能進行相關研究或成為製作疫苗的材料。如何把病毒變多是一門學問，目前來說，一般做法是利用動物細胞培養的方法，讓病毒感染這些動物細胞，使病毒增殖，然後透過超高速離心的方式濃縮這些病毒。病毒對細胞是有選擇性的，所以尋找適合的配對需要一些時間跟運氣。

好了！假設我有很多病毒了，然後呢？

瞭解病毒的各項機轉，是尋求應對策略的重要情報。但是，疫情緊急的狀況下，多數科學家會同意發展疫苗或許是較為即時的救急方法。

疫苗v.s.特效藥？

疫苗是什麼呢？簡單的說，疫苗的作用是為身體的免疫系統舉行「防空演習」，讓免疫系統能對未來可能的病源預做防範練習，以便在真實的感染狀況下能夠有更快的反應時間。事實上，疫苗是人類對抗病毒性疾病中最重要的防治手段，人類曾用疫苗接種來消滅天花病毒等頑強的疾病。疫苗的製備原則上就是把我們手頭所生產的病毒，用藥物給予減毒或是殺滅的方式，使病毒失去再感染的能力才製成疫苗，然後施打到我們的身體。

疫苗防治有風險，也並不是所有的病毒性疾病都有良好的疫苗可使用（例如非洲豬瘟），但在時效上應該是能最快進入疫病戰場上的一種策略。

疫情緊急的情況下，疫苗是最快能上戰場的防疫武器之一。圖／pixabay

能開發特效藥或用「克流感」來試試嗎？

藥物開發的時程一向比想像中久很多，所以在大流行之際，進行特效藥的開發往往緩不濟急。科學界的確會就現有的藥物，先進行治療的可行性評估。不過一般大眾請不要效法神農嘗百草，除了浪費醫療資源之外，也容易促使病毒的變異。如果大家還記得，正規的醫療院所對「克流感」的處方開立是十分謹慎的，一般感冒患者不會使用，就是怕濫用藥物造成病毒變異，對克流感產生抗藥性就不靈了，是吧！

更多的科學家投入，是否會加快科研的進行？

原則上是的，但 2019新型冠狀病毒（2019-nCoV）是具高度傳染力、對人類有致死疑慮的病原，所以依法相關實驗必須在生物安全等級4（Biosafety Level-4, BSL 4），又稱為 P4 這種最高防護等級的實驗室中進行，並不是所有有熱血的研究工作者都可以立即投入相關的研究喔！

不知道這樣的說明，大家對於為何病毒株分離成功是一件好棒棒的事情，有比較清楚的瞭解了嗎？

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文／蔡宇哲，臺灣應用心理學會理事長、「哇賽！心理學」創辦者兼總編輯。

去 (2019) 年底所公布的國際學生能力評量計畫結果 (Programme for International Student Assessment, PISA) ，是在 2017 年進行測驗評量，主要評估項目為學生的閱讀素養，輔測數學與科學的素養，因此倍受科學教育社群關注。從結果看來，臺灣在這幾項素養的表現上都高於全球平均，看起來沒有太大問題。

不過，卻有一項指標臺灣的分數高出平均甚多，甚至名列前茅，那就是害怕失敗指數 (index of fear of failure) 。臺灣學生在這項的得分是全球最高，這是怎麼一回事呢？

害怕失敗指數

研究是用以下三道問題的同意程度，來計算害怕失敗指數：

當我失敗時，會擔心別人對我的看法。
(When I am failing, I worry about what others think of me.)
當我失敗時，會害怕自己沒有足夠的天份。
(When I am failing, I am afraid that I might not have enough talent.)
當我失敗時，會對自己未來規畫產生質疑。
(When I am failing, this makes me doubt my plans for the future.)

除了計算之後的害怕失敗指數高於平均值外，即使是看各題得分也很高，都傾向害怕失敗所帶來的後果。看到這個結果似乎不太妙，會有一種「臺灣學生是全球最玻璃心」的結論，但筆者建議可以把這項結果當成一個警訊但不需要太過於悲觀。

對失敗的看法與學生本身的能力無關，而由獲得高分數的國家有很多來自亞洲這點來看，或許文化上本來就存在差異，像是新加坡與日本也都名列前茅，但並不代表這兩國家的學生特別玻璃心吧。況且，只有三道題目，筆者認為並無法完整評估學生對於失敗的態度，頂多是呈現一個面向。

各國學生對三道「害怕失敗」題目的同意程度。害怕失敗指數高的學生多來自亞洲國家，台灣也包含在內。（以上數據取自 PISA 網站，另由於參與研究國家眾多，因此只節選部分國家。）

想不害怕失敗，或許得先有成長型思維

雖然前述說了不需要太悲觀與在意，但仍可提供教育工作者作為參考與自省，畢竟學生太過於害怕失敗而不願意去挑戰並不是件好事。況且人們常會說「失敗為成功之母」，教育的目的應該是希望培養學生成為不畏艱難、不怕挑戰的人。

那要怎麼樣的人才會從失敗中學習成長，而不是一蹶不振呢？史丹佛大學 (Leland Stanford Junior University) 心理學教授杜維克 (Carol S. Dweck) 提出一個很重要的概念，就是需要有成長型思維 (growth mindset) 。

認為自己在各方面一直是可以成長的、遇到困難會認為有挑戰性而勇於嘗試、遭遇挫折不會放棄，會尋找其它可能成功的方法，這就是成長型思維的人所表現出來的樣子。與之相反稱為固定型思維 (fixed mindset) ，這樣的人會認為自己的能力是固定的，因此遇到新的困難會不願意嘗試，當遭遇挫折時也會很快就放棄，認為自己無法解決。杜維克教授認為，成長型思維的人能忍受困難、找出工作意義，長期下來比較容易進步，也就比較能夠成功。

成長型思維的人相比於固定型思維的人較有克服困難的動力與勇氣。圖＼pexels

過程決定方向，方向造就思維

那這兩種不同的思維模式是怎麼形成的呢？可以從一個研究的過程看出端倪。實驗找來一群孩子，先讓他們做簡單的作業，完成後會對一部份的孩子稱讚他「本人」，例如：「做得太棒了，你一定很聰明。」；對另一部份的孩子則稱讚他的「過程」，例如：「做得太棒了，你一定為此付出很大的努力。」

接著讓他們自由選擇第二輪的作業，結果發現，被稱讚「聰明」的孩子大部分都選擇了簡單的題目；相反地被稱讚「努力」的孩子則超過九成都選擇困難的題目。也就是說，如果人們注重的是孩子在過程中的努力，會讓他比較願意去嘗試有挑戰性、難度比較高的任務，培養出成長型思維；相反地如果只將結果連結到他本人的才能，就比較會為了維持同樣的好成績，而避免去挑戰與冒險而成了固定型思維。

這兩種思維的差異不僅在孩子身上，在醫學生及職場工作者的研究也都發現類似的結果。題目之一為「當我失敗時，會害怕自己沒有足夠的天份。」這樣把成功與失敗直接連結個人天份的想法，正是固定型思維的展現。因此，從這份結果來看，可以思考的是：教育過程是否讓學生關注過程而不是結果？

被稱讚「過程」的孩子對於解決難題有高度意願，且具有勇於挑戰的特質。圖＼pexels

找出不害怕失敗的勇氣

筆者一直認為，科學教育是最好的成長型思維養成。試想，一個科學實驗的形成在於觀察、假設、驗證與預測，最精華的部份就在於前半段的過程。因此，在教學當中需強調過程的重要性，讓學生細緻地去理解與體會過程中的細節與難處，而不是去強調用高科技、很特別的研究方法所做出來的驚人結果，才不會讓學生誤以為結果才是最重要的。

當然這概念說來不難但實際執行上並不容易，過去幾年筆者負責帶領幾組大二的學生進行心理學實驗，都會向學生事先說明實驗過程中一定會經歷失敗與挫折，甚至最後也不會得到預期的結果，但這些都是很正常的現象。實驗重要的是過程而非結果，即使最終結果與假設不同，也是很好的機會去探討過程是否有偏差及其它可能原因，這才是科學實驗課程想要帶給學生的體驗。

不過礙於進度與時間有限，學生常在沒得到預期結果後就得倉促完成報告，後續的討論與再驗證的部份沒能有足夠時間進行，以至於學生無法領會到科學研究的醍醐味，只記得曾經做了一個沒成功的實驗，有點可惜。或許，許多教學現場的老師們也都面臨類似的難處吧。

科學教育是最好的成長型思維養成，實驗最重要的精隨在於過程，勝於結果。圖＼GIPHY

用素養翻轉科學教育

108 新課綱強調的科學素養方向是正確的，嚴峻的少子化是危機也是轉機，讓老師們可以有更多的心力讓學生體驗科學的過程，而不是去背誦公式與各種科學結果。科學教育可以是「軟硬兼具」的，讓學生培養科學素養的同時也塑造了成長型思維，兩種實力都能夠在同一個歷程中成長，如此的教學改變是值得嘗試的。

〈本文選自《科學月刊》2020年 2 月號〉

在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

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文／王齡敏，獸醫師，社團法人台灣猛禽研究會猛禽救傷站主任。

全球各地的大城市當中，因建築的玻璃與鏡子等設計，經常會發生鳥類飛行時錯認這些是可飛行的路徑，導致撞上而造成傷亡的「窗殺」事件。窗殺可歸納為日間撞擊與夜間撞擊，兩者成因不同。

窗殺事件層出不窮，臺灣也該正視此問題，並研擬出相關的預防措施。

世界各國的窗殺事件

有一種人為的無心傷害，造成每年上億隻野鳥死亡。

這種因撞擊玻璃或建物而導致的傷害稱為窗殺 (bird-building collisions 或 bird-window collisions)。世界各地每年都有多起窗殺案例，舉例來說，美國約有 3 億 6500 萬 ~ 9 億 8800 萬起案例、加拿大約 1600 ~ 4200 萬起及南韓每年約 800 多萬隻野鳥死亡。

有一種人為的無心傷害，造成每年上億隻野鳥死亡。圖／mradsami＠Pixabay

雖然北美對野鳥窗殺議題已研究 30 多年，但在臺灣卻很少被提及與討論，相關的研究甚至付之闕如。

回歸到窗殺的發生原因，為何鳥類特別容易撞玻璃呢？

首先，鳥類（或大部分的動物）無法將玻璃辨識為隔離物或障礙物；
第二，鳥類雖具有翅膀可飛翔並來去自如，但也容易誤判如高樓的玻璃反射影像而撞上。

北美研究窗殺議題多年，美國明尼蘇達奧州杜邦學會 (Audubon Minnesota) 於 2010 年 5 月出版的《鳥類安全之建築指南》(Bird-Safe Building Guidelines)，大致將窗殺歸納為日間撞擊與夜間撞擊。

日間撞擊原因有二：

一為玻璃具有穿透性，因此玻璃帷幕或隔音牆等建物，若是位於鳥類可能穿越的路徑上，便會導致窗殺；
二為玻璃的鏡像反射效應，即使透明的玻璃也可能會產生鏡像的效果，更遑論貼有隔熱紙或特別設計為單向透視的鏡面玻璃。

甚至一些半戶外環境，如公廁或游泳池等設立的鏡子，鏡像效果導致鳥類無法分辨影像真偽，以為反射的遠景或山林影像可以飛過，因此一頭撞上，嗚呼哀哉。

夜間撞擊的原因則為燈塔效應 (beacon effect)，當夜間空氣濕度較高，或有霧氣或霧霾時，建築物的燈光會吸引遷徙中的鳥類，導致鳥類迷航而誤撞建物。

欸？原來那邊飛不過去嗎？圖／GIPHY

明尼蘇達的窗殺案例

筆者曾於 2013~2015 年間服務於美國明尼蘇達大學猛禽中心 (The Raptor Center, University of Minnesota)，當時聽聞明尼亞波利斯 (Minneapolis) 市中心將興建美國合眾銀行體育場 (U.S. Bank Stadium)，並計畫採用大面積的玻璃作為建築設計。

筆者在當地工作期間曾數次路過該體育館改建前的休伯特‧漢弗萊體育場 (Hubert H. Humphrey Metrodome)，由於當時對窗殺涉入不深，是無意間與一名猛禽中心的志工聊天而討論到此事，他表示很擔心這棟建築未來對於當地鳥類的衝擊。

而在筆者先前擔任野生動物獸醫師的職涯中，不時會接獲窗殺案例，但由於占傷病原因的比例並不高，所以過去筆者認為這只是不常見的偶發傷害。直到回國後，於 2017 年起在台灣猛禽研究會（以下簡稱猛禽會）進行猛禽救傷，發現為數不少的猛禽因撞窗而癱瘓，才逐漸意識到窗殺對於野鳥的衝擊。

後來明尼亞波利斯的新體育場於 2016 年落成，當地的研究人員蒐集並分析 2017 ~ 2018 年間的野鳥撞玻璃案例，他們除了合眾銀行體育場外，還監測當地其它 20 棟具窗殺風險的建築。

現已落成的美國合眾銀行體育場。圖／Wikipedia

調查期間共蒐集 1000 多起的鳥類窗擊案例，發現合眾銀行體育場窗擊事件占所有 21 棟建築的第二高位（225 ~ 229 件），其中包括 42 種鳥類（該研究調查到的窗殺鳥種共 75 種）。

報告中指出窗殺會因季節不同而有所變化，秋季明顯高於春、夏二季（冬季因當地過去研究窗殺機率低，故此研究未將其納入），秋過境期的窗殺比率為春過境期四倍，而候鳥遭窗殺的數量則較高，前五名物種皆是候鳥，分別為白喉帶鵐 (Zonotrichia albicollis)、黃喉蟲森鶯 (Leiothlypis ruficapilla)、橙頂灶鶯 (Seiurus aurocapilla)、黃喉地鶯 (Geothlypis trichas) 與灰綠叢森鶯 (Leiothlypis peregrina)，占此研究窗殺比例近 50％。

臺灣也該正視鳥類窗殺事件！

北美許多地區都有類似的研究報告與長期監測活動，但臺灣對窗殺的系統性研究目前仍未開啟，頂多只有一些零星的撞玻璃傷亡鳥類的花邊新聞報導。

筆者於去 (2019) 年起設立臉書社群「野鳥撞玻璃回報」，希望藉由網友的力量蒐集國內關於野鳥窗殺資料。另外，猛禽會也於去年獲得聯華電子主辦的「綠獎」青睞，計畫今 (2020) 年於臺灣北部地區執行野鳥窗殺調查與友善鳥類玻璃教育推廣，希望引起社會大眾、企業與政府對於野鳥窗殺的重視。

該如何避免窗殺？

看到這裡，或許讀者會急著想知道到底如何防止野鳥窗殺。其實江湖一點訣，說破不值錢，原理就在於想辦法讓鳥能「看到」或「看懂」眼前的玻璃（無論窗戶、鏡子或隔音牆等）是無法通過的阻隔物。

因此，凡是改善玻璃材質，如霧面、雕花或蝕刻圖案等；玻璃上裝飾，如貼或畫上密集圖案或大面積圖案等；與玻璃外布置，如掛上許多垂墜物、植生牆、圍欄和隱形鐵窗等，都有防治效果。

但依筆者經驗，最常見的錯誤防治法就是在面積不小的玻璃上只貼一張猛禽貼紙或鷹眼貼紙，認為鷹的形象可以嚇阻鳥兒不接近，但最後卻發現效果不彰。

大面積玻璃只貼一張猛禽貼紙並無法達到防止鳥類撞擊效果，圖為一隻翠翼鳩在貼有猛禽貼紙的旁側玻璃窗殺死亡。圖／姚正得

其實，這就如同在農田設立稻草人，鳥類會判斷環境中的威脅者，當牠發現貼在玻璃的飛鷹不會動，會判定沒有威脅，自然不當一回事，反而想從沒貼貼紙的玻璃處飛去而導致窗殺。

因此美國奧杜邦學會曾做過研究，想知道到底要布置多密，野鳥才不會飛撞玻璃。實驗結果顯示，寬 5 公分 × 長 10 公分（約 2 英寸 × 4 英寸）的布置間隔可以防止 90％以上的窗殺，或許讀者們可以參考，做為野鳥窗擊風險玻璃的改善準則。

窗外可使用間隔 10 公分寬的繩子垂掛，也有相當不錯的防治鳥類窗殺效果。圖／蔡宜樺

目標

航海家 1 號的兩大主要目標是木星 (1979 年) 和土星 (1980 年)。太空船上共搭載 11 組的科學儀器，其中的影像科學系統 (Imaging Science System, ISS) 包括兩台相機。窄角相機焦比 F/8.5，焦長約 1500 毫米 (mm)，水平與垂直方向的視角略大於 0.4 度；廣角相機 F/3.5，焦長約 200 毫米，兩方向視角都接近 3.2 度。

換句話說，窄角相機可以一次拍下大部分的滿月（視直徑約 0.5 度），解析度高；廣角相機視野內則可填滿 6 × 6 共 36 個滿月，但解析度較低。

月亮：我等著你來拍我呢（開玩笑的）。圖／GIPHY

相機的焦平面上使用的自然不是傳統底片，也不是現代常見的固態電子元件¹，而是承襲自先前水手號計畫 (Mariner Program) 改良後的光導攝像管 (vidicon tube)，比較類似早年的陰極射線管。水平與垂直方向各有 800 條掃描線，相當於 800×800 或 64 萬畫素的相機。

拍攝後的影像經過 8 位元的類比數位轉換後可存入磁帶或直接回傳地球。兩台相機都配備了 8 組濾鏡，最後太空船回傳了 39 幅低解析度的單色影像，另外 21 幅高解析度影像分別使用三組濾鏡瞄準行星，合成後可以產生彩色影像。

透過簡單的星空模擬軟體或精確的星曆計算程式，不難重現當年行星排列的概況。

首先，冥王星太暗不在拍攝計畫內、水星太靠近太陽，而火星幾乎背對著鏡頭，在太陽的強光中無法辨識。金星和地球「恰好」在最適合觀測的位置附近，也就是說，行星－太空船（觀測者）－太陽三者所夾的角度接近最大值，受太陽光的影響最小；同時，行星本身不發光，相對於太陽和觀測者的相位如同月亮的圓缺，不同方位看起來也呈現不同的亮度，必須一併考慮。

拍攝計畫考慮了非常多的因素呢！圖／GIPHY

當年航海家 1 號放棄造訪冥王星的機會，在完成了土星環和土衛六（泰坦）的觀測任務之後，以約 35 度的角度遠離行星繞太陽公轉的平面。60 億公里約相當於地球和太陽平均距離的 40 倍，也就是 40 天文單位 (au)。

換個角度來說，這時從太空船觀測地球和太陽之間的夾角，最大不會超過 1/40 弧度，約等於 1.4 度；而相機看到的太陽依然比地球上看到的天狼星亮 800 萬倍，相差超過 17 個星等。

星點

每 5 星等，亮度相差 100 倍。天狼星是地球夜空中最亮的恆星，視星等約 -1.5 等。

然而，反射陽光的行星有時候看起來比天狼星更亮，這和行星的距離、大小、相對相位、大氣和表面組成都有關係。

地球上看金星最亮時約 -5 等，如果有機會從金星軌道看地球應該比從地球上觀測火星大接近更壯觀。粗略估計，人們可以說地球型的行星亮度大約和太陽相差 10 星等以上，因為直徑就相差兩個數量級；木星直徑約地球的 10 倍大，反射面積增加 100 倍，相當於 5 星等，相對的也比較容易觀測。

土星外觀。圖／GustavoAckles@Pixabay

經過多年努力，面對不同意見、疑慮和實務上的困難，其實薩根也承認，即使從土星軌道看，地球和幾顆較小的行星仍然只會是照片中的一個星點，不會有太多的科學內涵；但另一方面，這是人類第一次有機會從如此遙遠的太空回頭認識自己的世界。

這也是影像科學系統的最後一組照片：為保留太空船電力等資源進行星際空間研究，ISS 在完成任務後隨即關閉。

從太陽系行星的邊陲地帶以光速行進 5 個多小時才到達地球，而照片在 3 月到 5 月間陸續回傳分析。 NASA 在美東時間 6 月 6 日召開記者會，正式公布這次觀測的結果。

記者會上，同時擁有普立茲獎桂冠的薩根指著照片中的微弱光點，向眾人介紹：這就是我們生活的地方，在一個藍色的小點上。

蒼藍

在 1968 年耶誕節前夕，首度脫離地球引力進入月球軌道的阿波羅 8 號的 3 位太空人，正執行繞月飛行任務為將來的登月做準備。

窗外單調的月球表面和坑洞、漆黑的夜空和繁星，彷彿進入幾乎黑白的世界。當地平線上忽然出現一顆藍色的行星冉冉上升，美麗的景象立即吸引 3 人的目光，放下手邊的工作按下快門，這意外的「地球初升」或「地出 (Earthrise)」也成為史上傳頌最廣的照片之一。

這就是當年拍下的「地出 (Earthrise)」照片。圖／Wikipedia

如果把鏡頭拉遠到航海家的軌道或更遠，加上若干比例的雲層反射就成了「蒼藍」。但是，同樣反射陽光的其他太陽系天體為什麼呈現不同的顏色？地球很特別嗎？未來人工智慧程式能夠從萬千個遙遠世界中分辨出具有獨特生命力的光點嗎？

1990 年代初期，太陽系仍是宇宙中所僅知的行星系統。2019 年諾貝爾物理獎頒給了宇宙學理論和類太陽恆星旁系外行星的新發現，是因為他們改變人類對於宇宙演化和地球在宇宙中地位的理解與認知²。近 30 年來，已有數千顆系外行星被發現，然而，能夠偵測到行星大氣吸收譜線或反射光譜的目標仍屬鳳毛麟角。

透過未來更大口徑的望遠鏡和特殊技術，佐以行星物理、大氣化學等分析，科學家有可能分辨出類似地球表面植被和大氣循環特徵等生命存在的可能信號，這正是目前天文生物學 (astrobiology) 熱門的研究主題之一。

也許有一天，比 AlphaGo 更先進的程式會突然暫緩執行中的枯燥任務，轉頭拍下傳世的照片？也許，另個程式能看透來自遙遠宇宙的蒼藍微光，如薩根寫下他對這微光背後人文歷史的關懷？

歷史其實有些弔詭。就在航海家 1 號相機完成終極任務之前不久，1989 年 11 月 9 日，柏林圍牆倒下了；30 年後的今天，人們透過新的科技又豎立起各種有形無形的高牆。持續破紀錄的氣象數字、災難成為常態、環境汙染進入生態循環，大自然並不在乎這些人為的疆界。

就在獅子座編號 HD 100655 的 6 等巨星旁有顆行星叫做「水沙連 (Sazum)」；或許附近軌道上還有一個暗淡藍點，上面有群外星天文學家正在研究著超級先進望遠鏡在寶瓶座方向拍到，一顆 10 等暗星——我們的太陽旁邊的奇異光點。

那是這兒。那是家。那是我們。同一個地球，同一片天空。

註解

詳請參閱《科學月刊》2009 年 12 月諾貝爾物理獎報導—〈奠定現代網路生活的發明〉。
詳請參閱《科學月刊》2019 年 12 月號諾貝爾物理獎報導—〈宇宙學〉與〈系外行星〉。

SETI@home是什麼？

今（2020）年 3 月初，美國柏克萊 SETI 研究中心（SETI Institute）發布訊息，該中心將於三月底停止對外提供觀測資料，SETI 是尋找地外文明（Search for Extra-Terrestrial Intelligence）的縮寫。

這項服務始於上個世紀 1999 年 5 月 17 日，至今已滿 21 年，這是讓一般民眾志願協助天文學家分析資料的計畫，只要用個人電腦就可以參與分析，這計畫稱做 SETI@home。

傳統客戶端（SETI@Home Classic）運行界面。圖／wikipedia

根據研究中心的統計，累計到 2008 年 SETI@home 已經超過 17 萬名自願貢獻者，超過 32 萬台電腦參與分析資料，現今平均計算能力高達 1.2 拍浮點運算（petaflops，〔註一〕）。相較於全世界超級電腦排名，大約是第 466 名，而全世界最快超級電腦的計算能力則是 148.6 petaflops。

20年前如何尋找外星人？原來是利用螢幕保護程式！

為什麼有這麼多自願者加入計畫？因為大家想知道宇宙是否有外星人。天文學有三大吸引大眾目光的研究：系外行星、黑洞和宇宙學。

去（2019）年 4 月事件視界望遠鏡計畫發布 M87 星系中心超大質量黑洞的照片轟動全世界；而去年的諾貝爾物理獎得獎的三位天文學家，研究方向就是系外行星和宇宙學。不諱言，找尋系外行星就是找尋外星人的前傳，要先找到可居住的家，才可能有生物，進而有機會發現高等文明。

SETI@home 上線的 1999 年是怎樣的年代？

大家現在熟悉的 iPhone，第一代是在 2007 年 6 月發售，開啟了智慧手機的時代，而 1999 年用的手機幾乎是諾基亞（Nokia）和摩托羅拉（Motorola）的天下，手機螢幕只佔整體的三分之一。

與這個計畫同年代的是這個宇宙無敵霹靂大隻的摩托羅拉（看著看著，連用詞都老了）圖／wikipedia

另外，當時個人電腦的主流 CPU 是英特爾（Intel）32位元的 PentiumIII 處理器，運算速度比現在慢了 10000 倍。電腦顯示器的厚度和寬度差不多，像一口大箱子，屬於陰極射線管顯示器（cathode-ray tube, CRT），螢幕玻璃的背面塗上紅綠藍三種顏色的螢光粉，顯示器利用高壓放電的方式，同時將三道電子束打向螢幕，產生多采多姿的影像。

當時主流的網路頻寬是 10 Mbps 乙太網路，大約只有現在的百分之一，家裡用的網路是透過電話撥接上網，這些都不是現在的讀者可以想像。

你們都在找我嗎？真不好意思（設計對白）。圖／tenor

雖是 1999 年啟動上線，SETI@home 的點子則來自 1994 年的一場討論，當時天文學家卡斯諾夫（Craig Kasnov）和電腦工程師傑岱（David Gedye）聊到如何激發大眾對科學的興趣，並且還能協助科學家分析資料，於是「大家一起幫天文學家找尋外星人」就成了最吸引人的點子。

傑岱將網際網路、分散式計算、地外電波訊號及螢幕保護程式結合在一起，民眾只要下載螢幕保護程式，在個人電腦空閒的時候，程式會在暗地裡下載電波訊號進行資料處理。

原本螢幕保護程式的功能是在電腦閒置時會自動執行的程式，藉以延長早期電腦 CRT 螢幕的壽命，現在除了保護螢幕，還可以找尋外星人，簡直是一舉數得，如果發現外星人，甚至可以名流千古。

追尋外星人其實是為了更了解自己

外星人的追風並不是現在才流行，美國亞利桑那州的羅威爾天文台（Lowell Observatory）是由波士頓富商羅威爾（Percival Lowell）在 1894 年建立。天文台建造以來成果豐碩，1930 年美國天文學家湯博（Clyde Tombaugh）就是在此處發現冥王星。

古今中外的人們都對底求以外的文明充滿好奇。圖／wikipedia

羅威爾最初建造此天文台的主要目的是找火星表面的文明遺跡，他深信火星表面看到的複雜條紋是火星人建造的運河。更早在 17 世紀，克卜勒也寫過一本有關月球旅行的科幻小說（Somnium）；而嫦娥的故事應該算是中國有關月球的科幻小說。

人們一直思考地球以外的文明，人類是宇宙孤寂的生命嗎？處於 21 世紀的人們，難道只能思考或者聽從一些飛碟組織宣稱外星人降臨或早就來到地球的說法嗎？

西方宗教將亞當和夏娃認做人類的始祖，是上帝照自己的形象創造出來的，而西方人自認上帝子民，居住的地球處在宇宙中心，任何異於地心說的論述都是邪魔歪道。

在科學的證據下，人們開始以開放的眼光看宇宙。圖／piqsels

在科學家藉由一連串的觀測證據下，人類不斷地從各種中心地位走下台階，地球不再是太陽系中心，太陽也非銀河系中心，甚至在熱大霹靂學說中，宇宙沒有任何位置是宇宙的中心。除此之外，人類也不再只是上帝唯一的複刻本，各種型態的生命都可能存在宇宙某個角落，它們未必是以碳氫氧的有機體存在，也不一定需要陽光、氧氣和水，在科學的證據下，人們要以開放的眼光看宇宙。

人類文明難道是宇宙千億年孤寂嗎？人們應該將搜尋地外文明視為人類對自己在宇宙的定位，及對宇宙生命起源的瞭解。

人們要做的不是執迷外星人出現在地球上的虛幻遺跡，應該用科學仰望浩瀚無垠的宇宙，更仔細且精確地找尋天際間的蛛絲馬跡，類似 SETI@home 讓一般大眾參與找尋地外文明的科學研究，不僅協助天文學家分析真正的科學證據，更可以進一步開拓個人的宇宙觀。

SETI@home即將結束，誰來接續尋找外星人？

隨著 SETI@home 停止服務，尋找地外文明是否也跟著停擺？其實天文學家還繼續收集和分析資料。

SETI@home 讓一般大眾透過螢幕保護程式，每次下載電波望遠鏡 100 秒資料，再剔除來自人造衛星、電視、廣播電台和各種有意義的天體電波訊號（如脈衝星），從中找尋「雜訊」，天文學家再藉由這些雜訊進一步分析是否為來自地外文明。

雖然 SETI@home 停止服務，但收集資料的阿雷西波電波望遠鏡（Arecibo Observatory）仍繼續正常運作，科學家仍可持續分析數據。圖／wikipedia

雖然在今年 4 月以後，這項公眾參與科學的工作不再持續，原本收集資料的阿雷西波電波望遠鏡（Arecibo Observatory）仍繼續正常運作，而天文學家將更深入分析過往 20 多年的資料。以前分析 100 秒資料就像是拿著放大鏡挨著大象分析皮膚的皺褶，現在則是向後退個三五步，從更寬廣的角度觀看並瞭解這隻大象。

而公眾參與科學研究的活動是否就此停止嗎？有鑑於 SETI@home 是一項非常成功的創舉，各種類型的科學研究機構早已紛紛推出自家版本的公眾參與科學計畫，例如

預測蛋白質三維折疊行為的 folding@home，
比較宇宙理論模型和實際觀測資料的 cosmology@home，
甚至有名為宇宙動物園（Zooniverse）的專門網站，提供將近 100 個網路公民計畫（Citizen Science），讓民眾直接上網站分析科學家提供的資料。

至於尋找地外文明的觀測計畫，除了原本阿雷西波電波望遠鏡，位在南非的 MeerKAT 陣列及中國貴州的天眼未來都有可能提供資料給 SETI 研究中心，其他相關研究仍不斷推陳出新。雖然科學界對於是否該主動搜尋地外文明的觀點分歧，但思考人們是否孤寂於宇宙，對人類自我定位和未來發展方向，肯定會有深刻的反思。

註解

petaflops代表每秒有1015次的浮點運算，而浮點是電腦系統中常見表達小數點數值的方法，可用於估算電腦效能。

〈本文選自《科學月刊》2020年4月號〉

在一個資訊不值錢的時代中，試圖緊握那知識餘溫外，也不忘科學事實和自由價值至上的科普雜誌。

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