• 文／陳明堂，中央研究院天文所及天文物理研究所研究員，兼天文所夏威夷運轉副所長。

去 (2019) 年，臺灣黑洞團隊與事件視界望遠鏡 (Event Horizon Telescope, EHT) 公布第一張黑洞照片。一年後，他們雖然沒有呈現新的黑洞照片，卻推出一張所未見的黑洞噴流影像。黑洞噴流如同兩隻金魚的發光體，起初讓研究團隊摸不著頭緒。所幸 EHT 強大的解析能力逐漸解開噴流的真面目，原來圖片左上的影像是噴流的源頭，右下則是逐步遠離的噴流。此外，這把宇宙等級的噴火槍其實是耀變體，在觀測中展現出許多令人驚奇的特性。

圖／Kim et al. (2020), EHT Collaboration

宇宙級的噴火槍：3C 279

在去年公布的首張黑洞影像後，事件視界望遠鏡團隊今 (2020) 年又再次發表另一張超高解析度的影像（下圖）。這次的目標是一個叫做 3C 279 的星體，影像呈現出一對橢圓狀的發光體。這兩個光體的位置左上右下，似乎處在一種隨遇而安的狀態。與去年發表的黑洞甜甜圈不同，反而像在一潭黝黑的池水中，偶爾浮上水面的兩條金魚。

今年 EHT 公布的 3C 279 影像。圖右是本次拍攝到的黑洞噴流，根據EHT 的分析，左上光影是噴流的源頭，右下光影則是正在遠離源頭的噴流。
圖片來源／J.Y. Kim (MPIfR), Boston University Blazar Program (VLBA and GMVA), and the Event Horizon Telescope Collaboration

3C 279 是一個類星體（quasar，下圖），位在室女座（Virgo Constellation，又稱處女座）附近，靠近春季大三角 (Spring Triangle) 的角宿一 (Spica)。

雖然肉眼看不見 3C 279，但是從過去的觀測，天文學家知道它是銀河系外頭的另一個星系。它發出的訊號，從低能量的無線電波、紅外線到可見光、紫外線延伸至高能量的 X 光，應有盡有；甚至也會發出強烈的超高能量的射線。

藝術家筆下的類星體 (quasar) 想像圖。 圖／ESO/M. Kornmesser

與去年的 M87* 黑洞相比，為什麼這次的影像中沒有看到甜甜圈呢？

因為 3C 279 距離地球太遠了，相比之下，去年拍到 M87* 離地球「僅僅」5500 萬光年，而 3C 279 則幾乎是 100 倍遠的距離。不僅如此，根據天文學家的估計，3C 279 中心黑洞的大小還不到 M87* 的五分之一。由於又小又遠，因此以目前 EHT 的影像解析能力，還無法完全看到 3C 279的黑洞，所以在此影像中才看不到任何的甜甜圈。

黑洞物理參數的比較

看不見甜甜圈沒關係，EHT 還是有辦法解析！

雖然看不到黑洞，但是天文學家可以利用 EHT 的超級解析能力來研究黑洞外圍的物理現象。

當環繞黑洞的星際物質從吸積盤掉進黑洞時，並非所有物質都會進入黑洞之中。其中一部份的物質會以電漿能量包的形式，以極高的速度從黑洞的兩個極點朝外噴出，物質噴出的速度趨近光速，這就是所謂的噴流。目前科學家還不了解噴流的確切成因，但是一般認為是吸積盤與黑洞周遭的磁力場所造成，這也是 EHT  的科學家研究 3C 279 的主要動機。

人們對黑洞的了解是建立在愛因斯坦的廣義相對論。黑洞是經由重力塌縮 (gravitational collapse) 後形成的星體，它具有質量、自轉和事件視界 (event horizon)。根據理論，任何發生在事件視界裡面的資訊都無法傳遞到外面，所以對外界的觀察者而言，黑洞的物理性質來自於事件視界之外的空間，因此事件視界代表黑洞的視覺大小。

2017 年 4 月的觀測期間，EHT 除了使用參與團隊的天文台之外，還另外動用其它兩組望遠鏡陣列，總共三組陣列透過不同的電波波長擷取 3C 279 的影像。其中，長波段的影像（超長基線陣列 VLBA 波長 7 mm）擷取到 3C 279 大範圍的相貌，影像明顯顯示左上角黑洞所在的熱點及從熱點衝往右下方向的噴流；中波段的影像（全球毫米波特長基線陣列 GMVA 波長 3 mm）把目光聚焦在靠近黑洞和噴流的起始點，期望從影像中能透露出關於噴流起源的訊息。但結果卻不盡人意，此波段呈現出來的影像幾乎是長波長的翻版，導致很難從結果中分辨出熱點和噴流之間的差別。

要看得更仔細， EHT 使用 8 座次毫米波電波觀測站同時朝熱點觀看，能提供更細微的影像解析能力（波長 1.3 mm），所得到的影像與中、長波段的結果相比，的確有出乎意料的發現。EHT 的影像出現左上與右下兩個獨立的部份，經由影像分析，EHT 團隊科學家認為右下部份訊號的移動方向與速度，和中、長波長影像中的噴流類似，因此他們認為右下部分的光影是大尺度噴流的一部份。此結論比較是可以預期，而沒有太多的爭論。可是該如何解釋位於左上的訊號就不是那麼容易了。

猶如宇宙噴火槍的耀變體

說到這裡，如果讀者對類星體有些認識，可能會猜測左上的光影應該是黑洞吸積盤發出的能量，黑洞就躲在巨大的吸積盤中間；而右下部份的狹長光影就是黑洞的噴流結構。噴流與吸積盤呈現接近 90 度的相對位置，此猜想符合天文學家想像中的類星體（下圖），可是問題卻沒有那麼簡單。

耀變體與類星體的示意圖，上圖的耀星體噴流方向非常靠近從地球的觀測視線。

3C 279 是類星體中的特殊例子，特別的地方在於它的噴流方向非常接近觀測的視線。如果把噴流當作是一把宇宙噴火槍的火焰，那麼在地球上觀看 3C 279 的方向幾乎是往火槍的噴嘴裡頭看進去，高能量的噴流就只對著地球上的觀測者打出來。由於都卜勒效應 (Doppler effect) 的關係，此噴流看起來會特別亮，因此天文學家給這類型的類星體一個特殊的名字：耀變體（blazar，或稱耀星體）。

令人匪夷所思的觀測結果

換句話說，從地球的角度觀測，3C 279 除了具有一個非常強烈的中心訊號源外，天文家認為應該可以看到整個吸積盤才對，並認為從此角度觀測，吸積盤應該是接近圓形。但是在 EHT 的影像中，左上的光體卻是個狹長的橢圓形，該如何解釋異形怪狀的吸積盤，對理論學家是一大挑戰。

有一種解釋說法認為，左上與右下的光影其實是一樣的，都是噴流的高能量聚集的電漿能量包。二者不同之處在於，左上的能量包非常接近黑洞的噴嘴，並以更對準觀測者視線的角度而來，當然此角度並不完美，因此高能噴流的還是會在觀測的視線中投射出一個狹長的橢圓光影。雖然可以合理解釋觀察到的左上光影，但又該如何解釋左上與右下的能包移動的方向似乎不一樣？難道噴流會改變它的方向？

關於這一點，天文學家從其它類星體的觀測經驗，知道由於吸積盤附近的強大磁場作用，噴流的確有可能改變方向。在類星體中心的磁場作用下，噴流的路徑可能比上下 360 度翻滾的雲霄飛車還複雜，因而造成 EHT 觀測到的奇怪影像，所以目前 EHT 的團隊相信這是一個比較合理的解釋。

觀測「超光速」移動的噴流？

這次 EHT 共花了4 天的時間觀測 3C 279，而每天都會產生一組非常類似的影像，經過仔細檢查，EHT 的團隊發現影像中的兩個光體的距離每天都有些不同。事實上，兩個光體正在分開中。此觀察符合前一段的論證：左上的光影代表噴流的源頭，右下是正在離開的噴流。

有了 EHT 望遠鏡的超級解析度，天文學家可估計噴流的移動速度。EHT 的團隊發現右下的能量正以超過 10 倍光速的速度離開噴流的源頭位置。讀者可能會納悶，超光速運動是有可能的嗎？

其實天文學家在半世紀前就已經知道，類似耀星體所發出來的噴流「看起來」會有超光速現象 (superluminal motion)。如此奇怪的現象是因為高能量的噴流速度接近光速，但是由於觀測角度的關係，從遠方看起來噴流的速度超過光速。此現象其實可以用相對論解釋，所以看起來超光速並不代表真正超越光速。

超光速運動真的是有可能的嗎？圖／GIPHY

宇宙的更多故事等著被挖掘

53 億年前，那時太陽系正在慢慢成形，地球根本還沒存在。然而，隨著科學的進展，一個發生在距離地球 53 億光年外的物理現象，竟然被天文學家看到了！

此次 EHT 發布的影像雖然沒有如同去年 M87* 黑洞的影像引起一陣轟動，然而 3C 279 的影像透露出來的新資訊，似乎讓天文學家產生更多的問題與好奇。這就是科學發展，隨著 EHT 突破性的觀測儀器發展，人們將會看到許多前所未見的現象，並引導好奇的科學家們，更進一步了解所處在的宇宙。

突破性的觀測儀器發展，將會引導好奇的科學家們，更進一步了解所處在的宇宙。圖／GIPHY

2017 年參與 EHT 的八座望遠鏡中，臺灣參與建造或運作的一共有三座，包含夏威夷的次毫米波陣列 (SMA)、詹姆士克拉克麥克斯威爾望遠鏡 (JCMT) 和智利的阿塔卡瑪大型毫米波及次毫米波陣列 (ALMA)，再加上貢獻運作經費與觀測人力，讓臺灣團隊占有顯著的地位，這也是總共 13 席的 EHT 董事成員，臺灣中研院就占兩席的原因。

臺灣團隊一手主導的格陵蘭望遠鏡，直到 2018 年才加入 EHT，並參與 3C 279 的觀測。目前的觀測資料正在處理中，EHT 團隊期待格陵蘭望遠鏡的加入，能夠揭露更多噴流結構的細節，能讓天文學破解出黑洞周遭的祕密。如此的結果將會大大的提升臺灣天文學家在黑洞研究的地位，也讓臺灣獨特的貢獻受到世人的重視。

延伸閱讀

• Jae-Young Kim et al., Event Horizon Telescope imaging of the archetypal blazar 3C 279 at an extreme 20 microarcsecond resolution, Astronomy & Astrophysics, 2020.

本文轉載自《科學月刊》 宇宙中的噴火槍—黑洞噴流影像現蹤跡

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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• 洪景川／臺北市立天文科學教育館視聽組研究助理退休，現任臺北市文山與士林社大天文課程講師。

急速增光的 C∕2019 Y4 彗星在飛向太陽前，出現了彗核裂解的突發現象。再次應證了「彗星是不穩定而且不可預測的」？

C∕2019 Y4，或稱 ATLAS、撞地警報彗星，是一顆軌道近似拋物線、離心率為 0.99871621 的彗星，由「小行星陸地撞擊最後警報系統（Asteroid Terrestrial-impact Last Alert System, ATLAS）」在去（2019）年 12 月 28 日的自動巡天觀測時所發現。

它曾經是今（2020）年截至今日最亮的彗星，總光度在 3 月底時視星等約為 7 等，到 4 月中旬卻已降到僅 9 等左右，光度比最亮時暗 6 倍多，甚至比同在夜空中的 C∕2017 T2（PanSTARRS）、C∕2019 Y1（ATLAS）和 C∕2020 F8（SWAN）等彗星還要暗淡。為何如此？原來這顆彗星在 4 月 2 日左右，經歷一次重大的分裂解體事件。

4 月中旬時，人們尚可使用望遠鏡在鹿豹座（Camelopardalis）中找到它，貌似光線瀰散的天體。由於可能剛經歷彗核解體事件，因此這顆彗星是否能夠繼續增亮，尚屬未知數。但是天文學家原先預估它將在 4 或 5 月時達到肉眼能見到的亮度，似乎已不可能達成。

彗星的發現過程和亮度變化

2019 年 12 月 28 日，它從位於夏威夷茂納羅亞（Mauna Loa）火山頂上 0.5 米口徑的賴特－施密特式望遠鏡（f∕2 Wright-Schmidt Telescope）所拍攝的影像中被發現。當時此彗星位於大熊星座中，以視星等 19.6 等的亮度發光。丹諾（Larry Denneau）是第一個辨識出這顆彗星的人，並立刻將其通報到小行星中心（Minor Planet Center, MPC）的網頁上，以便向其他天文學家發出警示。隨後幾天的進一步觀察中，發現它出現彗髮。持續觀察追蹤，又發現彗尾變得越來越明顯。

2 月初到 3 月底間，亮度從 17 等激增至 8 等，增加近 4000 倍。單單在 3 月份，光度就增加 4 個星等。彗髮淡綠色的外觀是由雙原子碳 C2 的發射所產生的，估算它具有約 330 萬公里長的多色彗尾，雖然外側當時仍很黯淡，但是氣態狀的細絲結構可以掃過背景恆星的前方，觀察起來狀似一個瀰散的天體。不料在 4 月初時，發生重大的彗核分裂或破碎事件，C∕2019 Y4 突然變暗。

C∕2019 Y4 彗星是中央大學鹿林天文台 SLT 40 公分（cm）望遠鏡長期監測的目標之一。組圖可看出彗星從 2020 年 3 月 19 日到 4 月 9 日之間的亮度變化戲劇性過程。原本持續增亮的彗星於 3 月 29 日時開始變暗。（林忠義影像提供；林啟生、蕭翔耀、侯偉傑觀測）

彗星的軌道與位置

在它剛剛被發現時，距離太陽約 3 個天文單位。基於先前的觀測結果，推斷它具有約 4400 年的軌道週期和 0.25 AU 的近日點距離。經計算比對發現，C∕2019 Y4 和歷史上的 C∕1844 Y1 彗星（又稱1844年大彗星）竟然具有十分相似的軌道元素，表示 C∕2019 Y4 和 C∕1844 Y1 可能是同一母體彗星的碎片。

NASA 噴射推進實驗室小天體資料庫（JPL Small-Body Database, SBDB）使用 2020 年 2 月 18 日曆元為基礎來計算，顯示 C∕2019 Y4 的軌道週期約為 6000 年，但該計算包括在行星區域內的誤導性擾動。在彗星進入行星區域之前，一種更合理的重心計算顯示「飛入軌道週期」應約為 4800 年。預計於 2020 年 5 月 31 日到達近日點，之後離開行星區域，「飛離軌道週期」約為 5200 年。

在 2020 年 1~3 月期間，C∕2019 Y4 位於大熊星座（Ursa Major）方向；4 月份時則位於鹿豹座中；預計在 5 月 12 日之後將進入英仙星座（Perseus）。5 月 23 日時逢朔，屆時與太陽離角達 17 度時，將通過近地點。在 5 月 31 日通過近日點時，它將位於金牛座（Taurus）的方向，與太陽離角減為 12 度。

彗核的分裂與可能解體？

據馬里蘭大學（University of Maryland）天文學家葉泉志和加州理工學院（California Institute of Technology）張啟成使用拉帕爾馬島（La Palma）上的利物浦2米望遠鏡（Liverpool）對 C∕2019 Y4 進行一系列的觀測，顯示原先的點狀彗星假核（pseudo-nucleus）已演化出細長形的彗星假核，長度約為 3 角秒，並且與彗尾的軸線方向一致。

這種變化形態與彗星塵埃噴出量突然下降，甚至跡近停止噴發的現象頗為一致。彗核似乎已分裂成兩塊，前方較尖的一塊與隨後截面積較寬的第二塊之間出現了間隙，因此推論彗核已開始分裂。

使用鹿林天文台的影像觀察到 C / 2019 Y4 彗星兩個碎片的詳細報告。（林忠義影像提供；林啟生、蕭翔耀、侯偉傑觀測）

其實早在 4 月 6 日，幾位天文學家就在《天文學家電報》（The Astronomer’s Telegram）中通報 C∕2019 Y4 可能已經解體的推斷，碎裂的原因可能是釋氣（outgassing）的結果，導致彗星的離心力增加。

此外，塞爾維亞天文學家斯莫里奇（Igor Smolic）和塞庫里奇（Miodrag Sekulic）使用貝爾格勒天文台（Astronomical Observatory of Belgrade）維多耶維卡（Vidojevica）觀測站的米蘭科維奇（Milankovic）1.4 米 f∕5.1 望遠鏡對 C∕2019 Y4 進行攝影，發現彗核已經分裂成至少五塊，光度由 3 月底的 7 等變暗降低至 4 月中旬的 10 等，判斷彗星可能已經解體，並且可能將逐漸消散。

亮與不亮，這是一個好問題

預測一顆彗星是否能成為明亮又彗尾悠長的大彗星是相當困難的，因為有許多因素都會影響彗星的後續表現，致使偏離預測的光度。如果彗星本身擁有一顆龐大而活躍的彗核，且近日點足夠接近太陽，在它光度最亮時沒有被太陽遮掩能從地球觀察，就有機會成為大彗星。

然而歷史上，1973 年的科侯德彗星（Comet Kohoutek，C∕1973 E1）雖然符合前述的所有標準，也曾被預測會成為壯觀的世紀大彗星，但結果並非如此。而 1976 年出現的威斯特彗星（Comet West，C∕1975 V1）彗核曾分裂成四個部分，卻從原先對它期望不高到後來意外地成為令人印象深刻的大彗星。

至 20 世紀末期，有很長的一段時間都沒有出現過大彗星，直到兩顆大彗星接連現身：

• 1996年的百武第二號彗星（Comet Hyakutake，C∕1996 B2）拖著 120 度長的長彗尾和高達 0 等的光度亮麗現身；繼它之後，海爾─博普彗星（Comet Hale–Bopp，C∕1995 O1）在 1997 年達到最大亮度 -1.4 等，而且還拖出兩條明亮而異色的彗尾。
• 21 世紀的第一顆大彗星則是麥克諾特彗星（Comet McNaught，C∕2006 P1），於 2007 年 1 月時光度高達到 -5.5 等，並且成為 40 年來最明亮的彗星，呈現出寬廣巨大的扇狀彗尾。

如同前面提及的威斯特彗星，其第一份彗核分裂報告出現於 1976 年 3 月，當時它已分裂成兩個部分。這些彗核碎片在當時是極少數被觀察到彗星發生分裂的案例，之前最顯著的例子是 1882 年大彗星。1882 年大彗星與本文所討論的 C∕2019 Y4，都同屬於「克魯茲族彗星」的成員之一。

近年來，許多克魯茲族彗星都曾被觀察到彗核於通過太陽附近的過程中，發生了分裂。這麼說來，此次令人意外沒能成為世紀大彗星的C∕2019 Y4，彗核分裂甚至面臨解體的結局，應該要算是意料中的事了囉？

感謝鹿林天文台觀測員林啟生、蕭翔耀、侯偉傑的觀測和林忠義博士提供影像。

〈本文選自《科學月刊》2020年5月號〉
科學月刊∕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 / 曾瑤光（中興大學昆蟲學系三年級）

Take Home Message

近期，沙漠飛蝗（Schistocerca gregaria，Desert locust）不僅造成東非地區嚴重的農作危害，更已成群飛往巴基斯坦、印度，甚至逼近中國。儘管目前行政院農業委員會動植物防疫檢疫局推斷，喜好乾旱和氣候的蝗蟲入侵風險不大，不過，面對來勢洶洶的蝗蟲，人們仍應對此有所認識，並全力防止牠們對臺灣作物可能的侵襲。

蘇丹遭遇嚴重的蝗災。（非本次事件照片）圖／wikipedia

這幾個月以來，沙漠飛蝗造成東非地區非常嚴重的蝗災。聯合國糧食及農業組織（Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO）已發布橘色警戒，聯合國更是宣布將提供 1000 萬美元給世界農糧組織對抗沙漠蝗蟲。

多年研究昆蟲行為學又專攻直翅目的中興大學教授楊正澤表示：「臺灣的農政主管單位動植物防檢疫局基於職責，立即啟動植物疫情監測系統，主要是針對可能會對臺灣造成最大威脅的東亞飛蝗或稱作菲律賓飛蝗（Locusta migratoria）」。

其實，經統計，蝗災並不是少見的現象，在一般蝗蟲和其他病蟲害等造成的農業傷害就佔了 30~40％。「飛蝗蝗災大約 13~15 年才會發生一次，就算是區域性的危害，也因為發生地區主要都在惡劣地形，相對在農業上造成的損害，其實僅僅只有 0.2~0.3％。」楊正澤表示。

而這次蝗災之所以被聯合國糧食及農業組織關切，原因在於沙漠飛蝗造成的是作物一次性的損害，農民經濟收入掛零，直接影響當地民眾生計。所以在分析今（2020）年蝗災是否特別嚴重之前，得要先來了解沙漠飛蝗的生理特性。

沙漠飛蝗的特別之處

沙漠飛蝗。圖／wikipedia

沙漠飛蝗，分類上隸屬於直翅目（Orthoptera）蝗科（Acrididae）沙漠蝗屬（Schistocerca）。植食性的昆蟲，食草範圍廣泛，偏好禾本科的作物，如玉米、稻米和小麥等糧食作物。牠們棲息在沙漠等惡劣環境，平時多半呈散居型（solitary phase），在局部地區或雨季時有群居型（gregarious phase）的傾向，並有遷徙的習性。

飛蝗遷徙的行為會造成蝗災快速擴散，其中的多形性（polyphenism）更佔了很重要的角色。多形性，又稱多態性，指蝗蟲會在受到刺激後發生變型（transformation）。「作為觸發多形性的誘因，可以是從外在環境到昆蟲的內在因子皆有可能。」對這部分的研究，楊正澤解釋：「飛蝗的外表型態，包含了體色、斑紋、大小和身體比例等蛋白質的表現上都有可能發生改變。」

「尤其這次蝗災又多發生在非農業密集區，一般來說，不經常發生翻土、除草等耕作行為的農地會更易受到蝗蟲的侵害。」楊正澤說道。這些土地在面對接踵而來的大雨和水災等極端氣候的接連影響下，導致長期乾旱呈散居模式的蝗蟲，得以趁著有降雨的時間，為了獲取食物而大量的聚集、繁衍並進行高密度的產卵。「根據研究顯示，這些卵可以在惡劣環境中存活長達 180 天之久，所以可以適應沙漠乾季時的惡劣乾旱環境。」

而遇到雨水的飛蝗卵就如久旱逢甘霖，會順利孵化。若蟲平均一平方公尺可以達到一萬隻以上的驚人數量。飛蝗若蟲逐漸長大直到環境負載力逐漸超載，擁擠的環境便會成為另一誘因，產生「擁擠效應」，刺激終齡若蟲的多形性被誘發，使成蟲型態發生變型。「例如翅身的比例構造會更適合長途飛行，體色從綠、褐色變成黑、黃色。在成蟲初飛前會轉化成鮮紅的體色，看到紅色的蝗蟲，我們就可以知道牠要開始遷徙了。」楊正澤解釋。而沙漠飛蝗的飛行更可達六百公里之遠，此時的飛蝗也會從散居模式改變為群居模式。

另外，群居刺激多形性的觸發，也會在沙漠飛蝗身上發生一項廣為人知的生理轉變——毒性，牠們會變得具有毒性而無法食用。最近，昆蟲學家研究發現，這是由於牠們體內一組 CYP305M2 基因，該基因可以使飛蝗在受到攻擊時，合成劇毒的氰化氫（hydrogen cyanide，化學式HCN）作為防禦。

東亞飛蝗與臺灣

東亞飛蝗。圖／wikipedia

除了沙漠飛蝗，同樣具有遷徙習性的東亞飛蝗（Locusta migratoria manilensis）也許更廣為人知。「因為西南季風和黑潮效應所帶來的氣流影響，根據歷史紀錄記載，臺灣早在 1655 年也曾有疑似東亞飛蝗的侵襲紀錄。」楊正澤說道。

對於蝗蟲而言，季節性的氣流是幫助牠們長距離遷移的助力，但隨著氣候變遷、地景生態及社會發展土地利用對地貌造成的改變，已有數十年未曾有大規模侵襲臺灣的紀錄，使得這些歷史記載漸漸變得不可考，然而，這就代表不需要防範於未然嗎？答案是否定的。

正因為現今蝗災的預測變得較為困難，沙漠飛蝗就成為他山之石，讓臺灣對東亞飛蝗的侵襲超前佈署、未雨綢繆。當有一日東亞飛蝗再度來襲時，便能有相對應之策略，而不是成災時束手無策，讓農民的心血功虧一簣。

面對一波波嚴峻的考驗，還可以做什麼？

近期，沙漠飛蝗相關的新聞經常充斥在電視、報章雜誌中，而對於一般大眾來說，可以對環境的保護做些什麼？

楊正澤認為：「雖然無法對蝗災提供直接幫助，但民眾可以自主進行『環境行動研究』，平常試著多認識昆蟲、多關心環境，若是發現入侵種即可迅速通報，避免其大發生。」除了持續的關注蝗災訊息，若能研究昆蟲生物、分類學等專業知識，幫忙辨識外來種，期許人類在面對天災時能夠從容且聰明有效率地解決問題。

〈本文選自《科學月刊》2020年6月號〉
科學月刊 / 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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• 林翰佐／銘傳大學生物科技學系副教授，科學月刊總編輯。

在科學研究中，知識分為假說、學說及定理等名詞，不同的名詞代表知識的不同位階。在科學家找出事物的真理前，知識需要不斷地驗證、推翻及更新。而在近日的疫情下，生命科學的研究成果仍具有許多不確定性，而學界、當權者及民眾之間的資訊傳遞，有賴於良好的溝通與宣達，社會大眾仍不妨以持平的心態看待相關的研究，藉由時間的驗證與不斷思考釐清相關的真實性。

新冠病毒的相關研究備受矚目。圖／pexels

新冠病毒疫情全球肆虐是當今社會上最為關注的重要議題，連帶周邊相關的科學研究議題也成為大眾關切的焦點。在各種媒體及討論平台上，諸如戴口罩的防疫效果、病毒的起源、需不需要進行普篩、各種消毒水的使用方法及效果等，每每引起大眾熱烈的討論。

但是，越是鑽研這些學術發表，越發覺得這些文獻往往無法給出爽快的答案，大多數呈現模稜兩可的結果，有時候不同團隊的研究結論根本南轅北轍，讓人莫衷一是。科學研究為何如此的不確定？人們該以什麼樣的角度來看待科學研究所呈現出來的結果？藉由目前社會大眾的「科學心」大爆發，一起來談論此議題。

假說、學說、定律：知識可信賴的層級之分

讀者應該都聽說過假說（hypothesis）、學說（theory）及定律（law）等科學相關名詞，如牛頓運動定律與生物學中的內共生學說（endosymbiotic theory）等。這些名詞上的使用並不是學術界人士的故弄玄虛，而是一種知識的區別，如同部隊中的階級，標示出不同知識內容的穩固性。

舉例來說，假說是科學知識當中最為低階且最容易被新證據挑戰及顛覆。假說等級的知識，大部分建立在科學家基於目前知識的理解，對於當前面臨的議題及現象提出的一種解釋與說法。有時這類的解釋只是一種說明，並沒有更進一步的實證試驗加以驗證。定律則是所有科學知識當中最為堅實的，一項被冠以定律的科學知識，意味著該知識在絕大多數的科學實驗中能一再地被證明無誤，且大多數的專家均認同此說法。

熟悉專利申請的讀者可能對永動機（perpetual motion machine）有鮮明的概念，某些人士宣稱永動機在不需要外界能量輸入下可以不斷運動並對外做功，此機械一直是人類熱衷研製，也是發明界的「聖杯」。然而，永動機的概念顯然與目前的熱力學定律相牴觸，所以宣稱具備永動機要件的發明專利申請並不會被世界大多數國家所受理，臺灣也包括其中。

儘管永動機顯然不符合既有的科學定律，仍激發不少人浪漫的想像。圖／wikipedia

科學定律當然也並非真理，當有新的科學證據出現時，同樣也可以對既有的科學定律進行挑戰，不過這也意味著新的論點也必須接受一再的實踐證明。基於定律等級的知識幾乎普世科學家都接受，想要推翻需有相當程度的證據力。

談到這裡讀者會發現，目前人類所累積的知識，其實並非像是由某位不世出的天才所發現，再廣為大家所接受。事實上，即便是目前各界已廣為認同的科學知識，在提出的當下均需要相當程度的捍衛，甚至會有被指涉成為異端的可能，例如義大利科學家伽利略（Galileo Galilei）等人的遭遇。

民眾對知識的理解是緩慢的，大家對於根深蒂固的想法往往難以更動，加上很多科學知識的理解均超越「眼見為憑」的傳統認知經驗，需要靠精確的辯證，甚至於實驗室工作及數學公式的推導與計算中驗證，對於一般大眾而言均是理解上的障礙。

生命總有例外，生命科學難有定律

敏感的讀者會發現，在生命科學界，似乎不同於物理化學的物質科學有許多的定律。生命科學中的知識大都停留在學說等級，這意味著學界對於某種生命科學現象的解釋，不像物理學家解釋物理現象時來的堅若磐石。

筆者認為造成此現象的原因很多，而生命體的運作相較於物理學更為複雜，加上「生命中會找到出路」，挑戰大眾對多數生命體研究歸納後所得到的知識，以致透過分析與論證的說法總有一些漏網之魚的例外，進而降低這些學說在涵蓋面向的完美性。在生命科學之中，找到「萬物服膺之準繩」是有難度的。

研究文獻多需專家判讀與討論

回到本文嘗試討論的焦點，基於生命科學中有相當的複雜及不確定性，所以一項知識的確定需要更長的時間，更多的研究加以證明或否定，例如人類大腦中在成年以後到底有沒有幹細胞的問題，不同專家之間就會有相當的歧見。

科學實驗看起來是一個較為客觀的解決方法，但事實上生命科學的實驗，中間涉及的細部環節很多，例如進行動物試驗時選用哪種品系的小鼠，要使用多大年齡、性別的小鼠，飼養方式所使用的飼料等，均可能使研究成果相左，這些研究結果的判讀往往需要受過訓練，從事相關領域的專家進行文獻的閱讀與討論進行推斷。即便是專家，但如果不是在該領域中浸淫許久的研究者，往往也無法從中得到研究中透漏的真實訊息。

防疫視同作戰，將帥無能會累死三軍

藉由個國家全體人民的相互理解與配合，才能達到防疫的目的。圖／pixnio

「防疫視同作戰」雖說是一句口號，但筆者認為話語中其實相當具有深意。帶兵打仗需要群體一致的認知與行動，所以對內資訊的傳遞，有效的溝通其實相當的重要。臺灣此次疫病防治的成效，絕大部分的成功在於一般民眾能夠接受並執行相關的防疫措施，這點在自由度甚高的歐美地區，要在一定的時間內透過居民的理解而後配合，就有較高的難度。

「兵無常勢，水無常形。」面對新型疫病，有相當的不確定性，因此在相當的時間壓力下，要如何消化有限的資訊辨別期間的意涵，有賴政府邀集相關領域的專家進行討論形成決策執行。決策的訂定其實涉及的層面很廣，除了科學面向之外，也須顧慮到民眾的心理及經濟層面等面向，需要考量的範圍需要更為寬廣與周全。

新冠肺炎諸多科研發表，有待時間沉澱考驗其真實性

大眾對疫情及相關科學研究的關注，長遠來看是相當好的事情。從這次疫情當中，很明顯的可以看出一個國家的國民對科學知識的理解程度，是對抗疫情蔓延的重要關鍵之一。但對於相關科學研究進展的新聞，筆者認為仍需持平以待，人們正處於新冠肺炎疫病研究的學術前沿，風暴的中心點，即便是學術研究仍是虛虛實實，真實性究竟如何有待時間的沉澱與考驗。

延伸閱讀

• 林翰佐，〈大腦神經再生陷論戰－狼煙再起〉，《科學月刊》第591期，14~15頁，2019年。

〈本文選自《科學月刊》2020年6月號〉
科學月刊∕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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• 翁榮南／美國奧克拉荷馬大學地質博士，長期從事油氣探勘及有機地球化學研究，曾任台灣中油公司探採研究所所長。

今（2020）年初因新冠病毒疫情不斷延燒，連帶影響經濟，使石油需求大減，油價屢創新低，導致近年來快速發展的頁岩油產業被迫急速減產、受創嚴重，前景備受關注。頁岩油，是藉由水平鑽井與高壓液裂技術等開採手法，將散布在非油氣藏的地層中的石油採出。目前，美國因為頁岩油成為全球第一大產油國，改變石油市場版圖。

因油價大戰，導致油價下跌。圖／pxfuel

新冠病毒疫情衍生石油市場風暴

今年初 2019 冠狀病毒疾病（COVID-19）疫情快速蔓延，為了控制疫情，各國紛紛祭出鎖國、封城及限制外出等防疫措施，嚴重影響經濟活動，衝擊石油市場。全球的石油需求量疫情爆發前每天約 1 億桶，驟降 2500 萬桶。石油供過於求的現象導致油價崩跌，美國西德州中級原油（West Texas Intermediate, WTI）價格，由疫情前每桶 50~60 美元區間，3 月已跌到 40 多美元，跌幅近 30％。

為了挽救油價，石油輸出國組織會員國及同盟國（OPEC plus）緊急召開減產協商會議，但沙烏地阿拉伯與俄羅斯談判破裂，導致產量不減反增，引發油價大戰，油價繼續跌至 30 美元以下，創近年新低。

面對如此低油價，4 月的二十國集團（Group of Twenty, G20）會議在美國的斡旋之下，總算達成減產協議，自 5 月起 OPEC Plus 日產量先減少 970 萬桶。只是此次罕見的大減產仍不足以解決供過於求的問題，油價持續跌到每桶約 20 美元。 4 月 20 日油價再度暴跌，甚至出現史上前所未見的負油價。WTI 的 5 月期貨價跌到每桶 -37.63 美元，主要原因是原油供過於求，美國 WTI 原油期貨交割地奧克拉荷馬州庫欣區的石油儲槽容量不足。

頁岩油是本次的油價戰及負油價事件的關鍵。圖／wikipedia

這次的油價戰及負油價事件背後都與頁岩油有關。近年來，美國因頁岩油的成功，使石油日產量最高達到 1310 萬桶，其中頁岩油產量多達 960 萬桶，約佔 70％。而疫情風暴衝擊下，頁岩油產業的處境及展望備受矚目。

非傳統頁岩油氣與傳統油氣

頁岩油氣，顧名思義是賦存在頁岩中的石油天然氣，被特別稱為非傳統，是因為有別於長期以來傳統的油氣探採標的——地層中的油氣藏。石油天然氣是頁岩層（又稱為生油岩）中的有機質埋藏受熱所生成，頁岩中生成的油氣一部分會排放出來在地層中流動，其中有部分在適合的時空條件下聚集到地質圈閉構造內的儲集層，最常見的如孔隙率及滲透率良好的砂岩，形成一個富集油氣的油氣藏。

英國蘇格蘭的西洛錫安地區見證了早期頁岩油氣的榮景。圖／wikipedia

18 世紀中期石油工業出現後，探採業者不斷發展各種探勘及鑽採技術，大規模地上山下海探採油氣藏，因此，傳統油氣資源耗竭的隱憂揮之不去。

事實上，地層中除了聚集在油氣藏的油氣之外，有更多的油氣是散布在非油氣藏的地層中，包括殘留在頁岩內未排放出來的油氣，或排放出來賦存在孔隙率及滲透率較差的緻密砂岩層內。這些被歸為非傳統油氣的資源，因為技術上不易開採而不具經濟價值，一直不是業者的探採目標。

頁岩油氣的崛起

2000年代初，美國德州的石油業者在傳統的油氣藏日益枯竭之後拓展探採觀念，創新應用水平鑽井及高壓液裂技術開採油氣藏附近的頁岩層，取得商業性的成功。非傳統頁岩油氣探採一時蔚為風潮，油氣產量大增，對石油市場及經濟政治影響至鉅，甚至被譽為「頁岩革命」。因此，頁岩油氣儼然成為油氣資源耗竭夢靨的終結者。

1880 年至 2010 年間的油頁岩產量（以百萬公噸計算）。圖／wikipedia

其實，開採頁岩油氣與其說是場革命，稱為進化或許較為貼切。頁岩油氣是藉由精進的科技，成功拓展到較不易開採的新領域。傳統探勘油氣藏有如海底撈針，地質風險大、成功率低，但一旦找到，因為油氣富集密度高、孔隙率及滲透率佳，因此容易開採。

而頁岩油氣的探採目標，是油氣含量較高且容易液裂的頁岩層或緻密砂岩層，稱為甜蜜點（sweet spot），目標相對較大，探勘成功率高。但因為油氣層緻密，必須藉由水平鑽井增加與含油氣地層接觸的面積，再高壓液裂地層，同時注入添加劑支撐裂縫，才能釋出油氣。由於液裂穿透的地層範圍有限，單口井的生產率下降很快，生產壽命較短且產量有限，為了維持產量必須大量且密集的鑽井，因此頁岩油氣的生產成本，一般而言每桶 40~60 美元，較傳統油氣藏高，成為後來石油市場油價戰的起因。

美國在科羅拉多州的油頁岩開採設施。圖／wikipedia

頁岩油氣發展初期，大量的頁岩氣生產導致美國國內天然氣供過於求，氣價大跌，無利可圖。後續業者在 2010 年起轉而投入頁岩油，產量逐年增加，攪動既有的石油市場。而中東產油國面對新的競爭者，紛紛祭出以量制價的策略，企圖以低油價將頁岩油趕出市場，造成 2014 年油價崩跌。對此，美國頁岩油業者雖一度受到打擊而萎縮，但反而致力精進探採技術及優化鑽井生產作業提升產能，很快捲土重來，終於 2018 年締造美國成為第一產油國。此外，頁岩油氣開採技術也被應用在開採傳統油氣藏。

美國頁岩油氣快速發展的原因，除了最重要的技術創新應用外，其他還包括良好的石油地質條件、政府法令多方大力支持、企業強烈的企圖心、成熟的產業經營環境及充沛的市場資金等。各國豔羨美國頁岩油氣的成果，汲汲爭相模仿，但礙於缺乏上述的有利因素，至今仍少見完全成功。不過開採頁岩油氣可能造成環保問題，如汙染地層水和誘發地震等爭議也是影響發展的因素。

後疫情時代的頁岩油展望

新冠病毒疫情重擊石油業，尤其是頁岩油，除了重演油價戰爭，也讓業者提前感受到未來可能的經濟萎縮及能源轉型對石油市場的影響。對於石油的前途，引發石油需求高峰的議題，保守者認為現在已到達需求高峰，而樂觀者則認為在全球人口及生產總值仍不斷增加下，疫情後石油需求仍會回到原來的上升軌道，並預計最快在 2040 年達到需求高峰。

或許，石油及化石能源未來終將逐漸退場，不再是獨大的能源，但在石油世紀落幕與再生能源接軌前，仍將是經濟發展所不可或缺的一環，頁岩油在石油市場上也將是重要角色。

現階段頁岩油產業面臨大舉退潮，業務萎縮甚至重整及破產倒閉，無疑將有一段艱苦的日子。截至 6 月中，雖然疫情持續中，經濟活動已部分重啟，油價迅速回升到每桶 35 美元以上。而近期的探採投資取消、延後或縮減，使頁岩油鑽井平台數目持續減少，在沒有新鑽井填補舊井造成產能下降的情況下，將影響石油產量，刺激油價繼續回升。利之所趨，頁岩油經過汰弱留強，創新優化技術，勢必東山再起。

而美國不會輕言放棄自身這項得天獨厚的產業，頁岩油的故事也將持續下去。

〈本文選自《科學月刊》2020年7月號〉

科學月刊∕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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• 廖英凱／非典型的不務正業者、興致使然地從事科普工作、科學教育與科技政策研究。對資訊與真相有詭異的渴望與執著，夢想能做出鋼鐵人或心理史學。

2019 冠狀病毒疾病和 5G基地台等新興科學與技術議題，除涉及知識鴻溝和價值差異外，也涉及當代科學的不確定性，不確定性既可來自科學發展中與事實有關的未知謎題，也可涉及與價值有關的選擇與判斷。

圖／af.mil

今（2020）年初始，2019 冠狀病毒疾病（Coronavirus disease 2019, COVID-19）自中國武漢往世界蔓延。

面對來得又急又快的新型病毒，世界各地也因不同的文化與教育程度，催生出了各種謠言或假訊息。而在各種真假訊息之中，令人匪夷所思的是隨著 5G 網路（5th generation mobile networks）的陸續商轉，4 月初在英格蘭與荷蘭，即發生民眾誤信 5G 網路會散布新冠病毒（SARS-CoV-2），或認為 5G 網路會損害免疫系統，而聚眾焚毀基地台。

若將時間拉回到 16~17 世紀，歐洲各地正處於「獵巫」審判的最高峰，彼時人們認為巫術信仰與厄運、疾病和死亡有關，相信與巫術信仰有關的巫師或女巫及其屍首會帶來災禍，必須要以火刑淨化。事證的檢視與刑罰的判定，多在世俗法庭而非宗教審判所，也欠缺神學與法律的嚴謹基礎。

歷經 4、500 年後，人們已不再將疾病導因於巫術與巫師，但對於新興疾病的未知特性，卻歸咎給了基地台、電磁波和當代新興科技。荒誕的燒毀基地台辟瘟，似乎也頗有千年傳統再次感受的味道。啟蒙時代（Age of Enlightenment）至今三百載，人類自詡進步之路上，似乎還出了點什麼問題……。

電磁恐慌？主流科學難以撼動的經典傳言

恐懼電磁波、電場和磁場對身體帶來危害一直是部份環境和公衛等倡議人士關注的焦點。在臺灣十餘年來，舉凡如行動通訊基地台、雷達站、變電所、高鐵車廂與電子產品等，都曾遭遇過抗議或要求電磁強度標示或管制等倡議。

許多環境倡議者強調新興科技對健康的疑慮。圖／pixnio

這類議題也不斷重演著少數環境倡議者與科學家的論戰。此類論戰大致可化約理解為環境倡議者多強調新興科技對健康的疑慮、主張環境電磁波的總量管制和警語標示，可視為一種持守「預警性原則」的保守心態。但科學社群則多強調電磁場的物理性質、人造電磁場與地球環境電磁場的相比、大規模公衛研究的成果及原分子尺度的因果研究，可說是一種基於「科學實證」的進取態度。

這兩類迥異態度的拉鋸，是有助於科技政策制定中的事實認定和價值判斷釐清的必要爭論，政策制定與溝通正是在兩種態度的權衡中尋求符合在地情境的最佳解。然而，兩種態度的爭論，呈現於一般傳媒、利害關係民眾所接受到的訊息時，往往僅存片面、造成恐慌與偽科學的資訊。最終演變成倡議者對抗科學霸權的血淚控訴，與科學社群對民眾科學素養低落的失落無策。

走向科學？先天不足後天失調的崎嶇路

對於追求前沿知識的科學社群，當中的科學研究體制成熟且穩定發展。但對於不屬研究者的一般公眾，科學知識在日常生活的取得、理解與應用，仍屬陌生且艱難。特別是對於涉及科學的社會議題，受到科學知識發展高度分化的影響，一般公眾幾無餘力充分理解議題中所蘊含的科學知識，難以在專業知識層次上與該領域專家平等對談，而往往仰賴受信賴的專家論點與指引。科學議題也可能受到來自利益和不當理念驅動的惡意倡議，使科學內容受到誤解、扭曲或偽造。

此外，如 2019 冠狀病毒疾病和 5G 基地台等新興科學與技術議題，除涉及知識鴻溝和價值差異外，也涉及當代科學的不確定性，不確定性既可來自科學發展中與事實有關的未知謎題，也可涉及與價值有關的選擇與判斷。這使得從公眾的角度看待科學時，科學並非也不該總是呈現對錯分明的樣貌，而是具有多元解讀、結論模糊的特色，而仰賴眾研究者勇踏前人未知之境的恆常努力。

人們自覺關乎自己時，才會有所行動。圖／giphy

當科學議題與風險有關，而仰賴公眾權衡輕重時，內在於公眾的心智機制，也不利於科學議題的判斷。舉凡疫苗、基改、公共衛生、能源與環保等諸多涉及科學的社會議題中，人類對風險判斷過程的損益權衡，常有不一致或矛盾的判斷標準，甚至可受到修辭的影響。例如特維爾斯基（Amos Tversky） 和卡尼曼（Daniel Kahneman）在 1981 年提出的研究發現，當一個議題被描述為 30％ 人死亡或描述為 70％ 人存活，對於公眾就會產生迥異的情緒感知進而得到不同的決策或判斷。

這種認知上的特色，使得人類感受到的風險與實際帶來的風險並沒有正相關。而當風險事件引發情緒時，人類容易讓情緒感覺驅動行為決策，例如使人過度害怕愛滋病毒卻輕忽肥胖，過度害怕焚化爐空汙卻輕忽菸害，更有甚者，會傾向於詆毀新科技的問世。

因此，若要細究焚毀基地台防疫民眾的動機，可能並非單純的科學知識缺乏或誤信錯假訊息。還跟外在於公眾──科學發展的複雜與不確定性，及內在於公眾──風險判斷的心智認知有關。

內化科學？知識傳遞的百年窠臼

科學議題判斷的困難，促使廣義的科學界肩負起「撥亂反正」的責任。然而，時至今日，無論體制外的科學傳播或體制內的科學教育，既難堪稱知識傳播的主流於回應真實世界的科學議題，也常有相當距離。儘管近年科學傳播理論已開始轉向具有雙向溝通、參與真實社會議題的「公眾參與科學」，或導入宏觀「科學素養」的科學教育理念。

但多數科學傳播文本或形式，仍屬將科技新知、艱難知識轉化並報導給目標受眾，多維持單方向知識傳遞的「公眾理解科學」階段，較少理解公眾因應科學議題的脈絡，而略難呼應真實社會的科學爭議。科學傳播者雖作為科學知識和公眾之間的「中介者」，但如《科學月刊》前總編輯林基興博士等，直接涉入爭議科學議題的溝通或決策場域也屬罕見。

林基興博士在泛科學的專欄文章。圖／截圖自泛科學

回首臺灣的情境，雖然沒有誇張到燒毀基地台，但也曾有抗議氣象雷達站與阻擋海底電纜的社會爭議，迄今也有現任立委因顧慮電磁波危害，在選前提出反對雷達站、各式基地台和海底電纜等主張。

形塑科學文化的使命，不僅止於教化與啟迪，更在爭議科學議題的辯證之間。

延伸閱讀

• Gawande, A., The mistrust of science, The New Yorker, 2016/6/10.

〈本文選自《科學月刊》2020年7月號〉

科學月刊∕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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• 黃楓台／美國俄亥俄州立大學工程力學博士。專長為衛星軌道分析與太空資訊分析，目前負責太空產業推動工作。

太空時代的來臨雖拓展人們的視野，但火箭發射過程及報廢衛星所造成的太空垃圾卻也引發許多安全問題，而近期中國長征五號 B 的殘骸墜落事件，又讓各界開始討論太空殘骸的處置。太空垃圾可分為無控制與可控制兩種類型。無控制的殘骸需隨時監控，並預測可能的墜落位置；而可控制的太空垃圾在經過規劃後，可順利掉落在位於南太平洋中心的太空墳場。

太空垃圾分布示意圖。位於地球靜止軌道上的環狀帶、位於近地軌道上的雲狀帶為兩個主要的分布帶。圖：WIKI

節節推進！衛星與太空船的發射過程

發射衛星或是太空船，要靠發射載具一節一節火箭的推進、脫離、再推進及再脫離，逐步加速至進入軌道所需速度，再與最後一節火箭分離後進入軌道。多節火箭的尺寸與重量，通常是第一節火箭最大，第二節次之，而後逐漸變小。

除非像是 SpaceX 的獵鷹 9 號（Falcon 9）第一節火箭可以回收再使用，一般來說，發射載具前幾節的火箭在發射過程中，會在燃料燃燒完畢後先行脫離墜落到預先規劃的區域，而最後一節火箭則會達到軌道運行的速度，成為另類的人造衛星或太空垃圾在太空中繞地球運行。為避免最後一節火箭變成太空垃圾，有些火箭會在與衛星分離後，再進行一次反向推進控制，使火箭速度小於入軌速度，返回地球燒毀於大氣層中。

SLC-40上的獵鷹9號全推力型運載火箭，載有執行CRS-8任務的天龍號太空船。圖：WIKI

長征五號 B 的火箭結構、任務與結果

長征五號是中國為了探月、載人及太空站任務所研製的最大型發射載具，運載能力可將大於 22 噸的衛星送入低地球軌道，也能將重達 14 噸的衛星送入地球同步轉移軌道（geostationary transfer orbit, GTO，〔註〕）。

長征五號的外型分為兩種形式，一種是兩節火箭外加四個輔助推進器的長征五號發射載具，另一種則是一節火箭外加四個輔助推進器的長征五號 B 型發射載具。根據資料顯示，長征五號的第一節火箭高度為 31.7 公尺，直徑 5 公尺，總重 182.4 噸，燃料重量 165.3 噸，而僅有火箭的結構體也有約 17 噸，可說是一個龐然大物。

今（2020）年 5 月 5 日，於海南島文昌基地發射的長征五號 B 發射載具搭載兩項酬載，包含新一代載人太空船試驗艙及柔性充氣式貨物返回艙試驗艙。在火箭升空約三分鐘後，四具輔助推進器分離掉入海中，並持續利用第一節火箭推進，在發射八分鐘後分離，酬載與第一節火箭本身皆進入低地球軌道。

由於公開資料沒有顯示最後入軌道高度，根據 5 月 9 日的美國追蹤資料顯示，火箭正在高度 152～270 公里間的橢圓軌道上繞地球運行。在此高度且沒有進行額外軌道維持的情形下，由於大氣阻力的影響，火箭會在幾天內返回地球。最後該節火箭殘骸經確認在 5 月 11 日太平洋時間 8 點 33 分，掉落在非洲西岸的大西洋與象牙海岸。

與長征五號 B 相比，2018 年墜落地球的中國天宮一號太空站，尺寸長 10.4 公尺，最大直徑 3.35 公尺，重量約 8.5 噸，跟長征五號第一節火箭相比算是小巫見大巫。也難怪哈佛大學－史密松天體物理學中心（Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics）的天文學家麥克道威爾（Jonathan McDowell）表示：「長征五號第一節火箭是自 1991 年 39 噸重的禮炮七號（Salyut-7）以來，重返大氣層的最大失控物體。」

2020 年 5 月 5 日 長征五號 B 火箭首飛成功：

甚麼是太空墳場？低地球軌道太空垃圾的處置方式

自 1957 年發射第一顆人造衛星迄今，人造的太空垃圾包括停止任務的衛星、入軌火箭、火箭與衛星等碎片已超過 1 萬 7 千個，主要分布在 3 萬 6 千公里的地球同步軌道及 1000 公里以下的低地球軌道。

為了保護人類對於太空使用的永續性，有兩種建議各國對於任務結束的衛星的處置方式。若是地球同步軌道衛星，可以將衛星送到離地球更遠的地方；而在低地球軌道的衛星，則可以讓衛星減速降低軌道高度，使衛星能在 25 年內落到大氣層中燃燒掉。然而對於低地球軌道上的大型太空垃圾，因為進入大氣層後，仍有未燃燒完全的部分殘骸將會掉到地球表面，進而可能對人類產生危害，也因此每當有大型太空垃圾掉回地球時，總會引起各太空大國的注意，發布最新軌道運作的情形。

重返地球的太空垃圾可分為無控制與可控制兩類。對於無控制的太空垃圾，雖然可以透過地面雷達追蹤與數值模擬預測最後掉落位置，提前預警避免造成更大傷害，但是太空垃圾的表面積可能因滾動而不斷變化，再加上太陽活動導致大氣密度改變的不確定性，使得預測重返的地球時間會有誤差。若以飛行速度每秒 7.5 公里的太空殘骸為例，當預測重新進入地球大氣層時間有一分鐘的誤差，則可能造成掉落的位置出現約 450 公里的差距。

對於可控制的太空垃圾，在地面的操作人員則可以規劃一個人煙罕至的區域，讓太空垃圾掉落，此地點稱為太空墳場。太空墳場又稱為尼莫點（Point Nemo），正式名稱為海洋難抵極（Oceanic Pole of Inaccessibility），或是南太平洋無人居住區（South Pacific Ocean Uninhabited Area）。

尼莫點是地球表面距離陸地最偏遠的地點，位於南太平洋中央的海面上，與最近的陸塊相隔 2688 公里（圖一）。尼莫點是由加拿大測量工程學家盧卡泰拉（Hrvoje Lukatela）在 1992 年所發現，他以法國小說《海底兩萬哩》（Twenty Thousand Leagues Under the Sea）中的角色尼莫船長命名，其中的尼莫（Nemo）是拉丁語「無人」的意思。

圖一：位於南太平洋中央的太空墳場尼莫點，尼莫點是地球上距離陸地最遙遠的位置，與最近的陸地迪西島相隔約 2688 公里。

依據報導，目前大約有 250~300 件太空垃圾被棄置在太空墳場，迄今為止，從太空掉落到地球的最大物體是 2001 年的俄羅斯和平號太空站（Mir）的太空實驗室，重量高達 120 噸。

小心頭頂！大型太空垃圾從天降

中國目前規劃在 2021 年和 2022 年還要再發射至少三次長征五號 B 火箭，酬載分別為天和號核心艙、問天號實驗艙及夢天號實驗艙，因此未來幾年還會有幾次不受控制的大型太空垃圾再入地球。雖然臺灣面積不大，被掉落的大型太空垃圾波及機會不高，但是國人還是要提高警覺，避免「禍從天降」。

〔註〕地球同步轉移軌道是衛星要從較低高度的軌道，移動到 3 萬 6 千公里高的地球同步軌道的一種軌道。

延伸閱讀

1. Stephen Clark, U.S. military tracking unguided re-entry of large Chinese rocket, Spaceflight Now, 2020.
2. Moinak Pal, Massive Chinese rocket falls back to Earth; biggest once since Salyut 7 Space Station fell in 1991, Times Now, 2020.
3. Point Nemo, Earth’s watery graveyard for spacecraft, Phys.org, 2020.

〈本文選自《科學月刊》2020年 8月號〉

科學月刊／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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• 林翰佐／銘傳大學生物科技學系副教授，科學月刊總編輯。

一名日籍留學生被檢測出新冠病毒弱陽性，核酸檢測結果的循環閾值（threshold cycle, Ct）僅 37.38。經過推算約略等於 0.04 個拷貝數，透過 PCR 反應擴增 1800 億倍始可被測得。利用 PCR 原理的核酸檢測法具有超高放大的特性，使得該檢測具有相當的靈敏度，但也因此容易受採樣位置、是否汙染等狀況影響結果，因此需要多次檢測綜合判斷。

新型冠狀病毒疫情全球肆虐。不過在臺灣，隨著本土「零確診」的日子持續累進，大家似乎逐漸淡忘了疫情困擾，成為全球少數可以維持正常生活的幸運分子。不過最近的一則新聞又挑動了大家的敏感神經，一位滯留臺灣的日籍留學生在返回日本之後被篩檢為陽性。

大家不禁要問，臺灣的零確診，究竟是真實，抑或是虛幻一場？

疫情之下，人們何去何從呢？圖：GIPHY

在這個案件當中，該名學生檢體在循環閾值（threshold cycle, Ct）僅 37.38，這是什麼意思？為什麼有人說其實這樣的數值，充其量只能算是「弱陽性」，甚至於是「偽陽性」呢？我想可以藉由這樣一個新聞事件，來科普一下聚合酶連鎖反應法用於檢測病毒感染的相關知識。

核酸聚寶盆！PCR 反應快速擴增 DNA 片段

聚合酶連鎖反應法（polymerase chain reaction, PCR）是一種利用酵素將特定 DNA 迅速合成、擴增的一種生物技術。

這個由生化學家穆利斯（Kary Mullis）發明的技術，透過三段溫度控制的方式完成雙股 DNA 的分解（denature），引子黏合（annealing）在解開的單股 DNA 上，開啟延伸合成一股新的互補 DNA 鏈（elongation）的步驟，使 DNA 能在體外（in vitro）複製。不斷重複這樣的過程，就能在數小時之內將特定的 DNA 片段擴增到數百億倍。

聚合酶連鎖反應簡圖。圖：WIKI

PCR 技術有如核酸的「聚寶盆」，只要擁有少許的 DNA 樣品，便可以產出足量的片段作為後續檢驗的基礎。此技術目前應用甚廣，除了生物醫學研究之外，也運用在法醫等鑑識科學之中，像是親子血緣鑑定便是運用少量檢體（頭髮的毛囊、口腔黏膜細胞等）進行 PCR 反應，進而比對親子之間樣本的異同。技術發明者穆利斯也因此於 1993 年成為諾貝爾化學獎得主。

由於 DNA 的半保留複製（semiconservative replication），理想的 PCR 反應會以 2 的 N 次方的方式擴增 DNA 片段。傳統 PCR 技術多半設定進行 30 次反應，理想的狀況可以將原本的 DNA 放大超過 10 億倍。當然 PCR 反應中 DNA 產物無法一直依照完美的指數圖形延續下去，材料一旦產生短缺，產物量便會趨於平緩，達到所謂的「停滯期 （plateau period）」。

qPCR 螢光技術，讓 PCR 產物偵測更靈敏

即時定量聚合酶連鎖反應（quantitative real-time PCR , qPCR）是一種透過螢光偵測技術，檢測 PCR 反應中 DNA 產物含量的一種技術。相對於傳統的 PCR 技術，qPCR 可以解決 PCR 技術當中定量的問題，同時也可以更靈敏的偵測到 DNA 產物，並縮短檢驗時間。

所以目前我們針對新冠病毒檢體的核酸檢測皆以 qPCR 為主，只要設計好新冠病毒專屬的引子，與 DNA 螢光染劑，就能透過 qPCR 去檢測檢體中是否有病毒的核酸，甚至推算出病毒的數量。

文章開頭提到的「循環閾值」的意思，邏輯上可視為「可偵測到預設螢光強度的最少循環數」。所以說，以日本留學生的案例來說，就是指當 qPCR 反應達到 37.38 次循環後儀器可以偵測得到訊號。循環次數 37.38 意味著 DNA 片段被倍增了 2 的 37.38 次方，也就是擴增了 1788.55 億倍。

qPCR 技術的靈敏度又是如何呢？這涉及到 qPCR 儀器的靈敏度以及使用螢光染劑的靈敏度。就實務來說，筆者認為染劑的靈敏度才是 qPCR 技術上的門檻。SYBR green 是 qPCR 技術中最常使用的 DNA 螢光染劑之一，根據廠商提供的資料， SYBR green 的靈敏度大約在 60 pg（皮克，10-12 g）DNA 左右。

在螢光顯微鏡下，用SYBR Green染色的鯡魚精子樣本。圖：WIKI

所以，Ct 值 37.38 的意義，就是說原始樣本經過 1788.55 億倍擴增，達到 60 pg DNA 的水準。就此回推，原本檢體中新冠病毒特定基因片段的量，大約是 60 pg／1788.55 億，經過單位的互換大約在 3.35 x 10^-22 g。

循環閾值 37.38 代表甚麼？樣本病毒量是多是少？

對於大多數的人來說，我們真正想知道的是，在樣本中有多少病毒？也就是我們常說的拷貝數（copy number）。而前述的  3.35 x 10^-22 g 的 DNA 中有多少個擴增片段的拷貝數呢？片段分子量 50925 除以亞佛加厥常數（6.02 x 10²⁴）可以得到一份擴增片段的重量，3.35 x 10^-22g 除以上述的一份擴增片段的重量，就可以推估原始樣本當中有多少擴增片段。含量其實相當低，只有約 0.04 個拷貝數，意味著樣本當中可能只有 0.04 隻病毒。

當然這樣的估算還有些其他變因存在。PCR 反應存在著許多的變數，不太可能每次反應結果都會出現完美的 2 的 N 次方。新冠病毒的 RNA 基因體（genome）需要先經過一段稱為反轉錄反應（reverse transcription）的過程，反應效率也會左右最終推算的結果。不過，透過這樣的推算，我們還是可以理解，原始樣本當中病毒的含量仍然是位於相當低的範圍。

基本上，qPCR 核酸檢驗是目前新冠病毒最靈敏的檢驗方式。然高達近 1800 億倍的放大反應中，只要有一些狀況（如樣本的汙染），便有截然不同的檢驗結果。也由於新冠病毒好發於下呼吸道，有時也會因採樣位置的不同而有不同的結果，故利用這些高靈敏的檢驗方式，合併多次檢驗結果來研判結果，是較具公信力的方式。

近日疫情指揮中心亦陸續公告該留學生相關接觸者的核酸檢驗與血液抗體的檢測結果，多數為陰性結果，應無社區感染疑慮，大家可以放心。

延伸閱讀

Gawande, A., The mistrust of science, The New Yorker, 2016/6/10.

〈本文選自《科學月刊》2020年8月號〉

科學月刊／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／曾耀寰│中央研究院天文與天文物理研究所研究副技師，科學月刊理事長

人類文明之所以能快速躍升，原因在於文字的紀錄，人的情感、經驗與智慧不僅存留在口語相傳，透過文字紀錄才能代代地準確流傳。當經驗和智慧的長久累積，人類文明的才能大步前進。為了讓後人能夠快速地從中學習，認字識文便成了提升個人素養能力最有效且迅捷的方法。

舉例來說，我們無須從頭摸索來烹煮美食或煎烤糕餅，只要手邊有適當的烹飪食譜，跟著大廚寫下的烹煮步驟，就可以儘速入手，而為了看懂食譜，就需要認字識文。

文字讓情感跟經驗能夠被精準且永久地流傳。圖：Pexels

臺灣識字率不斷提升

認字識文是世界各國整體文化最基本的標準，內政部於今 （2020）年三月， 發布去（2019）年全臺 15 歲以上的人口識字率為 98.96%，男性的 99.8% 略高於女性的 98.13%；而 2018 年國際學生能力評量計畫（Programme for International Student Assessment，PISA）的閱讀排名，在 79 個國家與經濟體中，臺灣排第 17 名（2009 年為 23 名），分數為 503 分，第一名則是 555 分。

從臺灣參與評量的學生當中進行深入解析，顯示女性優於男性，且相較於 2009 年，男女之間的差距縮小。高分群學生比例增加，校際間差異縮小，城鄉差距縮小。整體來說，臺灣在閱讀方面有全面性的進步。

臺灣學生的閱讀程度有長足的進步。圖：Pexels

不只要識字，還要懂得深入了解文本內涵

對於閱讀，大多數人認為只要能識字，能讀懂一般報紙、文章或網路新聞，並能從中獲得資訊就足夠了。這也許在幾十年前，或是網路時代以前是足夠的，但在 21 世紀這已是落伍的概念。識字當然是閱讀的前提，相當於現今電腦設備的輸入，要了解輸入詞彙的表面意義需藉由電腦進一步分析；但深入認知，並能從中看出重點，進一步發揮推論，則像是電腦工程師的功能。

我們現在要學習的閱讀，是要培養類似電腦工程師的發揮和推論。

教育部於 2019 年，正式發布了 12 年國民基本教育課程綱要，當中明白表示，為了因應社會的快速變遷，學生要學的是核心素養。根據總綱對核心素養的定義是指一個人為適應現在生活及面對未來挑戰，所應具備的知識、能力與態度。也就是說，學校不該只給知識，還要培養學生的能力和態度。

PISA 的閱讀素養評量有五個歷程，藉此測量閱讀者是否對文本有全盤的理解。這五個歷程包括「擷取訊息」、「形成廣泛的理解」、「發展解釋」、「省思與評鑑文本內容」和「省思與評鑑文本形式」。簡言之，PISA 強調的閱讀是要從手中的文本（文字內容）盡量找出有用的知識，進一步理解，並從中找出規律而能推論出文本沒有寫出的內容，且最後要重新審視文本。

閱讀素養能力是往後課綱所會強調的重點。圖：Pexels

閱讀素養和科學相似之處：資訊蒐集能力和先備知識

對於學習自然科學的人應該會發現，PISA 閱讀的歷程其實就是科學方法，只不過 PISA 是將大自然或科學研究的對象換成文本。胡適說過：「大膽假設，小心求證。」這算是科學方法的部分，要假設前，必須有夠多的實驗數據或收集資料，從中歸納出規律，以此規律演繹出之前沒出現的預測，然後小心求證，藉此審視原本歸納出的規律是否正確。

但不論閱讀或研究科學，在跨出第一步之前，必須要有足夠的先備知識，否則一開始就無法從文本或大自然中擷取到有用的訊息，更不用提後續的歸納和演繹。先備知識和科學方法，或 PISA 的評量歷程，就像金庸小說《笑傲江湖》的華山派劍宗氣宗。氣宗說以氣禦劍，劍只是附屬工具，劍宗則反之以劍為主，我們曾聽過「四兩撥千斤」，這巧勁就是劍宗的精髓。

其實練劍（科學方法）與練氣（先備知識）都重要，若僅有先備知識，卻不知如何使用，就像《天龍八部》的段譽，空有一身內功，卻使不出六脈神劍；若僅會科學方法，就像另一位主角王語嫣，說得一嘴好功夫，卻只是弱女子。

如何從文本中擷取並歸納資訊，將是閱讀素養培養的一大要點。圖：Pexels

掌握先備知識、閱讀要領，方能培養出素養能力

對於科普閱讀，先備知識尤為重要，因為文本通常不會特別說明先備知識。讀者若不熟透先備知識，接下來的歸納演繹全是胡扯，即便有最後的審思驗證把關，也全都枉然。例如電視購物推銷中，常見的某種遠紅外石墨烯負離子能量毯、鈦鍺手鍊及太赫茲量子磁石項鍊等產品，都是看準大家對基本名詞、先備知識不懂，才有這類保心安的產品。

因此，閱讀一篇科普文章之前，需將科學相關先備知識弄清楚，接下來需了解文章的主旨與目的，找出立論的客觀事實，哪些論述是歸納自客觀事實，這些又能推論或預測哪些可驗證的論述。若能有系統地閱讀科普文章，把握閱讀要領，從中學得科學知識和科學方法，無形中培養出素養能力，對學生未來的發展成就，甚至國家的整體競爭力提升，必會引起關鍵性的幫助。

先備知識對於科普閱讀來說相當重要。圖：Pexels

「科學生」平台即將上路，讓學生對科學不再生疏

《科學月刊》創刊超過五十年，一直以來都是由國內科學家、專家學者撰寫科學文章，藉由介紹科學新知，傳播科學方法和科學精神。有鑑於大眾逐漸重視科普閱讀，《科學月刊》特別與泛科學及南一書局合作，共同成立具備學習歷程記錄的線上學習平台：「科學生」。

現今《科學月刊》每期不僅刊載科學新知和科學性評論，還有針對特定科學議題的專輯文章。此外，也針對中學生學校所學的自然科學，設立數學、物理、生物、化學、地球科學及科技等專欄，以及精選文章。此平台將這些資源經由南一書局改寫成短文，並佐以系統性評量，可加深中學生閱讀能力。

「科學生」是一個全新概念的學習平台，相信在《科學月刊》和泛科學提供的紮實內容，讓學生不再對閱讀生疏，並能愛上科學。

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〈本文選自《科學月刊》2020年9月號〉

• 賈新興／臺灣大學大氣科學系博士，前中央氣象局長期預報課課長，現職為天氣風險管理公司總監。

夏季是颱風出現的季節，往年的 7 月平均會有 3～4 個颱風生成。但今（2020）年 7 月卻罕見地無颱風生成，主要原因是季風槽受太平洋高壓，以及較大的垂直風切所導致。

颱風消失了？生成條件大盤點

每年的 7 月是颱風開始活躍的月份，平均而言，7 月都有 3～4 個颱風生成，從 1951 年以來的颱風生成資料顯示，歷年 7 月最少都有 1 個颱風生成，最多則有 8 個颱風生成，分別是 1971 年 7 月和 2017 年 7 月。

然而今年的 7 月，整個西北太平洋海域卻靜悄悄的，沒有半個颱風生成，到底是發生了什麼事，讓 7 月颱風銷聲匿跡了呢？就讓我們一一檢視颱風生成的條件。

生成條件一：溫暖的洋面

颱風生成在海面上，廣大的洋面能提供足夠水氣，當水氣蒸發釋放潛熱時，就可以讓颱風有足夠的能量成長。

一般來說，當海水溫度超過 26°C 時，才會產生足夠的水氣。而西北太平洋地區，每月氣候平均的海溫都在 27°C 以上，其中 2 月的平均海水溫度也有 27°C（圖一）。

圖為東經120度～160度，與北緯5度～20度之間的區域，即西北太平洋區域平均每月海溫值。通常海水溫度高於26℃時可以產生足夠的水氣，而往年7月的平均海溫都超過27℃，是颱風形成的重要條件之一。

因此，西北太平洋溫暖的海域，時時刻刻都有足夠的水氣提供颱風生成所需的能量。從西北太平洋區域今年 7 月平均的海水溫度分布圖發現，整個西北太平洋的海溫至少都超過 29°C（圖二）。

溫暖的洋面，雖然提供了足夠的能量，但為什麼颱風仍舊長不出來呢？讓我們再檢視其它颱風生成的動力條件！

條件二：活躍的季風槽

颱風是個逆時針旋轉的低壓中心。夏季時，當北半球的西南季風，和太平洋高壓所帶來的東風或東北風相遇，兩者所造成的輻合作用，會使低氣壓的漩渦繼續加深，讓風速增強。

當低氣壓的近地面最大風速到達或超過每小時 62 公里或每秒 17.2 公尺時，我們就將它稱為颱風。這個伴隨西南季風和太平洋高壓南側的東風或東北風相遇的地方，通常稱作季風槽，或是俗稱颱風生長的故鄉。

從 7 月大氣低空風場的氣候平均圖，可以看到西南季風和太平洋高壓南側的東風形成的季風槽，從東經 120 度往東南方向延伸至東經 160 度。比較今年 7 月的大氣低空風場（圖三）可以發現，整個季風槽不見了，原來應該是季風槽所在的區域，一整個都被太平洋高壓的東風所佔據了。

而太平洋高壓是個穩定且下沉的空氣，但颱風是個垂直發展的低氣壓，因此，偏強的太平洋高壓讓今年的西南季風無法深入至西北太平洋區域，剷平了颱風的家，也就讓颱風長不起來了。

條件三：垂直風切不能太大

另外，颱風垂直發展的高度至少可以達到對流層頂的高度，因此當高空風和低空風的風向差異太大時，也就是一般我們所說的垂直風切太大時，就無法讓水氣凝結所釋放出的潛熱更有效地提供颱風發展，造成颱風的垂直發展不好，颱風就不容易生成。

根據7月氣候上的垂直風切分布顯示，在西北太平洋區域的風切平均介於 -10～5之間。但今年 7 月的垂直風切，則介於 -10～10 之間，明顯比氣候平均值高，因此不利於颱風的垂直發展。

都是高壓和垂直風切惹的禍！

從以上颱風的生成條件來看，今年 7 月雖然有足夠的水氣提供的能量來源，但要讓颱風旋轉起來的季風槽，因為太平洋高壓太強，使得季風槽無法向東推進到西北太平洋區域；偏強的太平洋高壓帶來穩定的下沉空氣，連帶的也讓垂直風切太大，颱風更是長不起來！

今年 7 月的太平洋高壓太強，不但讓颱風長不起來，連帶的也是造成臺北創下自 1897 年以來的最高溫紀錄 39.7°C 的原因之一！至於為什麼今年的太平洋高壓如此強大，就是另一篇故事了。

圖二（上）：以往的7月氣候平均海溫分布和大氣 850 百帕（hPa）流線圖，圖中粗黑線為季風槽，此在正常的氣候條件下是有利於颱風生成的。圖三（下）：今年7月平均海溫分布和大氣850百帕流線圖。讀者可以發現，今年的海溫分布雖較以往高，有利於颱風出現，但原先的季風槽位置卻被太平洋高壓所佔據，造成颱風無法生成。

〈本文選自《科學月刊》2020年9月號〉

科學月刊／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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• 甘偵蓉／清華大學動力機械工程學系研究學者，前成功大學人類研究倫理審查委員會委員暨執行秘書。

近日臺大公衛團隊與彰化縣衛生局合作的萬人血清抗體檢測計畫，在倫理審查方面引起爭議，關鍵在於雙方的合作關係有待釐清。目前學界常見的合作關係大致分為四種，每種所需遵守的倫審規定有些差異，值得跨團隊合作且需倫理審查者留意。

任何人體的採檢計畫只要涉及研究，就必須符合我國人體研究法第 4 條所定義的「人體研究」，該法條指的是從事取得、調查、分析、運用人體檢體或個人的生物行為、生理、心理、遺傳、醫學等有關資訊的研究。

依據該法第 5 條，這類研究都要申請研究倫理審查，除非符合該條但書，可向倫理審查委員會（Institutional Review Board/Research Ethics Committee, IRB/REC，以下簡稱倫審會）申請核發免審證明，或免送倫審會逕自執行。

此次臺大公衛團隊與彰化縣衛生局合作的萬人血清抗體檢測計畫，在倫理審查方面的爭議，可分為四種可能的狀況加以釐清：

1. 研究計畫以雙方名義提出，計畫書上明列臺大與彰化縣衛生局分別是計畫主持人與共同主持人，雙方原則上共享所有研究資源及成果。
2. 研究計畫以臺大名義提出，但彰化縣衛生局是研究團隊成員，雙方原則上共享所有研究資源及成果。
3. 臺大與彰化縣衛生局各自提出研究，各自執行與負責，但彰化縣衛生局會將所蒐集的受試者檢測結果，以去個人識別化方式提供臺大分析。
4. 由臺大提出研究，內容敘明彰化縣衛生局將執行法定職務得到的採檢資料，去個人識別化後提供臺大分析。

以上四種合作方式，除了第一種外，其餘三種必須依照計畫書或執行方式綜合判斷才能確認合作方式，甚至只能靠研究團隊誠實告知。

倫理審查爭議中四種可能狀況：第一、二種可能關係

此兩種合作關係下的臺大與彰化縣衛生局都屬研究團隊，給採檢者簽署的同意書是屬於研究而非公務用，內容需包含血液採檢到資料分析等。

而兩種關係的差異在於，若是第一種，雙方都需申請倫理審查。但彰化縣政府並沒有設立倫審會，根據人體法第 5 條第 2 項及第 9、10 條規定，雙方可統一委託臺大倫審會審查。而在第二種關係下，只有臺大需提倫審，但需擔保彰化縣衛生局的研究團隊也會遵守規定。

另外，採檢計畫若在此兩種關係下，倫審會不太可能採取「免審查」處理，因為議題敏感，研究對象又是高風險族群，反而會採取最嚴格的「一般審查」處理，亦即書面與會議審兼具。

而此時彰化的採檢工作既然是研究而不是執行公務，就得通過倫審會審查後才能執行，並不能先執行再補審，也不能邊執行邊審，否則研究團隊與受理的倫審會都算違反人體法。

倫理審查爭議中四種可能狀況：第三種可能關係

此關係下的彰化縣衛生局與臺大所需擔保的受試者權益內容不同：彰化需留心受試者被採檢的風險，臺大則因只分析彰化釋出的去識別化資料，需避免研究結果讓彰化地區被汙名化，例如出現社區感染等。

此時既然只有彰化會接觸到受試者，就只有彰化需發放研究同意書，內容得明白告知採檢目的含研究而不只是公務，也得告知採檢結果將在去除個人識別後交給臺大分析，如此才符合個資法第 6、8、9 條有關公務與研究規定、人體法第 14 條知情同意規定。

由於彰化縣衛生局是公務機關，所進行的採檢工作依據傳染病防治法第 7 條可視為執行法定義務，如該機關依據分析結果進一步做公共政策成效評估研究，並不為過。但因為在此關係下的彰化縣衛生局仍算從事人體研究，當然得申請倫審。尤其採檢對象可能包含未成年人等不得免審的易受傷害群體，所以倫審會不能免審處理。

反倒是此關係下的臺大純粹只是分析去識別化資料，執行內容算是符合衛福部公告得免審的「公務機關執行法定義務，自行或委託專業機構進行之公共政策成效評估研究」，因此得向臺大倫審會申請核發免審證明，或免送倫審會而逕自執行。在此狀況下，臺大以研究經費購買檢驗試劑給彰化，可視為雙方的研究合作，經費使用符合研究目的。

倫理審查爭議中四種可能狀況：第四種可能關係

此關係指彰化縣衛生局的採檢工作是依據傳染病防治法第7條執行法定職務，不做研究，只有臺大才做研究，因此就只有臺大必須申請倫審。

此時的臺大如前述第三種關係中的角色，該團隊可向倫審會申請核發免審證明或逕自執行。不過在這種關係下，彰化縣衛生局的採檢便只是純粹的公務行為，完全與臺大的研究工作無關。因此臺大以研究經費採購檢驗試劑給彰化縣衛生局，即是將經費使用於非屬研究的項目。

所以臺大如堅稱與彰化縣衛生局屬於這種合作關係，雖無倫審問題，但得面臨研究經費使用不當，可能有偽造文書及詐欺之嫌。

由檢測計畫的屬性再談到倫理審查

像新冠肺炎這類防疫研究多有時效性，無法如一般研究在事前充分規畫，執行過程需滾動式修正。而這類研究也多屬於人體研究法管制下的計畫，原則上必須通過倫審才能執行，這也意味著研究團隊得將倫審時間列入時效的考慮。

目前倫審在臺灣或許有過度規避風險（risk aversion）的問題，尤其是受試者需承受的風險越高、議題越敏感、執行方式越彈性的研究，倫審會常花費以月計的時間才通過審查，也是極為常見的事，倫審會因此常被研究人員視為畏途。不過任何研究若是以犧牲受試者的權益及違反研究倫理為代價，那再怎麼重要的研究都頓失價值，不只違法，未來投稿期刊也會被拒。

此次爭議事件，臺大與彰化縣衛生局若能事前將雙方的合作關係釐清，並據此申請倫審即無爭議；而負責審查的倫審會及政府主管機關，若事前也能規劃如何協助這類具時效性的研究，那麼願意投入的研究團隊，或許會更主動而非規避倫審。畢竟沒有人希望辛苦獲得的成果被冠上不倫理之名，也沒有倫審會希望被指控延宕研究執行。科學研究與倫審應該相輔相成，而不該站在對立的兩端。

• 感謝宜蘭大學蔡孟利教授、中國醫藥大學黃漢忠助理教授暨中區區域性審查委員會執行秘書給予寶貴修正建議。

延伸閱讀

甘偵蓉，〈從任務偏離到關鍵任務：新冠肺炎期間的研究倫理考量〉，《科技報導》第460期，2020年。

〈本文選自《科學月刊》2020 年 10 月號〉

科學月刊／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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• 何宣慶／國立海洋生物博物館副研究員。

筆者長年參與國際間海洋魚類研究及保育活動，也接觸過不少的海洋教育者及媒體，但卻經常發現，大眾雖然對於 IUCN、紅皮書（IUCN Red List）、CITES、保育類及瀕危動物等名詞琅琅上口，卻不一定了解這些名詞之間的差異及內容，以至於近期在討論臺灣巨口鯊禁捕的議題上有部分誤解。

為此，筆者提供過去參加評估會議的經驗，讓大家了解整個系統的運作方式。

保育物種的確認過程

依照國際慣例，一個在國際間全面受到保護的物種會經過三個階段的工作。

首先，由國際自然保護聯盟（The International Union for Conservation of Nature, IUCN）下的不同組織依照其專長類群，邀集專家學者針對每個物種進行討論，最後做出決議並發表在專屬網站上。

這個決議除了詳細描述物種的分布、族群大小、地理分布與生物學研究現況以外，也會參考漁業活動對整體族群的影響，最後歸入九個大類別中¹，其中易危、瀕危及極危等三類會被列入紅皮書中，這時便已有警惕的作用。

第二階段是經評估過後，將具有特別危急情況的物種評估報告送入國際糧農組織的專家諮詢小組會議（FAO Expert Advisory Panel），決定是否列入討論議題。

然後舉行 CITES 締約國大會（Conference of the Parties to CITES, CoP），決議將有危急狀態的物種列入《瀕臨絕種野生動植物國際貿易公約》（Convention on International Trade in Endangered Species of Wild Fauna and Flora, CITES）的附錄中，即華盛頓公約（Washington Convention）。禁止這些物種的國際間貿易，但同一個國家內的採捕利用尚不受限制。

最後階段則是各國政府參考 IUCN 的評估報告、CITES 附錄物種及現實狀況，針對部分物種進行立法禁止交易或保育。但各國也會依照自身考量，以特有種制定保育專法，例如臺灣的櫻花鉤吻鮭，這種情況就不一定要參考前述流程，但這樣的專法在國際間並無效力。

IUCN 物種專家會議

在 2013 年時，由於臺灣籌辦國際軟骨魚會議，筆者因緣際會參與了 IUCN 下的國際軟骨魚專家群（IUCN Shark Specialist Group），並成為該群體的專家之一。往後的幾年偶爾會收到各專家群組寄來的郵件，詢問相關的臺灣物種及市場利用的現況，筆者也都會依實際觀察的結果據實回覆。

去（2019）年筆者同時收到兩個來自南非及日本的邀請，並分別前往物種評估的專家會議。筆者過去雖然也曾獲邀參加此類的會議，但常以自身對漁業了解不深而予以婉拒。後來有資深的學者表示，參與會議其實只需將我們對於每個物種的了解據實以報即可。

筆者認為，大眾對多數的物種所知不多，如果身為科學家的我們不盡點心力，其實很難有正確的評估結果，因此筆者後續便開始參與相關的評估會議。

第一個邀請，是 IUCN 海洋生物多樣性部門（Marine Biodiversity Unit）底下的全球海洋物種評估（Global Marine Species Assessment）小組。

這次的會議地點位在南非的德班（Durban），會議主軸雖為西印度洋硬骨魚類的物種評估，但其實範圍並不限於西印度洋的物種，而是包含整個印度西太平洋的類群。筆者研究全球的鮟鱇魚物種十多年，加上對印度太平洋地區海深海魚類的深入了解，因此算游刃有餘。

第二個是來自 IUCN 軟骨魚專家群組（IUCN SSG Shark Specialist Group）的邀請，會議地點安排在日本的長崎。

此次評估的主軸為西北太平洋的軟骨魚類群。雖然筆者對軟骨魚的了解不夠深入，不過多年的野外觀察也讓筆者可以提供建言，納入評估報告中。而當時同行的學者還有研究鯨鯊的徐華遜博士。

誰負責物種評估會議？

筆者在第一次參加物種評估會議後，才發現會議並不是由 IUCN 統一辦理，而是 IUCN 底下許多不同的組織，且多半是自行尋求經費贊助的非政府組織，在經過 IUCN 授權後，以統一標準進行物種評估。即使同樣是做魚類物種評估的會議，也不一定有關連。

本次受邀參加這兩場會議的學者，包含全球魚類分類或漁業生物學的專家，搭配從事地區性研究的學者。希望除了有研究相關物種的學者外，還有其他在該地區進行長時間觀察與記錄的觀察者，一同討論出可行的評估指標，避免只聽從一方的說法而造成偏頗。

評估會議在做些什麼？

雖然大部分與會學者都十分有經驗，但也常有首次參與的專家，所以會前都需要相關的說明與行前準備，讓大家了解評估會議的流程及標準。

一般來說，主辦方會將專家學者依照他們的研究領域或類群分成若干個小群組，約 3～5 人不等，再將分配到的物種逐一拿出來做討論。

主辦方事前將會準備在會議上進行評估的物種做成列表，內容包含分類學、生物學及地理分布等，並提供參考文獻給與會學者。而小群組的主持人則會先將物種評估表內的資料呈現給小組成員，再由各個專家提出看法，如果是常見的物種，專家通常能依照現有資訊內容快速地提出適當的評估指標。

但如果遇到尚未被完整研究，或不常見的類群與物種，討論的時間會再拉長，有時甚至會為了一個物種討論半小時以上。當討論結束後還有大家都無法做決定的物種就會先擱置，並連絡其他的學者給予意見，參考他們的意見後再做決定。

最後評估的結果會再由主辦方整理後，上傳至網路上讓參與評估的作者共同審視或修改，待後續所有專家都一致同意後，就會以共同掛名的方式正式發表在 IUCN 的網站。

註解

1. 瀕危等級由低到高分別為：未評估（Not Evaluated, NE）、數據缺乏（Data Deficient, DD）、無危（Least Concern, LC）、近危（Near Threatened, NT）、易危（Vulnerable, VU）、瀕危（Endangered, EN）、極危（Critically Endangered, CR）、野外絕滅（Extinct in the Wild, EW）及絕滅（Extinct, EX）。每個等級都有嚴謹的規範。

延伸閱讀

• 楊正雄，〈認識受脅物種紅皮書名錄〉，《科學月刊》第577期，2018年。
• CITES Conference of the Parties to CITES
• FAO Expert Advisory Panel for the assessment of proposal to amend CITES appendices

〈本文選自《科學月刊》2020 年 10 月號〉

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• 何宣慶／國立海洋生物博物館副研究員。

國際自然保護聯盟（The International Union for Conservation of Nature, IUCN）的物種瀕危指標評估報告是經過專家學者討論之後，提供統一的標準，除了可以讓物種獲得更多的關注外，也能使我們更適當地利用生物資源，並避免部分物種的現況被過度誇大與渲染。但實際的評估過程還是有許多需要克服的困難。

人類只是地球生物多樣性中的一小部分，但卻深深影響了許多物種的生存。我們若想為這些物種做些什麼，從保育的角度來看，物種瀕危指標評估報告可說是最重要的事情之一。但每次評估的過程卻不一定順利，中間還會牽涉到物種分類的正確性、生物資料的完整性、資料的有無及環境的整體影響等。即使已有確切評估的結果，有些物種仍不會被列為保育類，抑或是被過度解讀並大做文章。

筆者在《科學月刊》610 期〈IUCN 專家如何決定保育物種〉一文中，已介紹 IUCN 物種專家會議的進行方式，而本文則會以筆者自身參加物種瀕危指標專家評估會議的經驗，說明會議上可能遭遇的困境與難題。

物種評估過程會遇到哪些困難？

評估每一個物種都需要參考現有的資料並進行適當的討論，但有許多物種常因為過於稀少或僅有少數的觀察紀錄，造成沒有參考資料的窘境。當遇到此狀況時，除了依照研究人員的觀察紀錄或非正式的發表，也可以利用其他相近物種或該地區的產業活動現況，進行相關的推論、投射或猜測等。

不過上述的方式可能會衍生出其他問題。如果主導者傾向將一個物種列入更高瀕危等級，很可能會使討論的意見出現偏頗。舉例來說，雖然有些物種很常見，人們未來也不會利用牠們，但考量其他物種的生物學資料、周邊環境或漁業活動影響，主導者會把評估導向因環境面臨過度捕撈壓力，以至於該物種未來會走向瀕危。但事實卻是，專家們根據實際觀察判斷這些物種應該不會消失，甚至有可能會因為佔據其他物種的生態區位，使自身族群變得更大。

對此，會議討論的過程難免會出現意見分歧或爭論，而這些評估未來都會正式發表，專家們也都會以共同掛名的方式負責，所以在討論時大家除了在必要的觀點上堅持原則，同時也不能提出超過我們目前所知的意見，必須謹慎拿捏自身立場。

紅皮書物種評估報告不具強制效力

紅皮書（IUCN Red List）的瀕危指標是經過統合現有的科學資料評估而來，具有很高的參考價值。這些評估報告主要是讓全球從事生物多樣性或保育工作的人有統一的依循標準。雖然很多人會將報告中的瀕危指標作為保育的訴求，但事實上，紅皮書本身是沒有強制效力的。

有強制性效力的規範必須經過一連串的會議將物種列入 CITES 附錄中，以阻絕物種在國際間的貿易，例如最近躍上臺灣新聞版面的加州犬型黃花魚（Totoaba macdonaldi）。但即使該物種被列在 CITES 附錄中，各國也不一定會有相關的強制規範，這時就需依賴地方的保育團體行動，促使該國制定法規並對該物種加以保護。在各國訂定出相關法案後，才可以直接禁止商業採捕並對物種加以保護。

至於什麼物種會被國家立法成為保育類呢？其實這個問題並沒有統一的標準，其中還牽涉到很多諸如政治與經濟等考量。舉例來說，紅肉丫髻鮫（Sphyrna lewini）雖然被評估為極危（Critically Endangered, CR），且被列入 CITES 附錄中，但仍有許多國家並未將其列名保護。相反的，鯨鯊（Rhincodon typus）雖然被評估為瀕危（Endangered, EN），只比紅肉丫髻鮫低一個層級，但是在許多國家卻都已立法禁捕或保育，原因主要還是由於國際間的施壓，以及各國為了相關的觀光收入。

瀕危物種會有漏網之魚嗎？

在筆者加入專家行列之初，有次曾與軟骨魚專家群組討論臺灣喉鬚鯊（Cirrhoscyllium formosanum）的評估狀況，由於臺灣喉鬚鯊分布範圍侷限在臺灣西南海域，且可能面臨大量底拖捕撈的壓力。但可惜的是，筆者收到專家群的回覆表示，當一個物種沒有相關的生物學資料、漁獲資料及面臨捕撈壓力等，就只能被評估為資料不足（Data Deficient, DD）。也就是說，如果沒有經過一定程度的研究，我們將對於該生物一無所知，再加上沒有長時間的地區性觀察紀錄，很可能會錯過一些狀況已十分危急的物種，以至於讓這些物種消失在地球上。

綜觀全球魚類物種，有些只有少數個體被記錄下來，甚至有的早已滅絕。所幸，現在都可以借助其他同類群或同地區物種的資料進行對該物種的評估。而在軟骨魚評估會議上，我們也順利將臺灣喉鬚鯊的瀕危指標加以提升，以利未來進行保育等相關行動。

2019 年被列入 CITES 的附錄的新物種

去（2019）年第 18 屆 CITES 締約國會議已經將尖吻鯖鯊（Isurus oxyrinchus）、顆粒琵琶鱝（Glaucostegus granulatus）及龍紋鱝（Rhynchobatus）等物種列入 CITES 的附錄中。但在經過一年後的現在，臺灣政府相關單位至今仍未有正面的作為，未來則勢必會面臨國際間的強大壓力，必須儘速立法禁補。反觀巨口鯊（Megachasma pelagios）經過評估為無危（Least Concern, LC），主要是因為地理分布廣泛及與主要漁業活動關連性小，國際間並無相關的保育壓力，但臺灣政府卻在短時間內強制禁捕巨口鯊，此做法其實尚有討論的空間。

此外，目前經濟性漁業的目標物種中，仍有許多早已被列入紅皮書中的瀕危物種，但基於不同的考量，仍無法被納入 CITES 的附錄中，實為可惜。

正視 IUCN 的瀕危指標評估報告進行立法

全球正共同面臨環境與氣候的劇變，很多生物也將隨之消逝，重點是人類造成的棲地破壞、氣候暖化、環境汙染與過漁等現象，已經大大加速原先地球的自然循環，讓物種以更快的速度走向滅絕。事實上，全球的氣候變遷早就越過無法回頭的點（point of no return），對此我們能做的並不多，但如果可以督促世界各國正視 IUCN 的瀕危指標評估報告，並儘速制定相關法律條文，及早保護可能步入瀕危的物種，或許我們還可以為子孫多留下一些的生物。

延伸閱讀

• 楊正雄，〈認識受脅物種紅皮書名錄〉，《科學月刊》，第 577 期，2018 年。
• 何宣慶，〈IUCN 專家如何決定保育物種〉，《科學月刊》，第 610 期，2020 年。

〈本文選自《科學月刊》2020 年 11 月號〉

科學月刊／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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