2014年7月18日 星期五

人工增雨計畫,從雲中搾出更多雨水


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2014/07/19  |  第273期  |  訂閱/退訂  |  看歷史報份 
編輯推薦 從雲中搾出更多雨水
基因治療第二戰
名家專欄 費曼論數學教育
科學人新聞 推特敞開推文巨量資料寶庫
從雲中搾出更多雨水
撰文/鮑姆(Dan Baum)翻譯/張雨青


世界各國的政府與農民每年耗費數百萬美元嘗試增加雨量,新的科學研究顯示他們的心血可能沒有白費。

別看雲朵一副蓬鬆模樣,它們的含水量可多得嚇人!隨便一小朵雲的體積就超過750立方公里,若含水量以每立方公尺0.5公克來算,空中一朵朵羽絨般的雲便宛如眾多飛天湖泊。

現在想像你是一名農夫,站在乾涸的田裡望著浮雲飄過頭頂。那些雲中多的是你企盼已久的水,要是它們從地平線消失之前能稍微降些甘霖,便能救活你的作物、助你還清債務。這種情況令人心急如焚,使得世人每年不惜砸下數百萬美元,試圖操控降雨。

美國接連四年遭逢嚴重乾旱,望天降雨的渴望格外強烈。2010年以來,涵蓋北美大草原與西南部的多數地帶,雨量掉了1/3~2/3,連帶使玉米、小麥與黃豆的價格上揚1/4。美國重要蔬果產地加州,旱象持續三年,水庫水位減半,積雪幾近消融。今年2月,美國國家氣象局(NWS)估計,加州在短期內回歸正常雨量的機率只有1/1000。農夫為了節約用水,不惜把杏樹剷掉,否則連飲用水都可能不保。

全世界有數百萬人生活在極度乾旱之下,168個國家多少都有沙漠化的狀況。澳洲人剛經歷了九年乾旱,他們稱之為「大旱」(Big Dry);土耳其這10年來的旱象為史上最糟;巴西、中國以及中東到南亞各國,近年來都面臨嚴重的水源短缺。要是聯合國世界氣象組織(WMO)料得沒錯,氣候變遷還會讓情況惡化。全世界只有約0.04%的淡水會飄上天變成雲,要是我們運氣夠好或夠聰明,就能善用它們。

少數人異想天開地嘗試用離子刺激大氣,從中汲出更多水份,但增加雨量的主流方法是把化學藥劑注入雲層,也就是「人工增雨」(cloud seeding,亦稱為「種雲」。編按:昔日稱為「人造雨」,後來悉知科學方法並不能在晴空之下創造出雨水,遂改名以符合事實)。2012年,美國有九個州共執行了10多次人工增雨任務,面積超過21萬5000平方公里。至於中國,則是由政府編制一支4萬8000人的「天氣部隊」,配備50架飛機、7000具火箭筒與7000門大炮,要從天上轟下更多雨水來。

人工增雨的原理很簡單:能夠產生雨水的雲層中含有微米大小的水滴,它們的溫度低於冰點,但還需要有個凝結核(例如大小適中的沙塵顆粒),才能圍繞著凝結核結成冰。這是因為水滴太輕,無法對抗抬升它們的上升氣流,但只要提供適當的凝結核,水滴就會凝聚成小冰珠,便能天降甘霖。美國紐約州斯卡奈塔第市奇異公司研究實驗室的大氣科學家馮內果(Bernard Vonnegut),於1946年發明了這項技術。順帶一提,當時他的胞弟才剛從德國戰俘營重獲自由,正是日後以小說《第五號屠宰場》揚名於世的馮內果(Kurt Vonnegut)。

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基因治療第二戰
撰文/柯塔(Sridhar Kota) 翻譯/周坤毅


15年前,美國一位罹患罕見消化道疾病的病患接受基因治療後,身體產生猛爆反應而過世,基因治療首戰因此失敗。一連串的悲慘挫敗讓科學家重新檢討試驗,目前基因治療已準備好捲土重來。

基因治療(又稱基因療法)最終可能實現它早期的承諾!過去六年裡,把正常基因放進遺傳性失明者的實驗程序,已經讓將近40多名患者恢復視力。醫生也見證另外120多名血液腫瘤患者因基因治療獲得良好的結果,其中好幾名患者在治療三年內都未復發。研究人員也利用基因療法讓一些血友病患者不再因意外受傷而失血致命,或須服用高劑量的凝血藥物。

基因治療的正面效果令人印象深刻,自從15年前因罹患罕見消化道疾病的基爾辛格(Jesse Gelsinger)早逝以後,這個領域基本上就停頓下來。(基爾辛格身體的免疫系統對基因療法產生意外的猛爆反應因而過世。)事實證明,基因療法在1990年代獲得的初步成功,讓醫生和研究人員抱持過高的期望。

挫折迫使科學家重新思考自己的某些做法,也更實際面對以基因治療醫治各種疾病的可行性。研究人員回歸到基礎研究,他們研究潛在的致命副作用,例如基爾辛格經歷的猛爆性免疫反應,找出避免副作用產生的方法,並且更認真對受試者和家屬解釋基因治療的風險和益處。

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費曼論數學教育
撰文/高涌泉


教科書在介紹任何數學題材時,都必須清楚說明何以要介紹的緣由,以及它與世界的關聯。

這一陣子,由於規劃12年國教總綱的單位打算減少未來高中生所有科目的必修學分數,引發某些學門抗議,其中數學界反對的力道特別強勁,因此媒體以相當篇幅報導了各方對於數學教育的主張。其中數學界一方當然強調數學能力對於學生的生涯發展非常重要,不少科技界大老同聲支持,另有93位中央研究院院士也共同發表〈給政府的建議信〉,認為降低必修時數將「讓台灣失去國際科技競爭力」。不過也有人支持降低數學必修時數,理由是逼迫所有學生去學那些多數人以後根本用不上的數學技巧,只會讓大家更討厭數學而已。

除了到底該上多少數學課的爭議之外,老師到底該在數學課中教些什麼以及如何教,也是大眾必須關注的問題:如果數學課的內容與教法不恰當,更多的上課時數並無助於提升數學能力。美國物理學家費曼早在半世紀前就曾對這問題表示過意見,他的洞見我認為並未過時,值得大家在討論數學教育之時放在心上。

費曼是1964年美國加州課程委員會的一員,花了不少時間為加州小學一年級至中學八年級的學生挑選數學教科書,他後來寫了篇文章〈「新」數學的新教科書〉(New Textbooks for the "New" Mathematics)說明他的心得。

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推特敞開推文巨量資料寶庫
撰文/穆易爾(Melinda Wenner Moyer)翻譯/周坤毅


數十億筆推文將是珍貴的研究資料,但也引發研究倫理的爭議。

全世界每天約有五億筆「推文」發佈在社群網站推特(Twitter)上,透露了人類生活的點點滴滴。對科學家來說,這個社群網站有如巨量資料的寶庫,不僅能用於研究人類行為模式、找出影響健康的風險因子,還能追蹤傳染病散播。例如藉由分析懷孕婦女推文中的情感線索,微軟(Microsoft)的研究人員發展出一套程式,能預測產後憂鬱症的高危險群;美國地質調查所也利用地震後人們的推文來快速找出地震發生的地點。

截至目前為止,多數科學家能研究的推文數量有限。儘管大部份推文都是公開的,但科學家若想免費搜尋推文,仍只能透過推特公司的應用程式介面,而目前程式只能搜尋資料庫的1%。但情況即將改變:今年2月該公司宣佈,將把2006年以來所有的推文免費提供給研究人員。既然寶庫的大門敞開,利用推特的相關研究將如雨後春筍般湧現。藉由分析更多的巨量資料,科學家將能研究更複雜且更專門的問題。

這項宣佈固然讓人興奮,但也引發許多棘手的議題。推特公司是否將對研究成果保留法律權益?此外,許多人在推文時並未同意參與研究,使用推特做為研究工具是否符合研究倫理?

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