比薩斜塔能扶正嗎？

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幾個世紀以來，除了工程師、歷史學家，所有人都對比薩斜塔這座標誌性的鐘樓捏把冷汗，想著不知哪一天它會倒下來。不過大家可以稍微鬆口氣了，根據最近的調查發現，它的狀況比預期還好，在21年前，工程師們努力嘗試讓它恢復直立之後，它又悄悄地站直了4公分。

這項調查是由 Opera Primaziale Pisana（O₽A）委託土木工程師團隊進行的，該組織是為保護歷史遺跡工程而成立的非營利組織。

O₽A 表示，這個有850年歷史的建築，現在水平傾斜約5米，下沉超過3米，但健康狀況良好。

比薩斜塔於1174年開始建造，在頭幾年，事實上是在建造了頭幾層後就明顯出現問題。它的地基建在了泥、沙和粘土構成的不穩定基礎上，而且南邊的地基比較軟。工程師們試圖修正傾斜，讓上一層的北側比南側高，結果讓這座樓既彎曲又傾斜。有趣的是，正因為地基下的軟土，為地震時提供了一些緩衝作用，讓塔結構在搖晃時具有更長、破壞性更小的自然振動週期。使這座「危樓」竟然在四次地震中仍未倒塌。

1987年，聯合國教育科學文化組織世界遺產委員會決議將其收入世界遺產名錄，編號第395號。多年來，隨著傾斜增加，工程師們想方設法讓這座八層高的塔別倒下來，但有時候卻讓問題更糟。到了1990年代，比薩斜塔已向南傾斜5.5度，達到工程師認為會倒塌的程度。

比薩塔的三維掃描©CyArk/Wikimedia Commons/CC BY-SA 4.0

不久後該塔即停止開放，義大利政府聘請了土木工程師 Michele Jamiolkowski 組成專家團隊來研究如何拯救它。他們曾考慮過在塔下灌注水泥，但又覺得這樣做的風險太大，於是改用 816公噸的重物將北側固定下來，企圖平衡南側的沉降，當這個方法無效時，又改把北側下面稍微挖空，讓塔慢慢一邊轉向，一邊扶正，玩過積木的人就知道這是多麼刺激又令人冒冷汗的舉動。經過長達十年的努力，穩定工程終於在2001年完成，塔樓被扶正了44公分，傾斜約3.99度，仍然是1350年完工時的兩倍。

2013年，澳洲國家科學機構 CSIRO 的研究人員用 3D 掃描儀繪製了該塔的每一個角落，重建比薩斜塔的數位模型，對其修復工作有相當的幫助。

監測小組成員之一的比薩大學岩土力學教授 Nunziante Squeglia 表示，塔樓現在只有很輕微的搖擺，平均每年擺動約半毫米，穩定性比預期好。

在義大利這個古老的國家，比薩斜塔並不是唯一因可能倒塌而受到關切的建築。幾世紀以來，科學家們一直關注米開朗基羅的大衛腳踝上的裂縫，2014年的一篇論文表示，傾斜約5度的裂縫可能導致這座世界上最完美的雕像倒塌，此文一出，大衛的問題立刻受到廣大重視。

雖然大衛的命運仍岌岌可危，但慶幸的是至少比薩斜塔在未來300年內應該安全，一些工程師甚至認為修復工作成功機率很高，比薩斜塔有一天可能會自我扶正。不過這樣一來，我們又面臨另一個問題了：比薩斜塔若真站直了，它還能叫「斜塔」嗎？

世界人口超過80億，我們需要擔心嗎？

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11月15日，地球人口達到80億，比11年前多大約10億。一些環保主義者警告，地球無法養活這麼多人，但也有些科學家不這麼認為。

80億，這個數字是個里程碑，但隱藏在數字之下的是世界變化的趨勢，而這些趨勢真正解釋了世界自70億人至今是如何變化的。兩個例子可以說明，在過去十年裡，生活在極端貧困下的人口比例穩定下降。（2010年，世界上有16.3%的人每天生活費不到2.15美元，而今天只有9%），而印度和中國在過去十年中為世界帶來了最多新生兒，但即使人口激增，人均GDP和預期壽命都在上升。簡單地說，今天有更多人比人類歷史上任何時候都生活得更好。

人口學家認為從趨勢來看，世界人口只會不斷增加，而許多相關報導都認為80億人口將對氣候產生嚴重影響，直觀地說，更多的人口意味著更多的碳排放，但這是在一切不變的前提下。氣候解決方案機構 Project Drawdown 估計，若有更好的計劃生育和教育，2050年時將可減少 689 億噸的二氧化碳排放，大約相當於兩年的化石燃料和工業排放。

我們應當思考，當論及人口過剩時，指的是誰？生活在美國的人，平均每年每人排放大約15噸二氧化碳，2050年時，大部份人口增長將集中在八個國家，但它們的人均排放量只是美國人的一小部份。以剛果民主共和國為例（DRC），預計未來20年將增加超過1.2億人，但每人每年只產生30公斤二氧化碳。溫室氣體的排放是消費的結果，而不僅是人口。

世界上最富有的人也是最大的排放者。一項研究發現，當富裕國家中產階級的排放量下降時，最富有的0.001%的人的排放量卻上升107%。Bath 大學研究行為和氣候變化的心理學家 Lorraine Whitmarsh 表示，我們沒有能力在地球上擁有更多富人，如果真的想減少排放，那麼從降低發達國家的消費著手，是最有意義的。

讓婦女獲得良好的教育和自願的計劃生育是一個有效的做法，因為這將使更多人享受更好的生活。在剛果民主共和國，受過中學以上教育的婦女平均有大約三個子女，而沒有受過同等教育的婦女則有七個以上的子女。

瑞典 Lund 大學氣候科學家 Kimberly Nicholas 表示，只有在相當長期的穩定氣候下才能發展出今日的世界，但若氣候持續惡化，人們將無法繼續擁有基本自由和人權的生活。地球的未來不僅關係著人類的數量，也與他們是否能有好的生活、穩定的政府、獲得醫療保健和基本人權。不能只把人口看成一個數字，一群沒有臉孔的群體而不考慮地位及人性，而解決氣候危機的挑戰之一是必須擴大我們同理心的範圍，而不僅是最親密的家人和朋友。

2017年 Nicholas 發表了一項有關改變生活方式對碳排放影響的研究。從長遠來看，每個人對這項議題所能做出最大的影響就是少生一個孩子，不過她也認為是否生孩子是一項必須維護的基本人權。無論是世界人口是80億還是100億，如何讓每個人都過好日子才是重點，但是預防災難性氣候變化的巴黎協定的努力很快就會耗盡，地球未來的人口容納量完全取決於現在的行動。

WIRED

科學家研發出壽命長、產量高的多年生水稻以因應糧食需求

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世界上主要的糧食作物：水稻、小麥、玉米，在每次收成後都必須重新栽種，這對農民來說是一件繁重的工作，而且可能導致環境問題，例如土壤的侵蝕等。培育壽命長、產量高的多年生作物是解決方案之一，但也充滿挑戰。

中國研究人員發表了一個經過20多年研發出來的新水稻品種「多年生水稻23」（PR23），它是由亞洲水稻的商業品種與非洲的多年生野生稻雜交培育而成。雲南大學研究人員在2018年將PR23提供給農民進行大規模實驗，以了解這種水稻可以收獲多少次，並評估產量及效益。

PR23的產量和普通季節性水稻一樣多，第一年的種植成本也大致相同，但是第二年農民可以省去移栽稻苗的工作，這個辛苦的工作通常落在婦女和兒童身上，省了這個步驟，每季每公頃減少了77人日的工作量，將農民的成本降低一半，而栽種多年生水稻的田地土壤養份也增加，不過到了第五年，產量就會大幅下降，多年生稻也需要重新種植。

在雲南大學和政府的推動下，越來越多農民開始種植 PR23。去年在中國南部的種植面積超過15,000公頃，比2020年增加4倍。和 PR23 類似的品種也正在非洲進行試種，但仍需開發更適應乾燥環境和不夠肥沃土壤的品種，多年生水稻還可以減少東南亞梯田高地的水土流失，不過它也有些問題，譬如雜草和病原體會在長期未被翻種的田地積累，因此需要施用比傳統水稻更多的除草劑，另一個問題則是新品種水稻有可能排放更多含亞硝酸鹽的溫室氣體，不過多年生水稻的低成本和高效益仍為關注的焦點。

Science, 2022 BREAKTHROUGH OF THE YEAR

模型預測，若中國取消清零政策，將出現大規模死亡潮

Image©THOMAS PETER/REUTERS

雖然中國當局正面臨龐大的反對清零政策抗議，並小心翼翼地採取解封行動，但數學模型顯示，中國對與 SARS-CoV-2 共存仍然準備不足。立即放寬限制可能引發大規模感染潮，醫療體系將不堪重負而崩潰，並造成大量死亡。

紐西蘭惠靈頓的 Otago大學公衛生科學家 Nick Wilson 表示，中國沒有達到很高的疫苗接種率，沒有使用最好的疫苗，而且在解封的準備工作，包括提高疫苗接種率，儲備抗病毒藥物，以及提高特別醫療能力上一直非常緩慢。

激烈的抗議活動使政府不得不在清零政策上採取一些改變。例如，一些省份開始放寬不須COVID-19檢測陰性證明即可進入公共交通、餐館和購物中心，並允許感染者的密切接觸者在家隔離，而不是送到隔離中心。不願透露姓名的中國科學家說，這些措施是小但重要的步驟，接下來應該會有更多放寬，這舉將可緩解一些疫情疲勞，減少經濟和社會的負擔。

但模型說明了為何中國政府仍然希望保持封控。5月發表在《自然醫學》(Nature Medicine) 上的一篇基於3月份疫苗接種率的研究預測，若取消清零封控，6個月內將會產生COVID-19病例海嘯，出現1.12億名有症狀病例，270萬名需進入重症加護病房（ICU），160萬人死亡。對 ICU 床位的高峰需求將達到 100萬床，是可提供容量的15倍以上。這篇由復旦大學研究人員所提出的報告顯示，未接種疫苗人數將佔死亡人數的77%。提高疫苗接種率可以減少死亡人數，但是中國老人一直排拒接種疫苗。即使今日，全國總人口接種兩劑的比例為90%，只有40%的人接種了加強劑，而80歲以上的老人只有66%接種了兩劑疫苗。

以香港為例，今年年初 Omicron 病毒大爆發導致近6,000人死亡，其中96%是60歲以上的人。當時香港疫苗接種率甚至比大陸還低，今年前3個月，香港的COVID-19死亡率為每百萬人37.7人，仍是全國最高。

總部設在倫敦的健康分析公司 Airfinity 於11月28日發佈的一項新研究顯示，中國在抗疫上仍然脆弱，若現在解除清零，可能會在83天內造成1.67億至2.79億病例，130萬至210萬人死亡。

除了疫苗接種率之外，中國所採用的滅活病毒疫苗，效力不如mRNA疫苗。在香港的一項研究中發現，對60歲以上老人，注射三劑任何一種疫苗都對預防重病和死亡都有超過90%的效果，但兩劑mRNA疫苗的效果明顯好於兩劑滅活病毒疫苗。

2021年5月，BioNTech和中國的上海復星醫藥同意成立一個持資各半的合資企業，在中國生產和銷售BioNTech的疫苗，但該產品一直沒有獲得監管部門批准，也許是為了保護中國的國產疫苗。有四家中國公司正在開發mRNA疫苗，但也沒有一家獲得許可。輝瑞公司的COVID-19藥物Paxlovid在中國有售，還有一種本地生產的抗體療法，但不清楚中國有多少劑量。

大陸當局仍然希望提高老年人的疫苗接種率。國家衛生委員會11月29日的發布命令要求地方當局成立小組，挨家挨戶評估病弱者是否可安全接種疫苗，並展開教育活動，降低對疫苗的疑慮。但這些努力都需要時間，耶魯大學公共衛生學院的公共衛生科學家陳曦表示，過早解封將排擠資源，壓垮醫療體系，並造成更多死亡。中國困在了自己製造的陷阱中。

Nature, doi: 10.1126/science.adg1709

物理學家以量子電腦模擬並觀察蟲洞行為

Credit: inqnet/A. Mueller (Caltech)

科學家們首次創建了一個研究蟲洞動力學的量子計算實驗，通過時空的捷徑，可以繞過相對論的宇宙速度限制。

蟲洞一向是科幻小說的熱門題材，從電影《接觸未來》到《星際效應》，都以蟲洞將觀眾帶入時空轉換的奇幻情境。加州理工學院物理學家 Maria Spiropulu 所帶領的團隊則希望從物理學的角度來研究其真實性。

Spiropulu 與加州理工學院物理系的 Shang-Yi Ch'en 教授的團隊，首次在量子電腦上開發出一個實驗來模擬並研究蟲洞動力學。這項實驗並沒有真的創造出蟲洞，但可據此來測試理論蟲洞和量子物理學間的關聯，有關量子引力的預測。量子引力指的是一種嘗試將引力與量子物理學聯繫起來的理論，這兩個在物理學上均已被充份研究的領域，在本質上卻不相容。其中一個大問題是蟲洞傳送是否能遵循已被證實的量子糾纏原理（兩個粒子可以跨越遙遠距離，不受光速限制而保持聯繫的現象）。

蟲洞是時空中兩個遙遠區域間的橋樑，它們還沒有被觀察到，但科學家對它們的存在和特性已透過理論探索近百年。愛因斯坦和Nathan Rosen 在1935年，根據廣義相對論的預測將其描述為穿越時空結構的隧道，並以這兩位物理學家之名命名為「愛因斯坦-羅森橋」(Einstein–Rosen bridges)，而「蟲洞」一詞是則是由物理學家 John Wheeler 在1950年代提出來的。

量子糾纏是由物理學家 Juan Maldacena 與 Leonard Susskind 在2013年首次提出。物理學家推測，蟲洞（ER）等同於糾纏（EPR，Albert Einstein, Boris Podolsky and Nathan Rosen，首次提出此概念）。2017年，Jafferis 與 Ping Gao、Aron Wall 將ER = EPR的想法擴展到不僅是蟲洞，而是可穿越的蟲洞。科學家們假設，若負質量的斥能量使蟲洞開啟夠長的時間，便可形成傳輸的通道，而這種穿越蟲洞的引力描述，等同於利用已獲得證明的量子糾纏訊息傳輸。

為了推動這些想法，2019年 Jafferis 和 Gao 表明，透過兩個糾纏的Sachdev-Ye-Kitaev (SYK) 模型，應該能夠進行蟲洞傳送，並對其進行測量。

後來 Spiropulu 和她的團隊根據以上想法，設計出把量子糾纏應用於蟲洞動力學的電腦計算模型，這個模型基於 Sachdev-Ye-Kitaev (SYK) 的理論框架，能在現有的量子架構中進行編碼，並保留其引力特性。其中最大的挑戰是這個程序必須在量子電腦上執行，而強大的 Google Sycamore 量子處理器在傳統機器學習工具的協助下可以勝任。

實驗中，研究人員在兩個糾纏系統之一的編碼中插入了一個量子位元(qubit)，然後看到它在另一個系統中出現，就好像訊息透過量子糾纏效應，通過可穿越的蟲洞，從一個量子系統（黑洞）傳送到另一個量子系統（黑洞），而且研究小組還發現，當在計算中使用負能量時，蟲洞模擬允許訊息從一個系統流向另一個系統，但在正能量下則不允許，這都與理論預測的蟲洞相符，儘管如此，還是讓研究團隊大感驚訝。

研究人員希望未來能將這項工作擴展到更複雜的量子電路上，雖然真正的量子電腦可能還需要幾年的時間，但團隊計劃繼續在現有的量子計算平台上進行同性質的實驗，以對量子糾纏、時空和量子引力間的關係有進一步的認識。

Nature, Caltech News

月球表面磁場異常現象新解

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自阿波羅時代以來，月球表面的磁場分布異常一直是個難解的問題。由中國科學院地球化學研究所的地球科學家郭壯領導的一項新研究，透過嫦娥5號送回的月球土壤樣本，對月表異常強磁場提出了新的解釋。

郭壯的團隊分析2020年12月由嫦娥5號探測器送回地球的月球土壤，發現了過去在月球土壤樣本中很少見的磁鐵礦顆粒。對於行星科學家來說，磁鐵礦的存在非常重要，它是追溯磁場歷史的重要線索。磁鐵礦是一種強磁性的鐵礦石，在球形硫化鐵微粒中被發現，類似熔融的液滴。

新的研究指出，月球上的磁鐵礦可能是在大型撞擊中產生。研究團隊推測，磁鐵礦可能廣泛分佈在月壤中。由於沒有大氣的保護，月壤在太陽風質子流的持續轟擊下，使鐵較難與氧結合形成礦石。不過從月壤中硫化鐵顆粒型態和氧的分布顯示，大型撞擊下的高溫高壓會使熔體與氣體反應而形成磁鐵礦，並隨撞擊噴濺到遠處，這成功解釋了撞擊點附近的磁場異常現象。

月壤晶粒邊緣一圈等距的純鐵，以及在隕硫鐵（Troilite）和磁黃鐵礦（Pyrrhotite）基質中廣泛分佈的氧化鐵（Mag）和純鐵（Fe0）包裹體©郭壯

Nature Communications

在月球上可以看到埃及金字塔或中國長城？太空人可不這麼認為！

英國、荷蘭、比利時和法國的城市燈光，ISS 攝於 Sep. 15, 2021©NASA

當《星際爭霸戰》中飾演寇克艦長的演員威廉-夏特納（William Shatner）去年踏上太空之旅時，壯麗的景色讓他淚流滿面。他描述回望地球時除了感動，還有一種很特殊的悲痛感，就像剛得知親人死訊。科學家們把這種感覺稱為「總觀效應」(overview effect)，常發生在太空人身上，當他們回望地球時，生出與這個星球和上面的人們強烈的連繫感。

當然，太空旅行者看到什麼，完全取決於他們飛得多高。夏特納和其他太空遊客飛到100公里高處，而國際太空站的太空人則在420公里以上的軌道飛行，少數到達月球的太空人則在離地球364,000公里以外。

近年來有幾位太空人，像英國的 Tim Peake和加拿大的 Chris Hadfield 等人，在媒體上透過照片和描述來分享他們的經驗，讓人們瞭解在太空中到底能看到甚麼景象。

當乘客從飛機的窗戶向外看時，他們可能身處於11~13公里的平流層中，天氣晴朗時可以看到水壩、橋樑、紀念碑和其他人造的結構物。

平流層之上的中氣層高約50至80公里，這裡是雲能形成的最高極限。再往上是增溫層，範圍從海平面以上80至710公里，包括大多數太空計畫公認的太空起點-卡門線（100公里）。

國際太空站的高度約420公里，在增溫層中。太空站中的太空人形容因為每92分鐘就圍繞地球一圈，所以視野總是不斷變化，從國際太空站上可以識別出蜿蜒穿過城市或森林的河流，閃亮的城市燈光，以及看起來像拼接棉被的農田。他們還從溢出海洋的紅色土壤，看到馬達加斯加等地森林被砍伐的情況，也可以發現使水變色的浮游植物群，以及漩渦狀的颱風。透過長焦的相機鏡頭，太空人可以放大城市或窺視埃及金字塔等人造建築；但國際太空站的速度太快，所以只有片刻時間來抓取鏡頭。但如果沒有相機，他們是無法辨識出金字塔或看見中國的長城。

尼爾-阿姆斯壯(Neil Armstrong)打破了從月球上可以看到人造建築的神話。在他的NASA 口述歷史中，他說他只能看得到大陸，特別是格陵蘭島，因為它在藍色海洋中呈現很顯目的白色，非洲也很清楚，當中反光的亮點可能是查德湖。

盡管阿姆斯壯提供了第一手的觀察，但從月球上可以看見金字塔或長城的說法還是一直存在。阿姆斯壯與其他登月太空人，以及國際太空站上的太空人都認為，如果沒有長鏡頭的攝影裝置，他們無法從太空看到這些物體。

顏色的對比是能否從太空中看到某物的關鍵因素。例如，從國際太空站上很容易辨識出穿過淺色地形的深色河流，但長城的顏色與周圍環境相似，因此即使有攝影設備也很難從高空看到它。

盡管長城給地面上的人們留下了深刻印象，但許多太空人將燈光描述為太空中最耀眼的視覺。例如，Jeffery Hoffman 在1985至1996年間進行了五次維護衛星和太空望遠鏡的太空梭飛行任務。Hoffman 表示，在數百公里的高空中飛越太平洋只需要30分鐘，當太空梭接近美國西岸時，打破海洋一片黑暗的城市燈光讓船員們迷眩，拉斯維加斯大道上的燈光亮得離譜，不用任何設備就能看到，他形容從太空俯視這個大城，就像在地球上仰望星空一樣。你被光點所包圍，腳下是燈光，而頭頂則是星光！

Astronomy, Emilie Le Beau Lucchesi

開發你的大腦：科學家發現「沉默的突觸」可被活化

新生兒需要迅速儲存大量新訊息，以學習有關這個世界的一切，而「沉默的突觸(synapse)」，也就是神經元之間沒有神經傳遞質(neurotransmitter)活動的不成熟連接，據信就是讓早期生命得以快速儲存訊息的關鍵。

科學家在幾十年前，於新生小鼠身上發現這些潛在的神經連接，並認為它們會隨衰老而消失。不過美國麻省理工學院神經科學家 Mark Harnett 所領導的研究團隊最近發現，這些連接似乎並未真的消失。

MIT研究人員發現，成年小鼠的大腦中含有數百萬個沉默的突觸，它們位於被稱為絲狀體的微小結構上©Dimitra Vardalaki和Mark Harnett

研究團隊是在研究樹突神經細胞時，意外在超高解析度影像中捕捉到無數如細線般，被稱為「絲狀偽足」(filopodia) 的突起。他們使用了一種去年才開發的特殊成像技術：蛋白質體的表位保留放大分析（Epitope-preserving magnified analysis of proteome, eMAP)，使用凝膠來鎖定脆弱的細胞結構和蛋白質，讓研究人員更方便研究其細節。

科學家在檢視了2,234個樹突的放大影像後，確認在成年小鼠的大腦中具有前所未見的絲狀偽足濃度。更重要的是，許多結構中只有兩種神經傳遞質受體中的一種，另一種則是神經元之間的「沉默」連接。

他們發現，在絲狀偽足的頂端釋放屬於神經傳遞質的谷氨酸，可以在10毫秒後產生小電流，在數分鐘內讓絲狀偽足得以與鄰近的神經纖維形成連接，接收來自另一個神經元的訊息，沉默的受體得以活化。

研究小組發現，激發沉默的突觸，要比改變一個成熟神經元上的樹突棘活動容易得多。絲狀偽足能使記憶系統更加靈活強大，具有獲得新訊息的靈活性，也能穩定地保留重要訊息。

科學家們相信，哺乳動物的大腦就是這樣運作的，那麼成人的大腦組織中是否也有沉默的突觸？是否也能被激發？這是我們迫不及待想知道的事。

Nature, MIT News

天文學家破解四合星系統舞出的奇特光變曲線

在過去20年裡，天文學家們觀測了非常多的恆星光度曲線，其中大多數都是可預測的，如系外行星凌日、食雙星等等，都具有簡單的規律性，偶爾也會星斑或恆星膨脹收縮而出現不規律的變化，但大多沒有特別出人意料的現象。

但在迄今已被記錄的數十萬條光變曲線中，有幾個呈現出令人費解的怪異現象，例如 TIC 114936199 被凌日系外行星巡天衛星 (Transiting Exoplanet Survey Satellite, TESS) 在大約30天內所觀測記錄的三段光變曲線，第二和第三區看起來像標準的雙星，但第一區卻呈現非常不規則的減光。

TESS 觀測 TIC 114936199 的光變曲線，Powell et al. 2022

為了解開這個謎題，Brian Powell（NASA 戈達德太空飛行中心）所領導的研究團隊，嘗試用各種恆星組合來解釋第一區中如此奇怪的曲線。TESS之前的觀測讓他們考慮四顆恆星的組合，但要模擬四顆恆星的大小、位置和速度是巨大的挑戰。在廣大的參數範圍裡，標準蒙地卡羅擬合程序在尋找局部最小值中無法找到合理的解決方案，研究團隊於是改用 NASA 的超級電腦來提升計算能力，並優化計算方法，在花了幾十萬計算小時，完成數百萬種可能組合的模擬後，最後終於找到一個由四顆恆星環繞三個中心的解決方案。

TIC 114936199 的模擬圖，四合星光度變化最深處是當 Aa 與 Ab 通過 C 星前方產生星食所造成© Powell et al. 2022

這個模型精確地預測了TESS觀測第一區中複雜的光變模式，並且成功解釋了何以沒有週期性。在這個模型中，最內側的恆星 Aa和Ab每3天相互食一次，但是在第一區觀測的12天裏，它們也個別食C星一次，這種特別的機會在2025年還會發生一次，再之後就得等到2071年了。

這並非TESS觀測到的第一個四合星系統，但卻是第一個 2+1+1 配置的系統。天文學家們期望能在三年後觀測到下一次如此複雜的星食。

TESS觀測資料第一區數據的放大圖（藍色）與模型（紅線）的對比。殘差標示在時間序列的下方© Powell et al. 2022

“TIC 114936199: A Quadruple Star System with a 12 Day Outer-orbit Eclipse,” Brian P. Powell et al 2022 ApJ. 938 133 doi:10.3847/1538-4357/ac8934

如果恐龍沒有滅絕，它們今天會是什麼樣子？

6,600萬年前的一場小行星撞擊，永遠改變了地球生物的命運及發展。一百億顆原子彈爆炸威力導致大量煙塵長期遮蔽天空，植物光合作用停擺，草食性動物大量死亡，接下來的食物鏈崩潰，使90%以上的物種都消失，而當時的地球霸主恐龍，除了僅餘少數的鳥類外也都滅絕了。不過這個災難性事件也使倖存下來的哺乳動物蓬勃發展，演化成包括人類祖先的小型原生動物。

讓我們想像一下，如果沒有那場小行星災難，恐龍沒有滅絕，在月球上插上旗子的會是高度進化的迅猛龍嗎？恐龍科學家能不能發現相對論？這聽起來像俗套的科幻小說，但涉及了進化的哲學問題：人類的存在是偶然的，還是智能工具使用者的進化是不可避免的？

大腦、工具、語言和大型社會團體使我們成為地球上的主導物種。現在地球上有80億智人，如果以重量計算，人類比所有野生動物都多。而人類改造了地球上一半土地來養活自己，所以說像人類這樣的生物是註定要進化。

在1980年代，古生物學家 Dale Russell 提出了一個有趣的思想實驗，食肉恐龍進化成智能工具使用者。這種「恐龍人」(Dinosaurid)有顆大腦袋，有左右手對稱的拇指，可以直立行走。

恐龍人©Dale Russell & Ron Séguin/Canadian Museum of Nature via Naish & Tattersdill, Canadian Journal of Earth Sciences, 2021

這不是不可能的，但也是不可能的。動物的生物學特性制約了其進化的方向。譬如如果你在大學輟學，你可能不會成為腦外科醫生、律師或NASA的火箭科學家，但你可能會成為一名藝術家、演員或企業家。我們在生活中所走的道路打開了一些門，也關閉了另一些門，在進化中也是如此。

巨型恐龍和哺乳動物的時間示意圖©Nick Longrich

想像一下，恐龍從侏羅紀開始，長鼻龍、雷龍、梁龍(Diplodocidae)、腕龍(Brachiosauridae)、馬門溪龍(Mamenchisauridae)和泰坦巨龍(Titanosauria)等，進化成30-50噸的巨獸，長達30米，和藍鯨一樣大，有大象的10倍重。肉食性恐龍也一再進化出巨大達十米長、數噸重的捕食者。一億多年來，巨龍類、異龍類、獰龍類、新鱷類到暴龍類，都進化出了巨大的頂級捕食者。從解剖學上來看，高強度-重量比的空心骨、新陳代謝等，都是讓它們以空前絕後方式大型化的因素。

恐龍、哺乳動物和鳥類大腦容量與身體質量的關係©Nick Longrich

在恐龍生存期間，它們的大腦的確有逐漸增加的趨勢。侏羅紀時代的恐龍，如異龍、劍龍和腕龍的大腦都很小，到了白堊紀晚期，也就是 8,000 萬年後，暴龍和鴨嘴獸已經進化出更大的大腦。但儘管體積龐大，霸王龍的大腦仍然只有400克重，迅猛龍只有15克，而人類大腦平均重量則為1.3公斤。

隨著時間推移，恐龍進入新的生態環境，小型食草動物更加普遍，鳥類也更多樣化，後來演化出長腿形式動物，顯示腳程較快的捕食者和它們的獵物間有一場追逐賽。恐龍的生活型態也越來越複雜，它們開始過群居生活，並進化出角，用於戰鬥和展示。然而，恐龍的進化似乎只是在重覆產生體型巨大，但大腦很小的草食或食肉動物。

如果沒有小行星的介入，恐龍在一億年的生存史上幾乎不會發生什麼根本性的改變，它們很可能仍然繼續是超級巨大的長頸草食動物與肉食動物，或許會進化出稍大的大腦，但沒有證據顯示它們會進化成天才，不過哺乳動物也不可能取代它們，因為恐龍壟斷了環境資源。直到小行星撞擊地球，此後哺乳動物在不同的限制下，從未發展出超級巨大的體型，但卻進化出較大的腦。虎鯨、抹香鯨、須鯨、大象、豹紋海豹和猿猴都進化出巨大的大腦（和人類一樣大或更大）。

時至今日，少數恐龍的後代，烏鴉和鸚鵡等鳥類雖然擁有稍微複雜的大腦，會使用工具、說話和計數，但是只有像猿猴、大象和海豚這樣的哺乳動物，才進化出最大的大腦和最複雜的行為。恐龍的滅絕是否使哺乳動物必然演化出高智力？答案是否定的。

靈長類動物的進化史顯示我們的進化並不是必然的。在非洲，靈長類動物的確進化成了具有大腦袋的猿人，並且在700萬年裡產生了現代人類。但其他地方的靈長類動物卻走向了不同的道路。靈長類至少曾在5,500萬年前、5,000萬年前和2,000萬年前三度到達北美洲，但它們並沒有進化成能製造核子武器和手機的物種，相反地，它們因不明原因滅絕了。而猴子在3,500萬年前到達南美洲後，也只衍生出更多的猴類物種。

但是在非洲，而且只有在非洲，或許是因為當地動植物群、或地理環境，或氣候....等各種因素，使猿人的進化朝陸生、大型、腦大、能使用工具的靈長類動物，而人類的進化似乎就是機會與命運的中獎組合。

Nicholas R. Longrich, Senior Lecturer in Paleontology and Evolutionary Biology, University of Bath

天文學家發現一顆密度高達地球兩倍的氣體巨行星

Image© NASA/JPL-Caltech

由德國馬克斯-普朗克天文研究所 (MPIA) 的天文物理學家 Olga Zakhozhay 所領導的團隊研究發現，HD-114082b 這顆只有1,500萬年的年輕氣態巨行星，密度居然達到地球的兩倍、木星的近10倍，與目前公認的模型相比高了2-3倍，令天文學家大感不解。HD-114082b 位於大約310光年外，是迄今發現最年輕的系外行星之一。

天文學家通常以凌日法來估計系外行星的大小、以沿徑速度法來推算其質量。研究人員綜合近四年來對 HD-114082b 的觀測數據，推算出其半徑約與木星相同，但質量是木星的8倍，意即其密度高達地球的兩倍，木星的近10倍。

但從其大小和質量來看，它不太可能是一顆超大的岩質行星；通常岩質行星的上限是大約是地球半徑的3 倍，地球質量的25倍。此外，岩質行星的密度範圍並不大，超過這個範圍，星體的密度會變大，行星的引力也將保留大量的氫和氦。由於 HD-114082b 密度遠超過此，而且其軌道半長軸約 0.51 AU，因此推測它應該是一個熱木星型的氣態巨行星。

Image©NASA/Zakhozhay

但天文學家不確定它是如何形成。MPIA 的天文學家 Ralf Launhardt說表示，巨行星可以在氣體和塵埃組成的原行星盤中，經由兩種方式來形成。第一種是核心積聚(core accretion)，首先是塵埃靠靜電積聚成較大的固態粒子，然後形成大的岩石核心，質量越大引力越強，增長速度也越快，之後便開始吸積氣體，形成氣體包覆岩石核心的巨大行星，氣體在落至核心的過程中釋放熱量，因此溫度較低，稱為冷啟動(cool start)。另一種方式為盤不穩定(disk instability)，由原行星盤中引力不穩定的緻密氣體塊直接坍縮成沒有岩石核心的巨行星，其氣體保留了較多熱量，稱為熱啟動(hot start)。由於兩者冷卻的速度不同，所以天文學家可以藉由系外行星的溫度來瞭解其形成過程。 

HD-114082b 的特徵並不符合熱啟動模型，因為它的大小和質量比較符合核心積聚模型，但其質量對於大小來說仍然太大了，除非是擁有異常密實的核心，不然就是有其他原因。不過 Launhardt 表示，現在放棄熱啟動還為時過早，因為我們還沒有對巨行星形成有完整了瞭解。

HD-114082b 是我們目前所知年齡不到 3,000 萬年的三顆年輕行星之一，而且這三顆的特徵似乎都不符合盤不穩定模型。雖然樣本數量很少，但也許核心積聚真的可能比較普遍。不過還需要更多證據和樣本來確認，同時也得根據觀測數據來重新評估行星形成理論。

MPIA News

美國隨身帶槍枝人數在四年內增加一倍

Pongsatorn Singnoy/Shutterstock

隨著心理、經濟和社會壓力的升高，槍枝暴力在美國激增。根據華盛頓大學流行病學家 Ali Rowhani-Rahbar 主持的一項全美研究統計顯示，2015年至2019年間，隨身攜帶上膛手槍的美國人數量增加一倍，這項調查涵蓋了居住在美國各地有槍枝家庭的成年人。

美國是全球平民持有槍枝最多的國家，槍枝暴力造成了難以估計的傷害，但過去30年中，只有少數關於持槍行為的全國性調查。

為了瞭解槍枝擁有者攜帶手槍的頻率和原因，以及對攜帶武器法律限制較多與較少的州之間的差異，研究人員對擁有槍枝家庭的近2,400名美國成年人進行了調查。

研究結果發現，在調查的30天期間內，每10個手槍擁有者大約有3人曾隨身攜帶上膛的手槍，而這些人中每10人又有大約4人是每天都帶槍的。換算下來，2019年估計有600萬人每天隨身帶槍枝，是2015年300萬人的兩倍。

在這2,389名手槍擁有者中，攜槍者大多數是白人，男性，年齡在18-44歲，大約四分之三的人是因自衛而攜槍，而1994年僅46%。

雖然「安全」是使攜槍數上升的主要原因，但根據研究顯示，槍枝並不能使個人更加安全，反而在實施嚴格槍枝管理法律的國家，槍枝暴力比較低。盡管如此，美國槍枝的普及率卻越來越高，立法也明顯放寬，且各州的槍枝管理隨之鬆動。1990年時，美國只有一個州允許沒有在許可證的情況下隨身攜帶槍枝，而現在則有21個州。

在有許可證才可隨身攜帶槍枝的州，攜帶手槍的比例較低，大約有五分之一的槍枝擁有者曾在過去一個月內攜帶手槍，但在不需要許可證的州則高達三分之一。

該研究還發現，在2015年至2019年期間，即使法律規定必須持有許可證，但沒有許可證仍攜帶槍枝的人數大幅增加，佔槍枝擁有者的7.5%至11.5%之間。一些受訪者並不知道自己是否持有許可證，另一些人拒絕回答有關許可證、攜帶槍枝的日數或他們擁有的槍枝類型的問題。

2020年，與槍枝有關的傷害是美國1至19歲青少年和嬰兒死亡的主要原因，超過車禍、癌症、藥物過量和中毒。雖然大規模槍擊事件時有所聞，但大多數槍枝造成的死亡是自殺、凶殺或無意間造成的致命傷害。

大約有一半的美國人希望槍枝法律能夠更加嚴格，但需要靠立法來進行重大改革。

American Journal of Public Health

韋伯望遠鏡和凱克天文台所拍攝的土衛泰坦新影像

2022年11月4日JWST所拍攝土衛泰坦的近紅外圖像（左），隨後凱克天文台的NIRC2在2022年11月6日（中）和2022年11月7日（右）以自適應光學系統拍攝。NASA / STScI / W. M. Keck Observatory / Judy Schmidt

土衛六泰坦(Titan)是太陽系中唯一擁有濃厚大氣層的衛星，也是除了地球外，目前所知唯一擁有液態河流、湖泊和海洋的世界。人類最近一次近距離觀測它是在2017年4月的卡西尼任務。現在夏威夷凱克天文臺(W.M.Keck)和距離地球160萬公里的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡(JWST)連袂觀測這顆被重重霧霾覆蓋的土星衛星。

泰坦的平均溫度為-179°C，水都結成了堅硬的冰，所以在河流、雲層中循環的主要分子不是水而是甲烷。而所有地表和大氣活動都隱藏在複雜有機分子的濃厚霧霾下。

JWST 在11月5日傳回了以近紅外光穿透泰坦的霧霾，所拍攝其表面特徵以及大氣中的雲層。

2022年11月4日，JWST的近紅外相機 (NIRCam) 拍攝的土星衛星泰坦影像。左圖：使用F212N，波長 2.12微米濾鏡拍攝的影像，呈現出泰坦低層大氣狀態，亮點是北半球的雲層。右圖：NIRCam 組合各種濾鏡的影像，藍色=F140M（1.40微米），綠色=F150W（1.50微米），紅色=F200W（1.99微米），亮度=F210M（2.09微米）。並標示出幾個特殊的表面特徵。Kraken 海是一個甲烷海；Belet 則是深色沙丘；Adiri 為一個明亮的高反照率區域。NASA / ESA / CSA / A. Pagan (STScI); Science: JWST Titan GTO Team.

JWST 泰坦 GTO 小組研究主題為泰坦的氣候、組成與雲層，計畫主持人Nixon 對 JWST 拍攝到的泰坦雲層影像非常興奮，因為這驗證了電腦模型對泰坦氣候的長期預測，在夏季後期，當表面被太陽加熱時，雲層很容易在中北半球形成。並立即與凱克泰坦觀測小組聯繫，以自適應光學系統進行後續的觀測，減少地球大氣造成的模糊。凱克天文台的觀測顯示，雲層似乎會隨著泰坦自轉而移動，並可能改變形狀。

2022年11月4日至11月6日期間，JWST NIRCam（左）和凱克NIRC-2（右）觀測到泰坦在 30小時內的雲層變化。泰坦正從左（黎明）向右（傍晚）自轉。雲層A正轉進入視野，而雲層B似乎正在消散或移動到泰坦後方。在泰坦或地球上，雲層持續時間並不長，所以11月4日看到的雲層可能與11月6日看到的雲層不一樣。NIRCam 使用 藍色=F140M（1.40微米），綠色=F150W（1.50微米），紅色=F200W（1.99微米），亮度=F210M（2.09微米）所拍攝影像組合。Keck NIRC-2 影響為紅色=He1b（2.06微米），綠色=Kp（2.12微米），藍色=H2 1-0（2.13微米）的組合。NASA / ESA / CSA / W. M. Keck Observatory / A. Pagan (STSCI); Science: Webb Titan GTO tram

雖然JWST和Keck的影像都顯示了雲層的位置，但JWST的光譜中包含了更多的訊息，透過近紅外光的不同波長，天文學家可以推測雲層和霧霾的高度。Nixon的團隊將繼續分析這些影像數據，並計劃進行更多的JWST觀測。

NASA Releases New JWST And W. M. Keck Observatory Images Of Titan, Saturn’s Moon

如果人類存在一百萬年，會變成甚麼模樣？

 Image©Paul Campbell/Getty Images)

大多數物種都是短暫的，會滅絕或在隨機的突變及環境變化下轉化成新的物種，或者由於隨機突變和環境變化而隨時間變化。典型的哺乳動物物種通常可存在一百萬年，而現代人類，也就是智人，已經存在大約30萬年，如果能存在一百萬年，未來人類會變成什麼模樣？

科幻小說家 H.G.威爾斯是第一個推測人類可能會進化成非常陌生物種的人。他在1883年的一篇文章《百萬年後的人類》中，推測人類可能會變成腦大、身小的生物。後來他又進一步認為人類也可能會分成兩個或更多的新物種。

雖然威爾斯的進化模型沒有經過驗證，但他所認為的三個基本選項仍是正確的：滅絕、改變，或分化成幾個物種。不過人類擁有生物技術後，每一種可能性都會提高。

可預見的未來技術，例如強化人類（透過藥物、晶片、基因或其他技術，使人類更聰明、強壯或在其他方面更出色）、大腦仿真（將大腦上傳到電腦）或人工智能（AI），都可能創造出生物學上的新物種。

牛津大學人類未來研究所和馬丁學院 (Future of Humanity Institute & Oxford Martin School) 的科學家 Anders Sandberg 認為不可能完美地預測未來，因為其取決於一些隨機因素，例如目前未知的技術和生物極限，不過他推測最可能的狀況是巨大的物種分離。在追求改變人類，如延緩衰老、提高智力和情緒，改造軀體時，都可能產生新的物種。

然而，前景令人不寒而慄。因為即使這些技術像手機一樣便宜而且無處不在，仍會有些人寧可維持人類原有形象而拒絕接受。長久之後，經過一代代升級後最強化的人種，將成為一個或多個根本不同的「後人類」物種(posthuman)，而另一些則堅持原則的「真人類」物種(real humans)。

透過大腦仿真這種掃描大腦細胞，在電腦中重建一個相同神經網絡的技術，可以讓人類持續更久，但這已不是單純的物種進化，而是離開動物界而進入礦物界，或說軟體界。想這麼做的人或許是藉建立副本和備份來達到長生不老，或透過網路或電波在太空中旅行。軟體智能還具有其他優勢，例如非常節省資源，虛擬生命只需要來自陽光的能量和一些礦物材料來製造晶片。它還可以在計算設定的時間尺度上思考和改變，比生物思維快幾百萬倍，甚至透過類似軟體更新的方式來進化。

人類或許也不會是地球上唯一的智能物種。人工智能現在正在迅速發展。雖然對於現在人工智能還不具有意識，但有些專家認為在本世紀之內便會成真。如果具有自我意識的人工智能一但出現，人類很有可能度上會被取代，或與之並存。

合理推測，在遙遠的未來，大多數人的思維將變成不需要靠吃喝這種低效率方式來獲得能量的軟體，而且人工思維可以快速進化，而現代人類的思維方式將隨時間產生巨大的變化。與軟體生命相較，物理生命有一個明顯的劣勢，就是存在於遲緩、古板的物質世界中，但優點則是自成一體，不像不具實體的軟體，當數據中心被破壞時也隨之消散。

即使在與「軟體人類」共存的未來，「自然人類」仍可透過各種方式來過傳統社會生活，就像以立法方式保障原住民的生活習慣一樣。但這是一個「好」的未來嗎？這是價值觀的問題，所謂「好」的生活，或許是可以在一個可以持續和平、繁榮環境中持續生存，若從這個角度來看，我們並不需要變成奇怪的「後人類」，更需要的是能確保安寧運作的社會。

有些人或許對進步持開放態度，認為人類進化是自然且必然的，就像從舊石器時代成為現代人，進而成為新形式人類。也可能有人認為自我表達、生活目標、幸福感與其他實體感受才是後人類世界所應該追並實現的。

不過一百萬年後的地球環境的變化，也是影響人類進化的重要因子。一百萬年後，由於人類對農業和城市的需求減少，這些遺跡可能成為文化遺址，在機器人因歷史或審美的原因下而獲得保存。另一方面，撒哈拉沙漠被太陽能板覆蓋的天頂下，數以萬億計的人工智能蓬勃發展，這些龐大而釋出巨大熱量的數據中心造成地球的過熱，不過此時大多數圍繞太陽運行的不再是行星，而是結構不斷增長的「戴森球」，它所有的能量都為思想、意識和其他目前無法想像的奇怪事物來提供動力。

如果未來的生物人種滅絕，最可能的原因（除了現在明顯的直接威脅，如核子戰爭等）應該就是後人類物種的缺乏尊重、容忍和共存約定。也許我們也該反省一下自己對待少數族群的態度了。