中華民國 105 年 2 月

Science Development 518NO.

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這一期出版後一個多星期就是農曆新年，是參與編輯工作的全體同仁向讀者、作者們拜年

的一期，願大家新春萬事順心如意！我們也都預祝台灣第一顆全部自製的福衛五號遙測衛星順

利發射升空。

福衛二號遙測衛星在太空中為全世界服務已經十多年了，那是一個俯瞰全球幾乎每一個

角落的眼睛。福衛五號升空之後，當然會把這些工作做得更為完美。這兩顆衛星都飛行在太

陽同步軌道上，也就是說，其造訪每個地點時都在當地的白天，因此可把地面上的狀況看得

清楚。

福衛五號的一項重要特色是「全部自製」，對於每一個元件，因為要能承受火箭發射時

的嚴酷考驗，又要能長期運作於太空環境中，所要求的標準自然極高，在研發製作的過程中

要克服重重的困難。現在，完成之後，參與的許多團隊得到的是什麼？除了那顆等著升空的

衛星之外，很重要的是也同時開發了一些新技術，獲得了不少經驗，培育了許多擁有這些技

術與經驗的人才，都是業已深植在台灣的珍貴資產。

這些資產除了在更進一步的衛星事業上之外，還有什麼用武之地？太多了，例如規劃、

協調、控管的經驗可以用在大型多單位合作計畫的推動上；製造的新技術可以是開發高科技

新興產業的基礎……設法把多年辛苦所累積下來的珍貴資產擴散出去，為台灣社會所用，在

各方面發揮效益，應是未來該努力的方向。

福衛二號與五號都是好用的服務性工具，幾乎任何地點發生了重大事故，地震、海

嘯……都可以把畫面記錄下來以資運用。它們也是學術研究的利器，福衛五號上面的「先進

電離層探測儀」是一個自行研發、世界唯一的科學酬載。這個儀器可以量測電離層項部電漿

不規則體的資料，除了有助於改善太空天氣預報與提升全球通訊品質外，更重要的是希望能

證實電離層的異常現象與地震的關係。這項研究若能得到明確的結論而發展出一個預測地震

的方法，將是一件造福全人類的大事。

這兩顆遙測衛星的功能是有些限制的，例如：高山上在不同海拔高度各有其適合生存於

當地氣溫下的植物，由於全球氣候暖化的關係，這些植物有逐漸向較高海拔遷移的現象，而

生存在最高處的物種已有退無可退瀕臨絕滅的危機。可惜的是，利用遙測衛星可能不易觀察

這類時間尺度如此之慢的變化。

再如，海面上漂浮著許多被拋棄的塑膠垃圾碎片，對海洋生態造成了嚴重傷害。科學家

很想了解其來源、去處和漂浮的途徑。可惜它們的尺寸太小了，也超出了遙測衛星可以偵測

到的範圍。

最令人惋惜的是，我們要靠國外的火箭來發射這顆全部由國人自行研發製造的衛星。

編者的話

01科學發展 2016年 2月│ 518期

518NO.

中華民國 105年 2月

編者的話01

專題報導

04 福爾摩沙衛星五號 陳東陽

06 福爾摩沙衛星五號系統 蔡東宏

衛星在完成組裝後，會經歷各種環境測試，以確認可以通過嚴苛的發射環境。

12 福衛遙測任務的啟動者 黃楓台

太空中心除了台灣外，在瑞典與挪威也有接收站。

18 遙測影像的生產鏈 李芸珊、周士傑

遙測影像有綜觀、多時的特性，可以有效掌管我們賴以維生的地球。

24 太空魔方—先進電離層探測儀 趙吉光、張友信

善用「先進電離層探測儀」的量測資料，能有效提升防災科技能力。

30 來自太空中的震央 劉正彥

以全球首創的太空地震儀觀測電離層擾亂的技術，具有地震與海嘯預警的應用潛力。

34 太空飛行體的研發管理 張志立

徹底做好對的事情，以精確掌握研發管理的複雜度與嚴謹性。

一般報導

42 退化性膝關節炎的健康管理 林啟禎

美國骨科醫學會依實證醫學的證據力強度，提出了臨床治療指引。

目 錄

02 科學發展 2016年 2月│ 518期

1925

04 福爾摩沙衛星五號 陳東陽

06 福爾摩沙衛星五號系統 蔡東宏

衛星在完成組裝後，會經歷各種環境測試，以確認可以通過嚴苛的發射環境。

12 福衛遙測任務的啟動者 黃楓台

太空中心除了台灣外，在瑞典與挪威也有接收站。

18 遙測影像的生產鏈 李芸珊、周士傑

遙測影像有綜觀、多時的特性，可以有效掌管我們賴以維生的地球。

24 太空魔方—先進電離層探測儀 趙吉光、張友信

善用「先進電離層探測儀」的量測資料，能有效提升防災科技能力。

30 來自太空中的震央 劉正彥

以全球首創的太空地震儀觀測電離層擾亂的技術，具有地震與海嘯預警的應用潛力。

34 太空飛行體的研發管理 張志立

徹底做好對的事情，以精確掌握研發管理的複雜度與嚴謹性。

一般報導

42 退化性膝關節炎的健康管理 林啟禎

美國骨科醫學會依實證醫學的證據力強度，提出了臨床治療指引。

48 高山森林的向上遷移 呂明倫

大型喬木的生理機能無法適應暖化，其中又以玉山圓柏最為明顯。

54 火藥—古今化學研究與發展的基石

化學研究在中國古代醫學家合成火藥的那一刻開啟了其神祕的大門。

58 了解與預測在科學上的體現 蘇明德

了解與預測是一體的兩面，真正了解科學事物的本質，就能預測事物的未來發展。

66 海洋垃圾大軍 張泰迪

正視並面對海洋廢棄物的問題，才可能減輕垃圾汙染危害。

台灣新發現

70 癌末病患照顧者的藍色憂鬱 葉孋嬋

72 處理戴奧辛的更好選擇 范賢娟

科技新知

74 精確醫學的範例∕中東呼吸道症候群∕冰人的來歷∕

禽流感病毒為何不易在哺乳類體內作怪？∕微型原子彈∕

人身上到底有多少細菌？

王道還

78 當科學與歷史文化相遇 — 談「景觀」的多重身分 陳恒安

黃彥維、Yun-Yu Chen 黃耿祥

03科學發展 2016年 2月│ 518期

科學、技術與社會

09

福爾摩沙衛星五號

陳東陽│專題報導特邀編輯

成功大學

台灣第一顆自主發展的福爾摩沙衛星五號遙測衛星即將於 2016年第一季發射升空，這是我國太空科技邁向自主創新研發的新里程碑。

我國第一顆遙測衛星「福衛二號」於 2004年發射升空，至今仍持續運轉中。由於衛星使用的零件都有設計年限，為了接續福衛二號的任務，

並且能夠建構自主的衛星平台，國家太空中心於 2008年提出新一代的遙測衛星計畫—福衛五號。

專題報導

04 科學發展 2016年 2月│ 518期

福衛五號的酬載飛行體及其關鍵元件，從設計、製造到組裝，都由國內團隊

自主開發完成，這是我國極具指標性及挑戰性的自主研發。在國研院國家太空中

心的整合下，結合國研院儀科中心和晶片中心的研發能量，並與中山科學研究院、

學術單位及民間研發單位組成研發團隊，打造第一具國人自製的光學遙測酬載。

參與的學術單位包括清華大學、交通大學、成功大學及中央大學，民間研發單位包

括漢翔航空工業公司、勝利微波公司、微像公司、凌群電腦公司及鑫豪科技公司。

福衛五號預定飛行於 720公里高的太陽同步軌道上，對地球表面取像，可以提供 2公尺解析度的黑白影像與 4公尺解析度的彩色影像，且每兩天會在同一時間通過同一地點的上空。雖然遙測衛星主要應用在民生及科學上，但由於其設備

元件有一定的敏感性，許多關鍵組件不易從國外取得，因此太空中心團隊決心自

主發展福衛五號光學酬載。其中自行完成的互補式金屬氧化物半導體（CMOS）影像感測器是技術上的一大突破，可以搭配多光譜濾光片，同時感測幾個不同波段

的影像，是全球首例應用於太空對地遙測的 CMOS影像感測器。另外，福衛五號的科學酬載「先進電離層探測儀」是國內自製的單一探測儀，

可以量測離子密度、離子速度、離子溫度、電子溫度等，量測電離層「電漿不規則體」

的空間解析度由公尺級邁向公分級，在電離層電漿不規則體的特性研究方面將有重

大突破。掌握太空天氣的變化可大幅提升衛星通訊、定位、導航的精確度，特別是

近年來許多研究顯示電離層參數變化有助於地震前兆的研究，對科學研究及地震預

測都會有貢獻。

這期專題報導特別選在福衛五號發射前，邀請國研院國家太空中心的研究人

員介紹福衛五號的各個面向，內容包括系統架構、衛星排程系統、遙測影像的生

產鏈、福衛五號的科學酬載先進電離層探測儀。另有〈來自太空中的震央〉介紹

太空天氣資訊是否與地震前兆有關聯，能提供地震預測嗎？最後是如何做好太空

飛行體研發及管理的步驟。

福衛五號歷經十年的努力，結合國內產學研團隊，期間歷經無數的艱難與挑

戰，將使我國的太空科技邁向自主創新研發的新里程。未來福衛五號也會接續福

衛二號，傳承太空的夢想與經驗，預祝福衛五號順利成功。

05科學發展 2016年 2月│ 518期

專題報導

0706 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

人類對太空一直充滿著神祕與好奇，但是上太空有一定的困難度，因此一向只有具備太

空實力的科技強國才能發射火箭搭載人造衛星進入軌道繞著地球旋轉，甚至更進一步去探月

或其他星體。國家太空中心自 1991年創立以來就一直是台灣探測太空的先鋒部隊，自 2004年福衛二號發射成功後，台灣便具備對地進行光學遙測的自主權。只要天氣情況允許，福衛

二號每天會在同一個時間通過台灣上空遙測取像。這 11年來，福衛二號已累積全球的無數照片，對於本土以及全球遙測影像的使用者有莫大的貢獻。

福衛五號系統架構

由於衛星使用的零件都有壽命限制，為了接續福衛二號的任務並建立自主的衛星平台，

太空中心在 2008年提出新一代的遙測衛星計畫，這就是福衛五號的開始。這新一代遙測衛星雖然沿用了部分先前的系統架構以達到最佳成本效益，但為了能夠有更高的光學品質、更快

的影像下傳速度，以及更好的影像處理技術，整個衛星系統也有一些新的設計。

福衛五號使用 720公里高度的太陽同步軌道，每兩天會再訪一次，表示每兩天會在同一時間通過同一地點上空。在台灣本島設立了兩個地面接收站，以便操控通過的福衛五號，

一般的衛星健康資料是使用 S頻段傳送，遙測影像資料則使用 X頻段下傳。因為衛星繞著地球運行，只靠台灣兩個地面接收站並不夠，所以在靠近北極的區域會尋找一個地面站以

涵蓋全球。

參與太空研究除了彰顯國家實力之外，利用太空特殊的環境對地球遙測研究更有

特殊的價值。福爾摩沙衛星五號是國人第一顆自製的遙測衛星，

具有承先啟後的重要意義。

蔡東宏

福爾摩沙衛星五號系統

自 2004年福衛二號發射成功後，台灣便具備對地進行光學遙測的自主權。

0706 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

福衛五號使用美國的獵鷹九號發射載

具，發射地點在美國加州，發射後約二至

三小時就會通過海外地面站上空，可以立

即使用地面站檢查衛星發射後的健康狀況。

在衛星操控中心有各領域的專家提供即時

的回覆與處理方案，以確保其安全操作。

國內外各有一個 X頻段的地面接收站，傳送數量龐大的影像資料以提供涵蓋全球的

遙測影像。

福衛五號衛星架構

衛星的架構比個人電腦複雜，其運作

的核心是一部衛星電腦，電力的來源是使

用太陽能板把太陽能轉換成電能，再透過

電力控制單元與電池適當地調節後，再提

供給衛星上所有的元件使用。

衛星由發射載具送入預定軌道後，雖

然可以藉著重力持續繞行地球，但是若只

是不斷地翻轉不能穩定，或不能受控制指

向某特定方向，也無法執行遙測任務以獲

取有意義的遙測影像，因此衛星有一個很

重要的功能就是姿態控制。福衛五號使用

太陽感測器偵測太陽方位，同時使用磁力

計量測地球磁場，並使用磁力棒產生設定

的磁場與地球磁場產生反作用力，便可以

使翻轉中的衛星慢慢穩定。

但是這樣的控制並不夠精準到可執行

遙測取像，因為衛星在 720公里的高度，只要些微的角度誤差，地球上取像的位置

就會偏差很遠。為了達到更精準的姿態控

制，福衛五號設計了星象儀與反應輪。使

用星象儀來比對衛星與外太空星星的相對

位置，可以得到非常精準的方位，再利用

多個反應輪來微調衛星的角度，就可以使

衛星瞄準到要照相的方位。

衛星在太空中是利用全球定位接收器

來標定自己的位置，在軌道上運行一段時

間後，會因為各種阻力慢慢降低高度，這

時候衛星的軌道參數會改變，就不再依原

福衛五號系統架構圖

太空系統

（科學酬載）

（遙測酬載）

（衛星本體）

發射載具

太陽同步軌道

影像接收站（中大太遙）影像接收站

（新竹）

TT&C地面站

（台南）TT&C地面站

（中壢）

海外追蹤站

影像接收站

影像處理中心

影像產品

TT&C地面站

衛星操控中心

使用者

地面系統

S∕S BandS∕S Band

Falcon − 9

X Band

720 km

為了接續福衛二號的任務並建立自主的衛星平台，

太空中心在 2008年提出新一代的遙測衛星計畫，這就是福衛五號的開始。

專題報導

0908 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

來預定的時間通過預定的地點。因此配置

了燃料桶及噴嘴，當軌道參數變化至超過

預設值時，把衛星噴嘴轉至後方，噴出適

量燃料後使衛星加速，就可以回到原來的

軌道。所有的中低軌道衛星若要有較長的

壽命，都必須具備這項功能。

與地面站通訊的 S頻段及 X頻段天線也是必備的。為了讓衛星在翻轉時能與地

面站通訊，在對地及對太空的方向各安裝

一支 S頻段天線。

福衛五號搭載的酬載

福衛五號衛星搭載了兩個酬載，其中

一個是執行遙測任務的遙測酬載，這是由

太空中心與同樣隸屬於國家實驗研究院的

儀器科技研究中心結合國內技術能量自主

開發而成的。遙測酬載基本上包含了光學

鏡片、以複合材料製成的結構體、帶通濾

光片、以互補式金屬氧化物半導體技術製

作的影像感測器，以及數位影像資料處理

單元。

衛星架構配置圖

射頻電子單元

磁力棒

星象儀

全球定位

接收器

磁力計

衛星電腦

反應輪

全球定位

接收器天線

及放大器

電力控制單元

燃料桶

電池

星象儀感測頭

遙測酬載電子單元

先進電離層探測儀感測頭

X頻段傳送機

先進電離層探

測儀電子單元

太陽能板

X頻段天線

光學鏡頭

太陽感測器

S頻段天線

鏡片拋光∕清洗∕鍍膜。

使用複合材料製造的遙測酬載結構體

08 科學發展 2016年 2月│ 518期

0908 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

光學鏡片是使用國外購入的光學材料，

再由儀器科技研究中心使用特殊的拋光設

備研製而成，它的特性是受溫度影響的變

形量很低。為了建立高強度、低質量且不

易受溫度影響而變形的光學結構體，因而

選用複合材料當素材，並且在成品的保存

期間維持低溼度環境，以避免吸收太多的

溼氣而變形。由於遙測酬載須感測不同波

長的光線，因此由儀器科技研究中心開發

帶通濾光片來區隔不同波長的光線。

使用互補式金屬氧化物半導體技術來

製作影像感測器是台灣電子科技的強項，

具體的產品就是數位相機，但是製造符合

太空環境且滿足衛星使用的影像感測器仍

然是一項新的挑戰。國家太空中心以既有

的太空環境驗證能量，整合國內的感測器

設計團隊與半導體晶圓廠製造技術，成功開

發世界第一片符合太空使用的大尺寸互補

式金屬氧化物半導體影像感測器。這些自主

技術研發的元件最後組裝成遙測取像儀，由

福衛五號搭載送入太空執行遙測任務。

帶通濾光片

互補式金屬氧化物半導體影像感測器

組裝完成的遙測取像儀

09科學發展 2016年 2月│ 518期

1110 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

福衛五號另外搭載了一個科學酬載 ─先進電離層探測儀，由中央大學太空科學

研究所負責研製，是國內自製科學酬載首

度登上福爾摩沙系列衛星，也是國際間首

創以單一探測儀實現多合一的電漿量測儀

器，可量測離子密度、離子速度、離子溫

度、電子溫度等。先進電離層探測儀的「最

高取樣率」可達每秒 8,192次，當衛星在空中高速飛行時，量測電離層「電漿不規則

體」的空間解析度可由公尺級邁向公分級，

對於電離層電漿不規則體的特性研究會有

突破性的成果。

福衛五號的整合與測試

所有衛星元件都製作完畢後，會在國

家太空中心的整合測試廠房進行福衛五號

衛星的機械與電機組裝。整合測試廠房提

供潔淨度 100,000、1,000與 100的無塵室，分別提供一般測試、衛星組裝及光學組裝

使用。

組裝完成的福衛五

號衛星

先進電離層探測儀的探測器

安裝在衛星上的先進電離層探測儀

專題報導

10 科學發展 2016年 2月│ 518期

1110 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

在機械組裝階段，所有衛星元件會安

裝在衛星結構體中預定的位置，並依需要

在界面處安裝散熱或隔熱材料，以增加或

減少安裝界面的熱通量，再搭配安裝在元

件上的加熱器，便可以在外太空真空環境

中把元件控制在適當的工作溫度。衛星外

部也安裝熱輻射器或以多層絕熱材料包覆，

以便在真空環境中利用輻射方式控制衛星

的溫度。

在電機組裝階段，所有的衛星元件會

用特製的飛行線束連接，以便接收衛星電

腦的控制。飛行線束就像人體中的血管和

神經，它提供電力給所有元件，並且負起

傳遞控制訊號的責任。

衛星在完成組裝後，會經歷各種太空

環境測試，以確認可以通過嚴苛的發射環

境，並且在高低溫變化劇烈且真空的環境

中正常工作。這些測試包含了振動測試、

音震測試、太陽能板展開測試、熱真空測

試、電磁相容性測試、質量特性量測等。

在每次的環境測試期間，都會重複執行衛

星功能測試以確保其正常運作，因此一個

完整的衛星環境驗證約需要 2年的時間才

能完成。

福衛五號系統的驗證

衛星系統是由許多需求所組成，所有

的測試或分析都是為了驗證需求而執行。

在完成所有的工作後，須透過電腦系統的

輔助對所有需求進行完整的檢查，以確認

所有需求都獲得驗證。完成這些程序後，衛

星才算正式通過驗證可以送至發射場發射。

福衛五號衛星吊掛於

熱真空艙門

蔡東宏國家實驗研究院國家太空中心

11科學發展 2016年 2月│ 518期

專題報導

1312 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

監測地球的必要

我們處在一個每天都在變動的地球上，不論是自然的或人為的災害，往往對人類生存產

生巨大的影響；而都市發展與農業生產的規畫，也關係到文明的永續發展。因此，我們必須

時時監測地球上的變化，做為事前防範與事後評估的參考。

目前，許多國家都把國土監測與災害防治列為優先的施政重點。做為眾多對地觀測的平

台，遙測衛星一直扮演著非常重要的角色，目前已超過 25個國家擁有各種不同解析度的遙測

衛星。

遙測衛星因繞行地球運轉，能夠大面積取像，並在一天至數天內對相同的地區取像，因

而可以周期性地針對某一地區進行大範圍拍攝，達到國土與災害監測的目的。面對不同且龐

大的衛星影像需求，如何善用有限的衛星資源以獲取最大的效益，並滿足客戶的需求，是衛

星遙測任務規劃與排程最重要的工作。

我國的遙測衛星

我國第 1顆遙測衛星「福衛二號」於 2004年 5月 21日發射升空，至今仍在運轉中。另外，

已完成的第 2顆遙測衛星「福衛五號」，預計在 2016年第 2季發射。

福衛二號是我國首顆完全自主擁有的高解析度遙測衛星，衛星向地心方向取像的寬度是

24公里，可以提供 2公尺解析度的黑白影像與 8公尺解析度的彩色影像。

福衛五號則是我國第 1顆完全自主發展的高解析度遙測衛星，與福衛二號的取像寬度相

同，但可以提供 2公尺解析度的黑白影像與 4公尺解析度的彩色影像。二者統稱為福衛遙測

衛星。

福衛遙測任務是一個封閉的迴路，

其啟動者便是衛星遙測的排程與規劃。

黃楓台

福衛遙測任務的啟動者

1312 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

取像任務的安排

福衛遙測衛星每天取像的任務是由操

作人員依據客戶的需求，考量各項因素後，

操作排程系統產生遙測取像工作的任務時

序報告，包含每一次取像時衛星開始轉動的

時刻與所需的時間，衛星開始拍攝的時刻與

所需的時間，以及其他取像所需的資訊。

任務時序報告送到衛星操控中心後會

產生一系列的衛星指令，當福衛遙測衛星

通過台灣上空時，利用位在中壢或歸仁的

遙傳追蹤站把指令傳送到衛星上，衛星就

會按照事前規劃的時間順序執行取像的工

作，同時把影像資料存放在儲存器中，並

在指定的時刻傳到地面接收站，最後把影

像的快覽圖傳回太空中心影像處理中心。

操作人員可以經由快覽圖判斷是否滿足客

戶的需求，決定是否針對該區域繼續或停

止拍攝。

因此，整個福衛遙測任務是一個封閉

的迴路，而整個遙測任務的啟動者便是衛

星排程與規劃。

目前，福衛遙測衛星系列都屬於光學

遙測衛星，也就是利用太陽光經地表反射

後進入遙測影像儀而取像。在規劃拍攝任務

時，考量的因素主要包括衛星的性能、衛星

飛行通過的地區、地面上的限制等。另外，

若是有多顆遙測衛星則有更多的考量。

衛星性能的考量

衛星性能方面必須注意的是它的視角

限制、改變姿態所需時間、儲存容量限制，

以及電力與熱限制。

衛星沿著飛行方向的左右轉一個角度

可以增加對地表觀測的範圍，這一範圍稱

為可視域。視角越大，可以拍攝的可視域

越廣，影像的地面寬度會增加，但解析度

會變差。此外，所拍攝的影像如高山或樓

房就好像平躺在地上一般。

取像區域的位置若不是位於衛星遙測

影像儀鏡頭的正下方（星下點），衛星必

須改變本身的姿態使遙測影像儀鏡頭指向

取像區域，才能拍攝到目標區域。其改變

的姿態量越大，所需轉動的時間也越長。

若衛星能夠快速進行不同姿態的轉換，便

能夠在同一軌道對更多的目標區域取像，

新一代高性能遙測衛星大都具有這一性能。

衛星完成對地取像後，若附近區域沒

有地面接收站，或無法透過中繼衛星把影

如何善用有限的衛星資源以獲取最大的效益，並滿足客戶的需求，

是衛星遙測任務規劃與排程最重要的工作。

目標點

衛星

星下點

地球半徑地心

R

Hη

專題報導

1514 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

像資料傳回地面時，則必須先暫存在衛星

上的固態儲存器中，直到資料下傳至地面

接收站為止。由於儲存器的容量有上限，

為了能獲取最多組的影像資料，因此單次

取像的資料量，也就是取像時間的長度受

到一定的限制。

除非攜帶核能動力發電，絕大部分的

衛星必須靠太陽能板獲取電力，才能長期

在軌道上運行。此外，遙測影像儀需考慮

溫度因素，無法長時間連續取像，避免過

熱與消耗過多的電力。福衛遙測衛星每一

軌道可以取像的時間是 8分鐘，且可在同一任務軌道進行多次開關，因此能對南、

北兩端相距超過 8分鐘衛星飛行距離的目標在同一任務軌道取像。

衛星通過地區的考量

衛星通過的地方主要由其軌道決定，

實務上，光學遙測衛星常選擇的軌道有太

陽同步軌道與傾角軌道兩種。

大部分的光學遙測衛星是以太陽同步

軌道為運行的軌道，因為地球是一個南北

極較扁的橢球體，所以衛星繞行地球的軌

道面會隨時間而改變。當軌道面繞地球自

轉軸的速率和方向與地球繞太陽公轉一圈

的速率和方向相同時，這種軌道稱為太陽

同步軌道。

太陽同步軌道的主要特徵是，一年四

季衛星軌道面與太陽的夾角都保持相同，

因此衛星通過同一緯度地區的時間、太陽

能量的接收量，以及衛星處於太陽被地球

遮住照射區域的時間變動最小。這些特性

不僅可以降低地面上影像處理與判識的困

難，也能簡化衛星的設計。

軌道高度在 400∼ 1,000公里的太陽同步圓形軌道，其軌道傾角約介於 97度與

99.5度之間，因此地面軌跡涵蓋的範圍可

以達到南北緯 83度與 80.5度間。

再者，透過適當衛星軌道高度的選擇，

太陽同步軌道的地面軌跡會在繞行地球 D

天 R 圈後產生重複的現象，其中 D 與 R 互

為質數。以 400∼1,000公里高度的圓形太

陽同步軌道來說，只有兩種高度具有每日

再訪（D = 1）的特性，分別是繞行地球14

圈（R＝14）的888公里，以及繞行地球15

圈（R＝15）的561公里。由於後者的軌道

高度較低，受到大氣阻力的影響較大，執

行軌道維護工作比較頻繁，因此太空中心

選擇前者做為福衛二號的任務軌道。

此外，在 400∼1,000公里高度間，具

有兩日再訪（D = 2）特性的軌道也有兩種，

分別是繞行地球29圈（R＝29）的 720 公

里，以及繞行地球31圈（ R＝31）的 411

公里。基於上述同樣的道理，太空中心選

擇720公里高的太陽同步軌道做為福衛五號

的任務軌道。

衛星必須靠太陽能板獲取電力，才能長期在軌道上

運行。（圖片來源：種子發）

1514 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

從福衛二號在 45度視角的取像涵蓋圖，可以看出在赤道附近，有許多地方在

這視角限制下，是福衛二號無法拍攝到的

區域。福衛五號兩天再訪，在 45度視角限制下，可以拍攝全球大部分的區域。

衛星運行的軌道面與赤道面的夾角不

等於 0，且軌道面繞地球的速率不等於地球繞太陽公轉一圈的速率的軌道，稱為傾角

軌道。

就實務上來說，採取傾角軌道的衛星

其傾角都在 60度以下，地面軌跡涵蓋的南北緯範圍與傾角相同，不如太陽同步軌道

的範圍大，但透過轉動衛星改變視角可以

增加對中低緯度地區的取像次數，因此有

越來越多的民用遙測衛星採用傾角軌道。

傾角軌道的缺點是對同一地區每次取像的

光照條件不一致。

例如，馬來西亞遙測衛星RazakSat選擇高度 685 公里、傾角 9 度的傾角軌道，埃及遙測衛星 EgyptSat-2選擇高度

700 公里、傾角 51.6 度的傾角軌道，而已

在 2015年12月中發射的新加坡遙測衛星

TeLEOS-1，選擇高度 550公里、傾角15度

的傾角軌道。馬來西亞與新加坡選擇這些

近赤道軌道，主要原因是這些國家都位在

赤道附近。

地面上的限制在地面上的限制方面，操作人員必須

考量地面站的可得性及其接收仰角的限制。

針對光學遙測衛星取像，天氣也是一個非

常重要的考慮因素。最後是客戶的需求。

除非衛星能即時把拍攝的影像資料下

傳到地面接收站，否則必須暫存在衛星的

固態儲存器內，直到接觸到地面接收站可

接收的範圍下傳資料為止。因此，若在衛

星行經的每一軌道地區附近設置地面接收

站，讓拍攝的衛星影像資料能趕快下傳，

則衛星可以增加每天拍攝的影像資料量。

福衛二號地面軌跡與取像涵蓋範圍，藍色右上到左下線條是 14條軌道地面軌跡，橫線區域是 45度視角範圍。

專題報導

1716 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

但實際上，廣設地面接收站並不符合

成本效益。以太陽同步軌道衛星而言，它

的地面軌跡可達到南北緯 83度與 80.5度

間，衛星每天通過高緯度的次數較多，因

此只要在高緯度地區有一個地面接收站，

就可以增加衛星與接收站接觸的次數。以

福衛遙測衛星為例，太空中心除了台灣外，

在北極圈內挪威的斯瓦巴（Svalbard） 也有

接收站。一旦衛星進入接收站接收範圍，

便可以下傳儲存器上的資料。

接收站的接收範圍會受到天線可接收

仰角的影響，可接收的仰角越高，則衛星

與接收站的接觸時間越短，能夠下傳的影

像資料量越少。反之，可接收的仰角越低，

則衛星與接收站的接觸時間越長，能夠下

傳的影像資料量越多。但低仰角接收由於

衛星與接收站距離太遠，有時會無法順利

接收到影像資料。

光學遙測衛星無法如合成孔徑雷達遙

測衛星一般，可以藉由主動發射雷達波穿

透雲層觀察地表現象，因此拍攝目標點的

雲覆量高低是取像成功與否的最重要因素。

操作人員每天執行遙測任務的規畫時，除

了考量上述因素外，也要考慮取像地區當

地的天氣狀況。太空中心為了提高福衛遙

測衛星的使用效率，避免拍攝到過多雲覆

量的影像造成資源的浪費，在拍攝前會利

用全球雲量預測資訊系統的雲覆量預測做

福衛五號發射進入軌道後，可與福衛二號組成一個台灣遙測衛星星系，

對於遙測任務的規劃與排程則帶來新的挑戰。

福衛遙測衛星接收站的位置及其接收範圍，藍色圓圈代表 20度仰角接收範圍，綠色圓圈代表 0度仰角接收範圍。

1716 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

為每日取像排程的參考，以提高取像的成

功率。

客戶對於遙測衛星影像的需求，除了

要求雲沒有遮蔽到客戶有興趣的地方，以

及是否允許影像有薄霧或沙塵外，就是對

於取像的時間有一定的限制。依據不同的

應用，客戶會要求每隔一段固定的天數取

像，如此才能觀測定點與定期的變化。

多顆遙測衛星的考量因素

近年來，單顆遙測衛星所拍攝的影像

已不符人們對衛星影像的需求，因此有越

來越多的國家或私人衛星影像公司發射多

顆遙測衛星來因應。福衛五號發射進入軌

道後，也會與福衛二號組成一個台灣遙測

衛星星系。多顆遙測衛星除了可以提升總

體對地的覆蓋率外，也可以增加對地的觀

測頻率，但對於遙測任務的規劃與排程也

帶來新的挑戰。

多顆遙測衛星的任務規劃與排程除了

考量上面所述的因素外，另外主要考慮的因

素是每顆衛星的負載平衡，也就是說每顆衛

星所擔負的取像任務工作要平均，而不是僅

仰賴單一顆衛星拍攝。在地面接收站方面，

則要考慮多顆衛星同時進入接收範圍時，選

擇哪顆衛星優先下傳影像資料。

做為衛星遙測任務的啟動者，任務排

程與規劃是一件複雜的工作。唯有就各項

技術、環境、客戶等因素綜合考量，才能

有效運用遙測衛星有限的資源，以獲得最

大的效益。

黃楓台國家實驗研究院國家太空中心

專題報導

1918 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

人類史上第 1張衛星遙測影像於 1959年 8月 14日，由美國探險家衛星六號從 27,000公里高的外太空傳回地球，由此開啟了遙感探測的新紀元。

我國的太空科技產業緣起於 1991年 10月，國家太空中心係經行政院核定所設立，做為我國太空計畫的執行機構。國家太空中心所擁有的福爾摩沙衛星二號（福衛二號）是我國第

1顆自主擁有的高解析度遙測衛星，於 2004年 5月 21日凌晨順利發射升空，歷經兩周的早期軌道操作與轉換，終於在 6月 4日把第 1張遙測影像拍攝、下傳並處理成功，實現了我國探索太空的理想。

遙測是什麼

遙測又稱為遙感探測（remote sensing），其名詞源於 1960年代的美國學者所提出，顧名思義是指在不與目標物直接接觸的情況下，透過特定的感測器量度並獲取該目標物的特性

和資料，並加以分析與應用。

遙測與我們平常使用工具或儀器測量物體的方式不同，舉例來說，用直尺量測長度、使

用體重計秤重量，直尺、體重計都必須和目標物直接接觸，才能獲得物體的長度、重量。

雖然遙測在概念上很玄，但遙測的使用早已不知不覺地融入我們的日常生活中。其實，

當你在閱讀這段文字的同時，你也正在進行遙測！我們透過眼睛做為感測器看物體，從而捕

捉到物體反射的光，再傳送至大腦分析處理與判斷，最終獲得與物體相關的訊息，這樣的過

程便完成了視覺上的遙測。其他如聽覺、嗅覺等，也是人類與生俱來感官知覺中遙測的例子。

透過 Google Earth 你會發現你可以輕易俯瞰地球，漫遊世界任一角落。

然而，一幅幅的衛星影像到底是經過如何繁瑣複雜的程序才得以產生的呢？

李芸珊、周士傑

遙測影像的生產鏈

福爾摩沙衛星二號是我國第 1顆自主擁有的高解析度遙測衛星，實現了我國探索太空的理想。

1918 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

光其實就是一種人類眼睛可以看見的

電磁波，遙測技術即運用電磁波反射的物

理特性，才得以透過遙測感測器遠距獲取

目標物的訊息。

就人造衛星的角度來說，遙測則專指

從距離地表數百公里以上的高空，利用特

定的感測器以地球表面為觀測目標，藉由

電磁波獲取地球的自然環境、資源等資訊。

這種從人造衛星上偵測地球所記錄下來的

光學資訊大多是以影像的方式呈現，我們

稱為遙測影像。衛星遙測影像因具有綜觀、

多時等特性，相當適合做為大範圍環境監

測的工具，可有效掌握並管理我們賴以生

存的家園—地球。

遙測衛星的優勢

相較於傳統航照，太空衛星遙測不受

限於人，具有大範圍觀測、位置控制精確

等優勢，且因衛星運行於軌道的特性，較

能進行即時、穩定且重複的取像工作。對

於大面積的天然災害或其他因地形地物阻

隔而難以到達的地區，衛星遙測影像提供

了強大的高空俯視能力，不僅能輕易執行

廣域的環境變遷監測，更能即時掌握災害

現況，支援現場勘災與應變。

由於每顆衛星有其特定的軌道高度和

繞行路線，加上衛星有其視角範圍與記憶

體容量，可取像的地區、時間與長度等的

限制，為能有效運用衛星資源使取像任務

的效率達到最佳化，必須建立一套標準的

作業流程，包含取像後影像下傳所需的資

料處理、影像產製與校正等複雜的程序，

至最終完成遞交到使用者手中，整個過程

堪稱一個遙測影像的生產鏈。

各國或各家衛星公司的處理方法和順

序不盡相同，國家太空中心制定了一套符

合福衛規範的遙測任務及影像處理流程，

包括衛星取像任務的規劃、影像的接收與

處理、影像產品的製作、影像品質的檢驗

與維護等。

取像任務的規畫

遙測任務的取像規畫與排程在整個遙

測任務中扮演著啟動者的角色。當有客戶

或使用者向國家太空中心提出取像需求時，

衛星任務規畫人員便開始依照任務需求的

輕重緩急做等級上的區分，對欲取像區域

進行可行性分析，包含考量衛星遙測影像

儀與運行軌道的特性、衛星資源是否衝突、

外在氣候條件等因素，以評估客戶所提出

衛星遙測影像因具有綜觀、多時等特性，相當適合做為大範圍環境監測的工具，

可有效掌握並管理我們賴以生存的家園—地球。

從人造衛星上偵測地球所記錄下來的光學資訊大多

以影像的方式呈現（圖片來源：種子發）

專題報導

2120 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

取像規畫申請的成功率，並把該取像需求

納入取像排程系統的每日任務分析之中。

以福衛二號為例，取像排程系統的核

心就是一個強大的引擎，其主要功能是依

據排程訂單中的目標區域位置及取像日期，

計算取像操作參數，包含衛星姿態參數、

拍攝時間等，並在地圖中進行軌道取像的

模擬。由於福衛二號每日繞行地球 14圈，排程引擎每日便須安排 14個軌道的任務時線 (mission timeline)傳送至任務控制中心，提供任務操控人員產生相應的指令序列以

上傳至衛星，如此一來，衛星便能根據指

令序列的時間執行事先安排好的取像規畫。

訊號接收與處理

衛星在針對每一目標地區取像後，

衛星上遙測酬載的電子單元便會率先把收

到的影像訊號做即時壓縮，整理成源格式

（source format），並加上必要的輔助資料，

包含取像時間、衛星軌道姿態等信息。為

防止衛星資料在傳輸過程中遭竊取，接著

便執行加密，再進行資料編碼與亂數排序

包頭市

北京市

瀋陽市

長春市

西安市

上海市

札幌市

日本

大阪市

日本海

台灣

黃海

藍色部分是福衛二號地面軌跡，

紅色是取像地理位置。

新竹國家太空中心的 X頻段接收天線

的過程，隨即把資料暫存在衛星的記憶體

—衛星固態記錄器（solid state recorder）上，

直到衛星進入地面接收站 X頻段天線的接

收範圍後，才依照國際通訊協定 CCSDS的

規範進行資料的下鏈。

相對於影像資料在衛星上的處理程序，

地面系統則是在接收到天線收集的原始資

料（raw data）後以逆向操作程序處理，也

北韓

南韓

香港河內

2120 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

就是依序對訊號進行還原亂數資料、解碼、

解密，再進一步執行源格式的重建與解壓

縮，最後把解壓縮後所得的訊號以及所有

後處理程序所需的輔助資料彙整，原始衛

星影像就可初步以等級 0（level 0）的資料格式呈現，以供後續影像處理使用。同

時，地面系統可利用移動視窗顯示（moving window display）同步輸出影像快覽圖，以利第一時間判斷拍攝任務是否成功。

影像產品的製成

在接獲原始影像資料及其他系統輔助

資訊後（等級 0），資料處理系統會依照使用者的需求再製作成相應的影像產品。依

處理需求的不同，可區分為等級 1A與等級 2兩種標準產品；前者主要強調影像的輻射校正，後者則將系統的幾何校正運算包括

在內。

隨著衛星升空後，無論是時間或空間

環境造成的差異，都可能使遙測儀上各頻譜

的感測元件產生不同程度的衰減及變化。這

樣的衰減及變化會使遙測儀中各個頻譜感

測元件的反應效能（response performance）產生差異，導致衛星影像在推掃取像方向

上產生明顯的條帶（stripes）現象。因此，藉由完善的輻射校正作業，就遙測儀各個

感測元件對光反應特性函數的差異進行補

償，可有效消除條帶現象，使影像產品得

以忠實反映地表反射特性的分布。經輻射

校正後的影像，就稱為等級 1A影像。經過輻射校正處理後的影像已具備一

定的品質，若利用一般影像處理軟體開啟，

也可初步辨識出地表相貌。然而，此時的

影像是依據衛星在取像的過程中，地表在

遙測儀的像平面上所形成的影像，由於受

到衛星位置、速度、姿態、地球曲率、地形、

大氣折射，以及遙測儀器本身性能等的影

響，造成感測的影像像素位置相對於地面

目標實際位置發生擠壓、扭曲、伸展和偏

移等現象。

為了克服這些誤差，我們建置適當的

幾何轉換模式，並據此運用影像重新取樣

方法以修正影像的幾何形變。經系統性幾

何校正處理後，就可產生與地圖座標系統

正確對應的校正影像，稱為等級 2影像。以福衛二號為例，為確保遙測影像品質在

幾何方面能保持穩定，福衛二號利用全球

當天線接收到來自衛星的訊號時，經過處理後就可

同步輸出影像快覽圖，以供第一時間判斷拍攝任務

是否成功。

左圖是未經輻射校正的影像，存在明顯的直紋條

帶；右圖是輻射校正過後的結果，有效消除了條帶

現象。

專題報導

2322 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

已知的 14個蘊含多個地面控制點（ground

control point）的場地，修正影像地物與實

際地理座標間的誤差，並調整參數以補償

系統誤差，使其保持在 450公尺之內。

以上系統性的誤差通常具有可預測性，

然而遙測影像中常存在有非系統性的誤差，

通常與當地地貌特性及地形高低起伏有關，

並且不具可預測性，需要倚靠所拍攝的當

地現調資料輔助修正。

一般而言，若以現調所得的地面控制

點輔助加工做較精密的幾何校正，我們稱

為等級 3 影像。若更進一步利用地形高程

資料（digital terrain model）消除影像中的

高差位移，則稱為等級 4 影像，又稱為正

射影像（ortho-image），可套疊於地圖上且

與地表上的山脈、湖泊、道路對應，以提

供影像產品與地理資訊整合應用的需求。

品質保證

影像成品在遞交至客戶手中前，尚須

經過最後一道手續，以保證影像產品的品

質符合應有的標準與規範。國家太空中心

制定了一套影像品質管制程序，包含檢驗

影像範圍與資料格式是否與客戶需求相符、

影像成品是否有掉線（loss line）或錯位

（shift）的現象、色彩真實度的確認等，以

確保所有遞交出去的成品達到最佳質量。

經幾何校正後，影像像素座標便與地球實際座標系

統一致。

正射影像能與地理資訊精

確套疊，提供後續多方面

的整合應用。

2322 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

的關鍵技術上太空，將使我國在太空科技

產業的發展上有所創新及突破。未來福衛

五號也將接續服務福衛二號的使用者族群，

以傳承探索太空的理想與經驗，帶領我國

太空科技邁向新里程！

福衛五號憑藉著國人多項自主研發的關鍵技術，

使我國在太空科技產業的發展上有所創新及突破。

國家太空中心於澎湖建置影像校正場，以檢測影像

的清晰與銳利度來確認衛星的健康狀況。

此外，為確保遙測影像品質能夠長久

維持穩定，國家太空中心在澎湖設有福爾摩

沙衛星校正場，以黑白交錯的田字型圖案

設計，定期利用衛星在任務軌道上所拍攝

的影像資料計算調制傳遞函數（modulation transform function），以檢測影像的清晰與銳利度來確認衛星的健康狀況，並維護遙

測影像的最佳品質。

以人為本

隨著科技的日新月異，生產遙測影像

的各個步驟與環節雖然都已趨向電腦自動

化，然而在一連串的處理程序中最重要的

還是「人」。

福衛二號升空迄今，國家太空中心在

光學衛星的遙測資料處理上，已累積了一

定的技術能量與操作經驗，其下的任務操

作團隊除須維持整體流程的正常運作外，

在任務決策、衛星訊號監控、成品檢驗、

系統檢測與偵錯等的工作過程中，更扮演

著不可或缺的關鍵角色。

由於衛星任務目標的具體實現取決於

地面任務操作的成功與否，因此團隊的一

舉一動都要經過嚴格的訓練並且驗證合格。

福衛二號十多年來歷經了上百次的大小考

驗，許多突發事件和緊急情況更是必須仰

賴多年的危機處理及實務經驗，操作團隊

常年秉持著以人為本的理念與認真負責的

態度，為的就是確保福衛的使命必達。

奠基於福衛二號堅實的基礎與豐碩的

成果，福衛五號憑藉著國人多項自主研發

李芸珊、周士傑國家實驗研究院國家太空中心

專題報導

2524 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

福爾摩沙衛星五號即將於 2016年第 2季，在美國加州范登堡空軍基地發射升空。上面除了擁有重要的任務酬載「光學遙測酬載」外，還搭載一具精巧的科學酬載「先進電離層探

測儀」。

酬載這名詞是從 payload直譯而來，科學酬載就是裝置在探空氣球、探空火箭、衛星上的科學儀器。國家實驗研究院太空中心（簡稱太空中心）委託中央大學負責研製的「先進電

離層探測儀」，將肩負我國自主太空天氣與地震前兆的科學研究與防災任務，也是國內自製

的科學酬載首度登上福爾摩沙衛星系列。

台灣位於低緯度地區，鄰近電漿濃度較高的電離層「赤道異常區」與常出現「電漿不規

則體」的地磁赤道帶。而「電漿不規則體」的發生時段與複雜的密度結構，對於全球定位系

統的使用者和其他與衛星通訊相關的民生與國防應用，都會產生很大的影響。

由於福衛五號的飛行高度約距地表 720公里，正處於電離層頂部的位置，「先進電離層探測儀」在小尺度上可量測「電漿不規則體」的空間分布與暫態變化，在大尺度上可求得電

漿參數隨經度、緯度、季節與太陽活動的變化，這些資料有助於改善太空天氣預報與提升全

球通訊品質。

現代生活仰賴衛星科技甚多，太空天氣的變化會直接影響地面與衛星間的通訊品質。若

能即時掌握太空天氣變化，可大幅提升衛星通訊、定位、導航的精確度。

此外，台灣位處太平洋地震帶，地震發生的次數頻繁，且可能發生強烈地震。特別在

921大地震後，國人已充分體認到生命財產安全與防災的重要性。近年來科技日新月異，

台灣學界即將證明有能力自製衛星級科學酬載，

為全世界的太空與防災研究盡一份心力。

趙吉光、張友信

太空魔方 ─ 先進電離層探測儀

若能善用「先進電離層探測儀」的量測資料，

有助於電離層地震前兆等前沿研究，提升防災科技能力。

2524 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

人造衛星已能記錄地震所引起的大氣和電

離層擾亂，靈敏精細的酬載甚至能偵測到

大地震發生幾小時乃至數天前出現的電磁

異常現象。若能善用「先進電離層探測儀」

的量測資料，有助於電離層地震前兆等前沿

研究，提升防災科技能力。

儀器特性

為能達成上述的科學目標，「先進電

離層探測儀」必須能正確量測電離層電漿

參數，且具有高取樣的能力。在衛星本體

的限制下，儀器也必須符合輕、小、低耗

能、備援、抗輻射等要求。

因此在設計之初，便以單一探測儀來

實現多合一的電漿量測儀器，讓「先進電

離層探測儀」可分時發揮離子捕獲儀、離

子流向儀、阻滯電位分析儀、平面電漿探

針等儀器的功能，具備量測離子密度、離

子速度、離子溫度、電子溫度等多種參數

的能力，如此可大幅減少酬載的重量、體

積與耗能。

為了達成量測的正確性，儀器的探測

頭採用高透明度且具有最佳等電位面結構

的電鑄純金篩網來組裝。這篩網結構與理

論模型較接近，量測誤差較小，並且實驗

證明這篩網能大幅降低電極汙染效應。過

去儀器大多使用不銹鋼鍍金的編織篩網，

但電位均勻度不佳，會造成量測上的失真。

為能解析電離層「電漿不規則體」的

結構，且兼顧衛星資料儲存的限制，可採

用 3種取樣率，取樣率是每秒可測量電流的次數。平時使用正常模式（每秒 128次），可廣泛量測各式電漿參數，資料量

較小，也符合衛星的儲存限制。當通過不

規則體常出現的區域時，可使用高速模式

「先進電離層探測儀」的探測器，正面是鍍金面，可減少氧原子的腐蝕效應。

專題報導

2726 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

（每秒 8,192次）取樣，如此可讓衛星在空間的取樣幅度由公尺級邁向公分級，而可

辨別不規則體的細微結構。但由於輸出資

料量大，這模式僅能使用一小段時間，無

法涵蓋所有範圍。

與各國儀器相比，這儀器的最高取樣

率遠勝過既有的儀器。例如：美國國防氣

象衛星的熱電漿儀每秒只有 24次、法國地震電磁衛星的離子分析儀每秒只有 160次。本儀器對於電離層「電漿不規則體」的特

性研究，會有突破性的成果。若要兼顧資

料涵蓋範圍與儲存限制，可折衷採取快速

模式（每秒 1,024次）。為能達成兩年的任務壽命，這儀器採

用兩組控制器，分別是主控制器與備援控

制器互援的方式運作。平常運作時，僅供

電給主控制器。遇到主控制器發生狀況時，

可先關閉主控制器的電源，再供電給備援

控制器來維持儀器的運作。電源模組也有

兩組，分別是主電源模組與備援電源模組。

主電源模組供電給主控制器與探測器，而

備援電源模組供電給備援控制器與探測器。

為能符合輻射總劑量的限制，儀器的

外殼已增加至一定的厚度，可有效提升輻

射的承受能力，能符合兩年任務壽命的需

求。儀器也盡可能使用具抗輻射能力的電

子元件，特別是儲存儀器程式內容的記憶

體。而且記憶體僅在儀器上傳程式的過程

中上電，以防止受損。為降低輻射對儀器

造成單粒子效應的傷害，儀器採用過電流

保護元件，並使用過電流保護電路的設計。

並且大部分元件與電路採用備援設計，即

使遭受單粒子效應的侵害，儀器也能切換

至安全的元件與電路以延長運作壽命。

量測原理與參數

儀器探測頭的外部前方是由浮動電位

平板、平面電漿探針的電極，以及入口開

孔所構成。內部由四層非常細緻的純金電

「先進電離層探測儀」的量測原理。當電漿由入口孔徑流入儀器時，壓制網會阻止電子進入收集平板，阻滯

網可篩選動能高的正離子進入收集平板，能得出離子溫度與徑向速度。而流入角度會影響收集平板的電流

差，可得到離子流向角度。

平面電漿探針

入口開孔

浮動電位平板

阻滯網 壓制網

收集平板

雙層入口網

A

A

2726 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

鑄篩網所構成，篩網上可施加適當的電壓

來篩選不同能量的離子流。在最前端的是

雙層入口網，在正常情況下施加浮動電壓，

以確保電漿不受到橫向電場的影響，能穩

定地進入探測頭內。浮動電壓由入口端的

浮動電位平板所感應，可產生與周遭電漿

電位相近的浮動電位。其後的篩網是阻滯

網，由後端電路所產生的掃描電壓作用於

其上，使低能量的正離子無法繼續進入探

測頭內。

接下來是壓制網，其電壓維持在 −15伏特，避免電子進入收集平板，並避免因

紫外光照射到收集平板所產生的光電效應，

而使電子離開收集平板。鍍金的收集平板

分成四個象限，並施加相同的浮動電位。

其上電流可由四個互相獨立的電流計所記

錄，或匯流至單一的電流計所記錄。平面電

漿探針的電極上也可施加掃描電位，由該電

極的電流計讀數能得到電流與電壓曲線。

在量測方面，透過指令下達可改變五

種基本的量測次模式。透過不同的模式，

可量測諸如電子溫度、離子溫度、離子成

分、離子速度、離子流向角等數據。若要

產生更多的量測次模式，可透過指令的排

程來安排。

科研團隊發展歷程

「先進電離層探測儀」是由太空中心

於 2012年 1月 13日委託中央大學團隊研製，是福衛五號所有次系統中最晚啟動，

卻能及時在兩年內完成的。在太空中心層

層把關下，歷經任務定義、系統設計、初

步設計、關鍵設計、遞交模擬器等重要設

計與驗證審查，於 2013年 10月 8日完成飛行體允收審查與遞交。為確保任務成功，

中央大學團隊在自我要求下，把探測器安

裝在探空九號火箭上，成功通過飛試驗證，

獲得極為可貴的科學資料。

太空中心自福衛一號「電離層電漿電

動儀」開始（1994∼ 2004年），便培養中央大學團隊參與電離層探測活動。這團隊

從學習儀器操控與科學資料分析，開啟我

國電離層實地探測的研究領域。迄今中央

大學團隊所產生的科學資料，已在國際發

表超過百篇以上的論文，使得我國的太空

科學研究一舉由過去的資料使用者，轉換

角色成為資料供應者，對全世界的太空科

學界做出重大貢獻。

在探空火箭科學實驗上，為建立國內

科學酬載的自我研製能力，太空中心也協

助中央大學團隊長期參與學習自製科學酬

載。而中央大學團隊憑藉由教育部獲得的

「發展國際一流大學」與「邁向頂尖大學」

計畫，配合建立獨特的設計、分析、製作、

測試與校正太空酬載的基礎環境與人才培

育計畫。

中央大學團隊從探空五號「離子探測

儀」（2004∼ 2006年）開始學習實驗設計

「先進電離層探測儀」的量測參數，分別施展各量

測次模式，可完整得到電離層電漿的離子密度、

離子速度、離子溫度、電子溫度等特性。

先進電離層探測儀量測次模式

平面電漿探針

阻滯電位分析儀

離子捕獲儀

離子流向儀

電子溫度

離子成分、離子溫度、徑向溫度

離子密度

離子垂直與水平流向角

離子速度

專題報導

2928 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

與測試，探空七號「電漿探測儀」（2006∼ 2010年）於國內自行測試與校正，探空九號「太空電漿量測儀」（2008∼ 2014年）達成自主酬載的製作與驗證。從以往僅能

從事理論與資料分析，進展至能獨立規劃

與完成太空科學實驗，有效地提升我國在

電離層實地探測的學術能力。

福衛五號科學酬載計畫的目標之一，

就是集合國內相關科研人員自行研製具有

特色的科學酬載，發展本土太空科學研究

能力。中央大學團隊過去已具有火箭級的

科學酬載研製能力與成功經驗，在太空中

心的督促下，藉由這項計畫躍升完成衛星

級的「先進電離層探測儀」。在長達二十

年的努力下，上述工作與成果培養出具國

際競爭力的研發團隊，大幅提升我國太空

科技與科學研究水準成為世界領先群之一。

推廣太空科學教育

除了科學研究外，為推廣與深植國內

太空科學教育，太空中心延續過去「高中

生參與探空火箭任務」的活動，進一步與

中央大學團隊合作推動「高中生參與人造

衛星任務」。在桃園市教育局與教育部高

教司委辦的桃竹苗區域教學資源中心協助

下，邀請桃園地區對太空科學有興趣的高

中生共同參與中央大學團隊所執行的福衛

五號科學任務。

配合福衛五號的發射時程，中央大學

團隊於 2015年 7月起，利用星期六課餘時間（為期 10周，共 60小時）向 8所高中的學生介紹福衛五號科學實驗的相關知識，

包含太空科學基礎知識、地球環境、電離

層、電漿量測原理、設計與製作科學酬載、

裝載於探空九號火箭上的「太

空電漿量測儀」，下方是平面

電漿探針、左方是阻滯電位分

析儀、右方是離子流向儀∕離

子捕獲儀。左方與右方的探測

器都是「先進電離層探測儀」

的探測器構型。

福衛五號科學酬載計畫的目標之一，就是集合國內相關科研人員自行研製具有

特色的科學酬載，發展本土太空科學研究能力。

2928 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

電漿與環境測試、資料分析、參觀衛星整

測作業等，讓高中生實際參與人造衛星的

科學實驗活動。

課程結束後，國研院太空中心與中央

大學團隊會從結訓學生中遴選出表現積極

且學習成果優秀的 8名學生，前往美國衛星發射現場實際參與發射活動，感受運載

火箭發射的震撼，期望能激發國內太空科

學教育的火苗並擴大傳播效應，使太空科

學教育在國內生根茁壯。

目前「先進電離層探測儀」已在 2014年 3月 26日發射升空的探空九號火箭上完成飛行驗證，2014年 7月完成全功能測試，近日也完成衛星本體的熱真空測試。期待

未來福衛五號升空後，除了證明我國學界

的確有能力自製科學酬載外，更可提供量

測資料為全世界的太空天氣與地震前兆研

究善盡一份心力。

趙吉光中央大學太空科學研究所

張友信國家實驗研究院國家太空中心

專題報導

3130 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

筆者於研讀博士期間專注於高緯度電

離層與磁層耦合作用的研究，回國後希望能

做些與家鄉有關的中低緯度電離層研究。台

灣位處北半球電離層赤道異常區，每天早上

10時至晚上 22時的電離層電漿濃度高居世界之冠，同時是地表地震頻繁發生的地區。

對這「巧合」，不禁令人產生疑問：地震的

震動會不會影響距離地表 100∼ 20,000公里太空中的電離層？

這個疑問促使筆者帶領碩士生展開了

探索。我們分析了電離層探測儀（即雷達）

每 15分鐘記錄一次的電離圖，這些圖片顯示距地表 90∼ 350公里的電離層電子濃度。結果並沒看到地震發生時電離層電子濃度

有什麼明顯的變化，卻發現 90公里高的電離層散塊 E層的電子濃度在地震前幾天似乎有異常增加的現象，而 300公里高的電離層 F層電子濃度則是異常地減少。經過詳細的研究後更確認：台灣上空 90公里高的電離層散塊E層的電子濃度，會在規模大於6.0的地震前1∼5天的日出及日落時段異常增加。

當時研究團隊成員覺得這一出現在地震之前的異象很不合理，於是另找了一位碩士生統

計台灣於 1994∼ 1999年間距離地表約 300公里的電離層 F2層層峰電子濃度的變化，並與

研究結果證實了地震時地表垂直的震動會有效地拍動近地表的大氣層，

造成大氣擾亂，其後更傳入並擾動了太空中的電離層。

劉正彥

來自太空中的震央

這張圖顯示 1999年 921集集大地震引發的大氣層電離層同震擾亂，包括地面全球定位系統 GPS接收機和其對應衍生的太空地震儀，以及前述兩種定

位方法計算時所需猜測的地震同震擾亂源頭位置與

其傳播路徑。藍星：集集震央。紅星：猜測震央。

黃線：電離層全電子含量積分路徑。紅線：同震擾

亂進入大氣層和電離層可能的路徑。藍點：太空地

震儀。

猜測 震央

集集震央地面 GPS 接收機 下星點

電離層點

全球定位 系統衛星 對應衍生的

太空地震儀

3130 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

這期間內發生規模大於 5.0至 6.0地震前後數天的數據比較，希望能發現是否有電離

層異常現象。研究結果顯示，上述地震前 1至 5天下午時段的 F2層層峰電子濃度會有連續數小時的異常減少。如 1999年 921集集大地震前 1、 3和 4天下午時段的電離層電子濃度就顯現大量減少，驗證了上述研

究結論的正確性。

台灣強震前電離層電子濃度有顯著的

異常變化的現象，雖然有統計資料為證，

仍不免令人質疑其關聯性：為什麼地震前

地表未動，電離層電子濃度卻有明顯的變

化？又當地震發生時，地表強大的震動為

什麼沒能引起太空中電離層一起振動？據

猜想，可能是本研究使用的電離層雷達每

15分鐘記錄的時間間隔解析度不夠高。適逢筆者應用全球定位系統 GPS接收

機處理資料的研究有所進展，可成功地利

用任何雙頻率接收機獲得從衛星到地面接

集集大地震期間，台灣和日本地區 14個地面 GPS接收機及其記錄的電離層擾亂出現（即太空地震

儀）的位置。黑星：集集震央。藍三角：地面 GPS接收機。紅點：太空地震儀。T和 J分別代表台灣和日本地面 GPS接收機對應衍生的太空地震儀。

經度（oE）

（oN）

116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 12618

19

20

21

22

23

24

25

26

27

28

T1T2T3

T4

T5

T6

T7

T8

J1 J2J3J4

J5J6

Chi-Chi

mzum

s01r

hoknchen

s105s104s23r

0499 05000749

0751

07480750

集集大地震期間，14個太空地震儀所記錄的電離層全電子含量時序變化。（左）原始紀錄，T和 J分別代表台灣和日本地面GPS接收機對應衍生的太空地震儀紀錄。（右）濾波後變化。黑點：電離層擾亂到達的時刻。振動擾亂量在原始紀錄中非常小，大約只有 1個全電子含量單位，惟經濾波處理後清楚可見。

1700 1715 1730 1745 1800 1815 1830 1845 1900

UT（hhmm）

chen#02（T1）s104#（T2）s105#（T3）s23r#（T4）hokn#（T5）

mzum#（T6）s01r#（T7）s23r#（T8）0499#（J1）0500#（J2）0748#（J3）0749#（J4）0750#（J5）0751#（J6）

1700 1715 1730 1745 1800 1815 1830 1845 1900

UT（hhmm）

TEC（

TEC

U）

T1T2

T3T4

T5

T6

T7T8

J1J2

J3

J4

J5

J6

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

緯度

專題報導

3332 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

收機之間的電離層電子濃度作累加總量的

計算，這結果稱為「全電子含量」。藉由

這計算就可探求距離地表約 350公里的電離層全電子含量的變化，其時間解析度也

提高到每 30秒鐘記錄一筆資料。若把電離層全電子含量的觀測點想像為漂浮在距離

地表約 350公里的「太空地震儀」，則地震學家慣用的各項技術都可用來分析資料。

為解開電離層與地震同震（振）的疑

問，筆者在集集大地震之後，前往中央研

究院地球科學所進行短期研究訪問，並與

專精地震震源定位的黃伯壽及林正洪研究

員共同研究，使用射線叢集法和射線追蹤

法探索電離層全電子含量擾亂的源頭。最

後確認了集集大地震引發電離層同震的現

象，且得以計算出地表震（振）源傳入大

氣層乃至太空電離層的速度。事實上，太

空地震儀測得的地表振源可能是地表錯動

量最大的地方，而非集集大地震的震央。

若分別把電離層擾亂位置和時刻代入

兩種不同定位方法，可計算地震同震擾亂

源頭的地面位置。射線叢集法假設地震於

稍早某一時刻發生，大區域網格搜尋，並

逐一計算每一猜測同震擾亂源位置時的擾

亂傳播速度和對應的偏差量。當某一源頭

位置的偏差量達極小值時，就斷定源頭位

置應已同時滿足 14個太空地震儀觀測，可視為是地震地表振動引發大氣擾亂的源頭

位置。

值得一提的是，時間偏差最小值顯示

擾亂源位置最可能在集集震央東北方 40∼50公里處。巧合的是，相關研究報告也顯示，集集大地震最大的地表垂直位移位於

集集震央東北方大約 50公里處。這些結論的一致性證實了地震地表垂直震動會有效

地拍動近地表的大氣層，造成大氣擾亂，

其後更傳入並擾動了太空中的電離層。

以射線叢集法搜尋計算集集大地震引發的大氣同震

源頭。星、方塊、圓點分別代表集集震央、同震擾

亂源頭、太空地震儀的位置。這張圖說明偏差量極

小值是振動擾亂發生於 1 時 47分前後，且位於集集震央北方 39公里處。

假設地震引起的大氣層擾亂的平均水平和垂直傳播

速度約為每秒 700至 1,000公尺，以射線追蹤法搜尋計算集集大地震引發的大氣同震源頭。

Geographic Longitude（oE）

Geo

grap

hic

Latit

ude （

o N）

116 117 118 119 120 121 122 123 12418

19

20

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27

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30

70

110

150

190

230

270

310

350

390

430vstd（m/s）

Geographic Longitude（oE）

Geo

grap

hic

Latit

ude（

o N）

116 117 118 119 120 121 122 123 12418

19

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21

22

23

24

25

26

27

28

0.5

1

1.5

2

2.5

3

3.5

4

4.5

5

tstd（min）

3332 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

事實上，由筆者的團隊發展出來的太

空地震儀觀測電離層擾亂技術，應是全球

首創。這一技術除了可研究電離層地震前

兆與同震現象外，也扮演太空海潮計的角

色，如成功地觀察到 2004年 12月 24日規模 9.3蘇門答臘地震引發的印度洋海嘯，並計算得到電離層全電子含量擾亂源頭地面

位置及其傳播速度約為每小時 720公里。這一觀測技術更藉由綿密的電離層全

電子含量觀測點，詳細計算出 2011年 3月11日規模 9.0日本東北地震及後續海嘯所引發的所有震動（振動）擾亂傳播速度，

並且首次由太空直擊海嘯的源頭位置。海

嘯在大海面上的傳播速度較其於電離層中

引發的擾亂慢，研究也顯示日本東北地震

引起的海嘯電離層全電子含量擾亂比這次

海嘯抵達夏威夷領先約 2至 3小時。這一

領先的特性，令電離層全電子含量觀測具

有海嘯預警的應用潛力。

目前台、日、美、法、德等國的科學

家已開始思考跨國合作，計劃從太空中觀

察震央，結合海嘯與電離層物理模式，進

行海潮計與電離層全電子含量聯合觀測，

期以建立海嘯預警輔助系統，維護生命和

財產的安全。

劉正彥中央大學太空科學研究所

專題報導

3534 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

福衛五號衛星光學遙測酬載飛行體及

其關鍵元件，從設計到製造組裝都由國內

團隊包辦。這是我國極具指標性的太空飛

行體研發團隊，由國家實驗研究院的 3個

中心聯合，並與國內多個研究單位與廠商

共同組成，打造第一具國產光學遙測酬載，

開啟了我國自主發展遙測儀器及其關鍵元

件的新紀元，建立國人自製高解析度光學

酬載的技術能量。

光學遙測取像儀

執行對地觀測任務的福衛五號遙測衛星，所搭載的光學遙測酬載由光學遙測取像儀及

遙測酬載電子單元兩部分構成。前者採用折反射式的卡賽格林式望遠鏡，基本上就是一具從

太空對地觀看的望遠鏡，由光學元件、結構體（含熱控元件）及互補式金屬氧化物半導體

（complementary metal-oxide-semiconductor, CMOS）型聚焦面組合所構成。

光學元件的研製包括主鏡片與次鏡片的拋光、檢測與鍍膜、透鏡研磨與鍍膜，以及帶通

濾光片鍍膜。反射主鏡面直徑 45公分、光學系統焦長 3.6公尺，實際長度 1公尺。其中反射

主鏡面部分，突破了大口徑非球面鏡關鍵技術，並透過精密修正拋光使精度提升到奈米等級，

只有幾個分子大小的誤差。這些元件還須通過太空嚴苛環境的考驗，如劇烈的高低溫度變化，

太空飛行體運作於極端環境，需要一定的壽命且有無法維修的特性， 和其他產品相較，對於高科技的突破與太空品質的要求更為嚴格。 因此，太空飛行體的研發管理有其複雜度與嚴謹性，其祕訣是：徹底做好對的事。

張志立

太空飛行體的研發管理

光學遙測酬載包括光學遙測取像儀及遙測酬載電子

單元

光學遙測取像儀（光學鏡頭）

CMOS型聚焦面組合（影像感測器）

遙測酬載電子單元（訊號處理）

3534 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

可接受相當於地表 7.5萬年的高能粒子輻射

量，也要承受發射升空時劇烈的震動。

結構體使用先進的碳纖複合材料，具

有高強度、低吸溼、高穩定度、可吸收溫

差且遭到溼度變形時不會影響成像品質等

特性，產生的應力也不能導致鏡面變形而

影響光學性能，並需通過火箭發射動態環

境及適應太空環境的需求。鏡面操作溫度

範圍設定在攝氏 18∼ 22度間，工作時溫

度則有賴熱控元件（如多層熱絕緣材、溫

感器、電熱器與散熱片）以閉迴路控制。

CMOS型聚焦面組合是光學遙測取像

儀的影像感測器，由國研院太空中心與微

像科技合作研發設計。它的核心是一互補

式金屬氧化物半導體感測器，這樣的感測

晶片從 1片 8英寸晶圓中只能切割出 5片。

CMOS感測器的長寬分別是 12公分與

2.4公分，含有 5條長達 12公分的線型感

測器，搭配多光譜濾光片與處理電子電路

後，可同時感測 5個不同光譜波段的影像

所產生的各種光譜組合，以滿足不同的遙

測應用。這是全球第一顆成功應用於太空

對地遙測的最大尺寸線型 CMOS影像感測

器，值得國人驕傲。

外表包覆特殊多層絕熱膜的光學遙測酬載

直徑 45 公分的超大反射主鏡面

CMOS感測器取自 8英寸晶圓的感測晶片

專題報導

3736 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

飛行體系統壽命周期

系統壽命周期依美國航空暨太空總署

的規範可分成六個階段：（一）概念研究／

概念及技術發展，（二）初步設計，（三）

最後設計及製造，（四）系統組裝、測試與

發射，（五）運作及持續，（六）結束。實

際作業時，同時遵循我國科技部專案計畫

管考作業的規定辦理。

自 2008年以來，這個案子成立「遙測酬載技術研發整合型計畫」以前，以遙測

酬載計畫管理會議與遙測酬載技術討論會

議的方式共舉行 69次，密集進行技術可行性探索，這是概念研究階段。

關鍵元件部分，也經歷了國研院「太

空級 CMOS影像感知器研發」計畫（2005年 7月∼ 2009年 12月）先期研究後，分別於 2009年 6月通過「福衛五號國內研製CMOS感知器可行性評估」會議及 8月通過「福衛五號國內自主發展遙測酬載可行

性評估」會議。本案如此慎重投入可行性

的研究，是為了提高後續計畫的成功率並

達成任務。

2010年開始，這計畫正式成立，進入

階段（一）與階段（二），至 2015年 3月

底，完成階段（三）的最後設計及製造後，

飛行體已經遞交福衛五號遙測衛星。這一

過程每周都由計畫室舉行計畫管理會議，

檢討進度，討論問題，精進計畫的管理與

技術，至研製完成遞交飛行體為止，五年

多以來共舉行二百多次。

其他各整合工作團隊（ integrated

product／process team, IPT）也定期舉行技

術討論會議，解決所遭遇的問題，如光學

遙測取像儀整合工作團隊於研製期間就舉

行了二百多次技術討論會。

接著，福衛五號計畫會繼續其階段

（四），直到階段（六）結束。

美國航空暨太空總署、國防部及能源部使用的系統壽命周期圖。

美國航空暨太空總署

Pre-Phase A Phase A Phase B Phase C Phase D Phase E Phase F

概念研究 概念及技術發展 初步設計最後設計及製造

系統組裝、測試與發射

運作及持續 結束

US Department of Defense (DoD) 5000.2A B C IOC FOC

Pre-systems AcquisitionConcept and Technology Development

Systems AcquisitionSystem

Development & Demonstration

Production and Deployment

SustainmentOperations and Support

(including Disposal)

US Department of Energy (DoE)

Project Execution MissionProject Planning Period

Pre-ProjectPre-conceptual

PlanningConceptual

DesignPreliminary

DesignFinal

Design Construction Acceptance Operations

Typical Decision

Gates New Initiative Approval

Concept Approval

Development Approval

Production Approval

Operational Approval

Deactivation Approval

3736 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

矩陣組織

這個案子屬於國研院的整合型計畫，

責成太空中心主持，其他中心包括儀器科

技研究中心及晶片中心共同參與，共分成

遙測酬載系統、遙測取像儀與 CMOS感測

器驗證 3個分項計畫。

遙測酬載系統分項計畫工作分為系統

工程、電子單元、聚焦面組合、結構與熱

控發展、計畫管理 5部分。其中，電子單

元由鑫豪科技股份有限公司負責研發固態

記錄器及中山科學研究院負責研製遙測酬

載電子單元飛行體，聚焦面組合由微像科

技股份有限公司負責研製 CMOS型聚焦面

組合，結構與熱控發展由漢翔航空工業股

份有限公司負責研製結構體。

遙測酬載專案的工作架構

NSPO

ITRC

CIC

5.2.1 計畫管理

5.2.2 系統工程

5.2.3 遙測取像儀

5.2.4 電子單元

5.2.5 支援設備

5.2.6 感測器驗證

5.2 遙測酬載

5.2.1.1 計畫管控

5.2.1.2 合約管理

5.2.1.3 獨立驗證

5.2.2.1 規格需求

5.2.2.2 系統驗證

5.2.2.3 設計整合

5.2.2.4 介面控制

5.2.2.5 環境測試

5.2.3.1 光機組合體

5.2.3.2 聚焦面組合

5.2.4.1 影像處理單元

5.2.4.2 固態資料記錄器

5.2.4.3 電機輔助設備

5.2.5.1 光學輔助設備

5.2.5.2 機械輔助設備

5.2.5.3 鏡面拋光機

5.2.5.4 鏡面鍍膜機

5.2.5.5 潔淨帳

CMOS

遙測取像儀分項計畫工作分為遙測

取像儀、鏡面與透鏡、支援設備 3部分，

CMOS感測器驗證分項計畫的工作則是

CMOS感測器驗證。

本計畫的推動有賴各工作架構分別進

行，同屬福衛五號衛星計畫總工作架構項

次 5.2，這項次的工作架構下分計畫管理、

系統工程、遙測取像儀、電子單元、支援

設備、CMOS感測器驗證等。

工作架構著重於作業流程、系統、服

務或產品的產出，相關專業因工作需要組

成臨時任務編組；計畫架構則側重於人力、

經費及進度的規劃，分項計畫多分屬常設

單位，組織學上稱為矩陣組織。意即，每

一分項工作架構都需由各分項計畫完成，

反之，計畫架構下各單位負責的內容也可

專題報導

3938 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

在分項工作中對應出來。矩陣組織管理，

就單位而言，能保持組織穩定的精進與成

長，就計畫而言，可以獲得專業技術、人

力與設備的完整支援。

整合型計畫管理

整合型計畫的管理審查會議除計畫內

部舉行定期會議，檢討技術問題與進度之

外，中心主任並親自監督，而計畫主持人

每季需向院部作進度報告，對外接受科技

部與研考會管制。

國家太空中心負責本計畫的推動，是

依「福爾摩沙衛星五號計畫管理方案」作

業規定進行計畫管理，所有元件、材料、

飛行體成品都需置於太空環境中，通過功

能與性能驗證，不能有任何不符規格的項

目。除例行性計畫經費與進度管理之外，

管控重點還包括系統工程、合約管理、獨

立驗證等，以下另闢章節分別說明。

關於階段性成果審查，依中心的計畫

審查手冊規定，於重大階段完成時，由計

畫或分項計畫主持人召集中心內外專家組

成審查委員會，進行審查及技術稽核會議。

目前已經完成辦理包括併入福五計畫的任

務設計／系統需求聯合審查，系統設計審

查、初步設計審查、細部設計審查、整合

測試備便審查、技術稽核等會議則獨立完

成，運送前審查與結案審查也將再併入福

五計畫中進行。

所有改善項目都存在品保資訊網的待

辦事項紀錄中，並逐項追蹤至問題解決，

相關會議簡報、技術文件也存入品保資訊

網文件管理系統中。

由於衛星科技是各先進國家列為技術

輸出管制的項目，因此研發過程若出現障

礙，往往必須自行克服。例如，光學反射

主鏡面固定裝置就曾經讓團隊足足困住半

年之久，因為固定的鏡面需承受火箭發射

時最大值 25G的加速度，同時反射主鏡面與結構體膠合後加諸在鏡面的力量也不能

影響鏡面精度。

剛開始不管是黏膠或鎖螺絲都會導致

鏡面變形，光機組裝團隊於是陸續設計、

測試、修改，直到第六次製程設計出特殊

膠合技術才克服這問題。反射主鏡面變形

量從起始的 2微米、0.1微米一直降到小於10奈米，終於確認鏡面固定的應力影響鏡面的變形量可被接受。

系統工程

配合系統壽命周期，系統工程發展出

不同的系統活動展現方式，其中 Vee系統工程模型包括很有效的二階段作業流程，

並廣為人熟知。階段一，由上往下，從系

統發展、次系統發展，進入底層構件發展，

進行架構分解與定義作業流程；階段二，

由下往上，從底層構件實現、次系統實現，

進入方案／系統實現，進行整合測試元件

與系統作業流程，以整合、確認與驗證系

統符合原始需求。

遙測酬載專案的計畫架構

感測器驗證

1.0 遙測酬載系統分項計畫1.1 系統工程1.2 電子單元1.3 聚焦面組合1.4 結構與熱控發展1.5 計畫管理

2.0 遙測取像儀分項計畫2.1 遙測取像儀2.2 鏡面與透鏡2.3 支援設備

國研院遙測酬載技術研發整合型計畫　

3.0 CMOS感測器驗證分項計畫3.1 CMOS

3938 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

Vee系統工程模型的作業流程分別對應系統壽命周期從概念研究階段的可行性概

念、概念及技術發展階段的頂層架構、初

步設計及技術完成階段的功能基準、最後

設計及製造階段的配置基準與產品基準，

最後經歷系統組裝、整合與測試發射階段與

確保運作及持續支援等階段，確認都符合產

品基準，完成部署基準，直到結束階段。

合約管理

這計畫主要外包的關鍵元件包括

CMOS型聚焦面組合與遙測酬載電子單元，合約管理都依科學技術基本法第六條第四

項及科學技術研究發展採購監督管理辦法

辦理招標、簽約、履約、驗收、保固等。

在品質管理作為上，由技術與品保人員遵

循合約文件的產品保證計畫書規定，在過

程中進行品質與成果審查，隨時發掘問題、

監督重要檢驗點、檢討改進與確保產品符

合需求，最後驗收成品（包括飛行體）與

相關文件。

上述每一件外包合約的執行過程（包

括品保作為）都經過非常嚴謹的履約管理，

並在遞交合約文件中詳實記錄。以 CMOS型聚焦面組合外包合約為例，其中一份合

約遞交文件「福爾摩沙衛星五號 CMOS 型聚焦面組合（FPA）研製案成品資料集」共計九百餘頁。藉由外包或外購獲取的任何元

件、材料、加工、零件等，其品質都不容許

有任何疏失，才能確保整體任務的成功。

獨立驗證

本中心所有任務型計畫，包括本計畫，

都由品保組派駐品質保證小組進行獨立驗

證，同時向品保組長與計畫主持人負責。

依國際 ISO9001 品質系統規定，採用品質管理循環 Plan-Do-Check-Action（ PDCA）手法，按規劃（ plan）、執行（ do）、查核

Vee系統工程模型

系統發展 整合、確認與驗證規劃

方案∕系統實現

次系統發展

整合、確認與驗證規劃 次系統實現

整合、確認與驗證規劃

底層構件發展

底層構件實現

架構分解及定義

架構整合及驗證

專題報導

4140 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

（ check）與修正（ action），建置與推展 ISO 9001品質管理系統。每年並藉由一次自我的內部品質稽查，以及認證公司的外部品

質稽查，出具管理系統證書的稽查總報告，

以確保本中心 ISO品質管理系統的有效性。品質管理循環 PDCA適用本中心各整

合工作團隊所負責程序（如整合測試、科

技專案計畫管理、系統工程、型態管理、

文件管理等）與系統（或產品，如光學遙

測酬載、遙測取像儀、電子單元等）的管

理活動。

以程序管理活動而言，本研發計畫管

理的進行，由計畫室與各工作團隊協力於

各級管理階層的監督管理下，都依科技部

核定的年度細部計畫書進行。每周福五計

畫室及各整合工作團隊都舉行工作討論會

議，檢討進度，討論及解決遭遇問題。每

1∼ 2月由主任主持中心科技專案管理會議，每季院部會派員參與季管理會議，以

協助各中心的協調工作。

計畫室並定期彙整向研考會（施政管

理系統）繳交每季計畫執行情形、期中（年

度）報告、當年度科技計畫成果效益報告

等書面資料。如主要預算及時程變更時，

則需獲得院部同意及科技部核定後辦理。

計畫預算由立法院審議，當接獲監察院監

督的質詢時，於期限內也必詳實回覆。

總結

搭載於福衛五號衛星的光學遙測酬載

飛行體已經完成研發及遞交，預計 2016年起，會飛行於 720公里高的太陽同步軌道，台灣地區定點最快兩天內就可拍到 2米對地解析度的衛星影像。本案飛行體首次由

國人自主完成研發，除了突破各項高科技

的障礙外，所累積的太空級飛行體研製管

理經驗彌足珍貴。

張志立國家實驗研究院國家太空中心

4140 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

一般報導

4342 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

退化性膝關節炎的健康管理

隨著衛生條件改善、健康管理進步與

醫療水準提升，人類的平均壽命不斷地攀

升。根據世界衛生組織（WHO）發布的《2014世界衛生統計》，2012年出生的女性平均預期壽命是 73歲，男性是 68歲，與 1990年相比整整提高了 6歲，顯示人類越來越長壽。內部政也從 2014年公布的「第十次（民國 98年—100年）國民生命表」，估計國人的平均壽命是 79歲，其中女性是82歲，男性是 76歲，在世界 223個國家中長壽排名第 38名。

又內政部 2014年 8月的戶口統計資料顯示，國內 65歲以上的老年人口占總人口的 11.81％，即每 6.2個青壯人口需扶養 1個老年人口。但因高齡化與少子化的加乘

影響，預估到民國 150年，會是每 1.2個青壯人口就要扶養 1個老年人口。長壽是好事，但是獨立生活能力下降與生命品質變差就不美了，其中運動與行動的功能

好壞是決定銀髮族幸福與否最重要的議題。而其影響因素中，年齡並非唯一的考量，舉凡性

別、基因與環境、身體質量指數、職業與傷害、過勞與健康管理等都會影響退化的速度與整

體表現。至於退化的組織，則包括骨骼（骨質疏鬆）、關節（關節炎）、肌肉（萎縮）、軟

組織（僵硬）、血液循環（不良）、視覺（模糊）、神經反應（本體感覺遲鈍與反射變慢）、

膝關節核磁共振影像呈現內側關節軟骨磨損與軟骨

下的骨頭發炎情形

長壽是好事，但是獨立生活能力下降與生命品質變差就不美了，

其中運動與行動的功能好壞是決定銀髮族幸福與否最重要的議題。

林啟禎

4342 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

腦部功能（無法認知環境危險與平衡感變

差）等。

本文的討論著重於退化性膝關節炎。

根據 95年全民健保統計，台灣地區至少有兩百多萬人為關節病變所苦，而膝關節障

礙患者就有 92,581人（占 3.38％）。另分析 2000年的健保總醫療費用項目，可發現約有一萬多人接受人工膝關節置換手術，

全年健保支出共 26.3億元，是住院醫療費用支出的第二名，可見耗費的社會成本的

確非常可觀。因此，提高全民對退化性膝

關節炎的認識，建立健康管理的正確觀念

與生活調整，以減緩退化的速度並減輕症

狀的程度，對提升個人生命品質與節約社

會成本都是很有意義的議題。

膝關節的成長與退化

正常的膝關節從兒時起會隨運動訓練

與身體需求而逐步成長，如果沒有疾病與

傷害的影響，關節軟骨約 20歲時會達到最

大的強度，帶動膝關節的肌肉約在 30歲達

到顛峰，但骨頭的顛峰則約在 35歲時才會

達到。顛峰以後的組織如果不能維持，則

會逐漸退步，這就是退化性關節炎的開始。

膝關節退化的部位有 3處，包括內、

外側股脛關節與髕股關節，依磨損不同各

處會有不同程度的退化，對於身體外形的

改變與活動功能的影響也各有差異。膝關

節退化的組織變化包括軟骨本身失去彈性，

且因為磨損而逐漸變薄，使得關節間隙變

小，如果內外側退化程度不同，就會造成

O或 X型的畸形腿。另關節液的新陳代謝

與潤滑效果也會漸漸變差，嚴重時還會合

併發炎，造成關節腫脹及疼痛。另由於軟

骨下方的骨頭受力增加，為了減壓，骨頭

A、雙邊膝關節的內外側都有腫脹變形的情形，B、雙邊膝關節的 X光呈現關節間隙變小與 O型腿畸形，C、膝關節正常與退化性關節炎組織變化的圖解說明。

會向外增長以擴大接觸面積，骨刺便因此

而生。

又因負重的力量直接作用到軟骨下方

的骨頭，使其發炎、變性、硬化、壞死，

甚至產生囊狀空洞。這些退化症狀會使得

患者外形變化，活動能力下降，也會感覺

疼痛不適。門診中曾有位中年病人，在激

烈籃球賽後膝關節疼痛跛行無法上下樓梯，

他原以為只是半月軟骨受傷或縐壁症候群，

結果核磁共振（MRI）顯示其內側關節軟骨

已嚴重磨損，且軟骨下的骨頭也已發炎。

關節軟骨

半月軟骨

關節間隙

骨刺

軟骨磨損

關節間隙變窄

A

B

C

一般報導

4544 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

膝關節退化的程度可依嚴重度來分級，

也可依急慢性來區分。患者的症狀若是處

於早期或急性期，通常會因適度休息後便

有所改善，若被誤診為一般傷害，沒能及

時進行健康管理，等到症狀嚴重時才求醫，

這時所能提供的醫療處置就很有限了。這

就是台灣人工膝關節置換手術居高不下的

主因。

臨床治療指引

美國骨科醫學會在 2013年依實證醫學

的證據力強度，提出了膝關節退化的臨床

治療指引，其範圍涵蓋生活、藥物、處置、

手術治療等項目，內容包括建議與不建議

的區分，可以做為國人保健的參考。

一、高度確認的臨床治療指引是基於

有高證據力的研究：

1.建議有症狀的膝關節退化病人應從事健康管理計畫，包括肌力訓練、輕度有氧運

動、神經肌肉訓練及遵循健康運動準則。

2.不建議接受針灸治療。3.不建議使用葡萄糖胺或軟骨素。4.建議使用消炎鎮痛藥或止痛藥來減輕發炎疼痛。

5.不建議使用關節內注射玻尿酸做為處置治療。

6.不建議以關節鏡沖洗或清創做為手術治療。

不同領域的文獻證據力分級

證據力等級

治療、病因、預防 預後 診斷鑑別診斷、症狀、盛行率研究

經濟分析、決策分析

等級 1

RCT*的系統性回顧、信賴區間較窄的 RCT

世代研究 #的系統性回顧、達到80％比率的世代研究、經驗證的臨床指引

系統性回顧等級1文獻、以公認標準驗證的世代研究、臨床指引

前瞻世代研究的系統性回顧、追蹤完整的前瞻世代研究

系統性回顧等級 1證據、比較好壞方向的研究

等級 2

世代研究的系統性回顧、低品質的 RCT 或追蹤小於 80％、預後研究

回溯性世代研究， 追 蹤 RCT中未治療的對照組、由小族群推測或驗證的臨床指引、預後研究

系統性回顧等級2文獻、僅在小族群驗證的臨床指引

回溯世代研究的系統性回顧、追蹤不全的回溯世代研究、生態研究

系統性回顧等級2文獻、重要臨床方法或成本的單一研究、預後研究

等級 3

對照組對比研究 對照組對比研究 系統性回顧等級3文獻、不連續或缺乏公認標準驗證的研究

不連續或小族群的世代研究

其他臨床方法或成本的研究，包括敏感度分析

等級 4 病例系列研究 病例系列研究 對照病例研究 病例系列研究 未分析敏感度研究

等級 5 專家意見或個案報告

專家意見或個案報告

專家意見或個案報告

專家意見或個案報告

專家意見或個案報告

*RCT：Randomized control test （隨機分派且有對照組的研究）#世代研究： Cohort study

4544 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

上述 1、4的指引與一般醫病的認知相同，但 2、3、5、6卻與民眾認知大相逕庭。那些不被實證醫學所建議的治療項目為什

麼會成為部分民眾的最愛？追根究柢都是

媒體廣告惹的禍，但其宣傳效果卻遠勝於

骨科醫師苦口婆心的說服力。

二、中度確認的臨床治療指引是基於

有中證據力的研究結論：

1.建議輕度肥胖（BMI≧ 25）的病人減重。2.不建議穿墊高足底外側的足弓墊。3.不建議以針頭引流關節液。

三、因證據力不足，目前尚未有定論

或低度確認的治療指引：

1.使用以儀器輔助或徒手方式進行的物理治療復健。

2.使用目的為導引膝關節受力到關節外側的護膝。

3.使用普拿疼、鴉片類藥物或止痛貼片。4.使用關節內注射生長因子或高濃度血小板血漿。

5.使用關節鏡清除部分因退化磨損破裂的半月軟骨。

屬於低度確認證據力的這一類，還包

括過去曾被骨科醫師採用但近年來認為尚

待深入檢驗的近端脛骨切骨手術。

然而，這些治療指引是否會有盲

點？答案是肯定的。因為從醫學的發展來

看，不同時代的研究成果的確會影響當代

的醫學信念，這就是典範轉移（ paradigm shift）。這個名詞最早出現於美國科學史及科學哲學家湯瑪斯‧孔恩（Thomas Samuel Kuhn） 的 《科學革命的結構》（The Structure

of Scientific Revolutions, 1962）裡，用以描

述在科學範疇中，一種理論從基本的假設

就做了根本的改變。這種現象後來也用於

描述各種學科的巨大轉變。

因此曾被媒體推崇為《小藥丸大奇蹟》

的維骨力（即葡萄糖胺），早期雖有論文

報告其有助於減輕症狀的效果，但基於它

們多是同一藥廠所贊助的研究，再加上後

來的臨床雙盲研究並沒有得到類似的療效，

因此才會出乎國人意料之外地不被美國骨

科醫學會所建議。

最近躍身為一些醫院藍海策略的高濃

度血小板血漿治療法，已成為台灣民眾的

新寵。這技術是抽取病患的血液經過離心

處理後，把分離出來的血小板濃縮液及若

干重要細胞成分打入患者的膝關節內。

它的理論基礎是推估血小板濃縮液因

為含有較高劑量的生長因子，所以有促進

人體組織修復及再生的功效，包括促進軟

骨細胞及幹細胞增生、增強軟骨細胞的活

性，與刺激軟骨細胞製造軟骨組織間質的

重要成分醣蛋白及第二型膠原蛋白、刺激

幹細胞移行並分化成軟骨細胞、抑制會導

致軟骨組織分解的細胞激素、抑制關節腔

的發炎反應等。

但建議這療法的研究論文都有以下的共

通缺點，即追蹤時間過短（半年∼一年）、

缺少對照組、只以病患的主觀感受評估治

療效果、並無影像或組織切片等客觀的證

據，因此這療法仍歸類在「尚未有結論」

之列。即使如此，台灣民眾仍趨之若鶩，

造成了恪遵實證治療指引的醫師與病患間

的緊張關係。另外的盲點是，不被推薦的

治療是否對每個人都沒有效果？如果採用

退化性膝關節炎的治療必須始於對這個疾病的整體認知與提早警覺，

才能建立完整的健康管理觀念。

一般報導

4746 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

混合治療法後成效是否不同？會加成或抵

銷？這也是許多醫師與病人會產生不同見

解的主因。

健康管理祕笈

根據作者超過 30年的臨床經驗，與長

期觀察各種治療的病情表現，深深認為退

化性膝關節炎的治療，必須始於對這個疾病

的整體認知與提早警覺，才能建立完整的健

康管理觀念。因此列出以下幾個綜合了文獻

探討與臨床經驗所得的健康管理祕笈：

一、要了解導致老化的關鍵因素，避

免因代謝症候群提早發生或因受傷與疾病

導致次發性退化性關節炎。千萬不要以為

老當益壯而過度運動，也不要誤信誇大的

青春之泉而忽略了自己該有的努力，更不

要變成台灣阿信為家務過勞或甚至以操勞

當做運動。

二、利用活動來維持好的體適能，並

避免發生跌倒、骨折、關節疼痛、活動力

下降及健康狀態變差的現象。尤其在銀髮

族群跌倒造成骨折的致死率比癌症還高，

因此保密（骨頭密度）防跌很重要，而防

清楚不同工作及休閒運動所致的新陳代謝情形，並了解各種運動對身體不同組

織的好壞處，以找到最適合自己的運動處方。

不同工作及休閒運動所消耗的新陳代謝量

MET*倍數 工作 休閒運動

1.5-2文書工作、自動駕駛、電動打字、操作計算機

站立、平地行走（每小時 1.6公里）、駕駛飛機、騎摩托車、玩撲克牌、縫紉或織布

2-3

修理汽車、修理收音機或電視、傳統打字、警衛工作、擔任酒保、開電動割草機

平地行走（每小時 3.2公里）、平地騎自行車（每小時 4.8公里）、撞球、保齡球、推圓盤遊戲、簡單木工、乘車打高爾夫球、划船（每小時 4公里）、騎馬步行、樂器演奏

3-4

砌磚工作、泥水工作、推負重 100磅的獨輪手推車、裝置機械、駕駛牽引機、中等焊接工作、手推電動割草機

平地行走（每小時 4公里）、平地騎自行車（每小時 9.6公里）、擲馬蹄鐵、非比賽性質的排球、推球車打高爾夫球、射箭、航海、繩釣、騎馬小跑步、練習羽毛球雙打

4-5繪畫、石雕工作、裱糊或裱褙工作、輕的木工、鋤耕

平地行走（每小時 4.8公里）、平地騎自行車（每小時 12.8公里）、桌球、練習羽毛球單打、自背球具打高爾夫球、跳宮廷舞、柔軟體操

5-6園藝類耕作、輕微鏟土 平地行走（每小時 5.6公里）、平地騎自行車（每

小時 16公里）、划船（每小時 6.4公里）、激流中溪釣

6-7中等鏟土（每分鐘 10次，每次 10磅重以上）、鏟雪、利用無電力割草機割草、劈柴

平地行走（每小時 8公里）、平地騎自行車（每小時 17.6公里）、羽毛球比賽、網球單打、跳土風舞、下坡滑雪、滑雪競速

7-8挖掘溝渠、背負 80磅重物、鋸硬木 慢跑（每小時 8公里）、平地騎自行車（每小時 19.2

公里）、騎馬急馳、籃球、冰上曲棍球、爬山

8-9用力鏟土（每分鐘 10次，每次 14磅重以上）

跑步（每小時 8.8公里）、平均騎自行車（每小時21公里）、擊劍、激烈的籃球比賽

*註：MET是指每分鐘每公斤消耗 3.5ml的氧氣，相當於 60公斤中年男性在休息時每分鐘的耗氧量。

4746 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

跌更重於保密。目前各大醫院都有防跌門

診，提供了許多實用的防跌祕笈，值得諮

商參考。

三、清楚不同工作及休閒運動所致的

新陳代謝情形，並了解各種運動對身體不

同組織的好壞處，以找到最適合自己的運

動處方。例如為了增加骨質密度必須有運

動強度（如打籃球），但須謹記衝撞並不

利於軟骨。又為了維持軟骨必須做溫和運

動（如慢跑游泳），卻不見得有助骨質密

度。提升體適能與心肺功能的同時，也應

該定期做體檢與生理監測，以避免過度疲

勞而猝死。柔軟拉筋、肌力訓練、有氧運

動、本體感覺與動靜態平衡訓練可以在許

多活動（如太極運動或瑜珈）中達成，但

是切記即使是溫和的運動，也有潛在的運

動傷害。

四、保護與保養並重，保護是不要做

超過體能可負擔的事，如年終大掃除或搬

重物。日常生活對膝關節挑戰較大的事也

要避免，例如爬樓梯、彎腰，蹲跪或走站

太久等。保養是要懂得保養之道，例如熱

敷、按摩、伸展或拉筋等。尤其早起在床

上伸展幾分鐘再起床，坐久後在椅子伸屈

膝蓋數十下再站起來，這些都是很正確的

保養概念。

五、如果需要進行醫療，應該與專業

醫師（包括風溼免疫、復健與骨科）查證

療法是否合乎臨床指引，並且加上自己的

判斷。因為單純資訊並無法判斷病情程度，

另不同專業醫師可能有不同的見解，各種

治療的成效也須自己評估。

醫學是科學也是藝術，是知識也是智

慧，有通則也有例外，退化性膝關節炎的

治療就是個最好的例子。退化性膝關節炎

並不是唯一會老化的骨骼關節組織，更不

是全身唯一的老化器官，因此退化性膝關

節炎必須與其他的退化性疾病一起整合思

考，並依照需求訂出最佳的治療規畫。

健康管理或骨科祕笈並不是提供退化

性膝關節炎治療該怎麼做的標準答案，而

是在準則中自己思考出最佳的選擇，以治

療若干病情、減緩大部分症狀並經常得到

寬 慰（To cure some, to relieve often and to comfort always），這才是醫學科學化的專業素養。

即使是溫和的運動，也有潛在的運動傷害。（圖片

來源：種子發）

醫學是科學也是藝術，是知識也是智慧，有通則也有例外，退化性膝關節炎的

治療就是個最好的例子。

林啟禎成功大學成大醫學中心骨科部

一般報導

4948 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

高山森林的向上遷移

台灣的高山森林

台灣是典型的亞熱帶島嶼，但島內高山林立，地勢從海平面起一直到第一高山的玉山頂，

落差達 3,952公尺，形成了複雜又多樣的氣候帶。隨著高度的上升，氣溫逐漸下降，其中約2,500公尺以上是寒帶，是高山植物生長的環境。由於氣候條件較嚴苛，植物的種類不如低海拔地區多樣，僅由少數幾種植物形成大片的高山森林，最典型的高山植物莫過於玉山箭竹、

台灣雲杉、台灣鐵杉、台灣冷杉和玉山圓柏。

由低至高海拔來觀察以上 5種高山植物，首先在 2千公尺左右會發現台灣雲杉，同一海拔也容易見到玉山箭竹與台灣鐵杉的蹤跡。這 3種植物的海拔分布較廣，台灣雲杉與台灣鐵杉的範圍在 2∼ 3千公尺，玉山箭竹到 3,800公尺左右的高處一樣可以見到。台灣冷杉與玉山圓柏則要 3千公尺以上才能普遍看到，其中玉山圓柏可以說是台灣海拔分布最高的樹種，尤其在玉山主峰上並不易見到植物的生機，只有零星幾株的玉山圓柏屹立。

高山地區因氣溫低、風勢強，使得土壤乾燥又貧瘠，為了適應惡劣環境，植物必須演化

出特殊的形態度過考驗，但也創造了高度的觀賞價值。例如，玉山箭竹身形低矮翠綠，匍匐

於地面生長，遠看彷彿一片綿延的大草原；台灣冷杉樹幹筆直、高挺，並與同伴排列成高大、

整齊的優美樹林；玉山圓柏在避風處會如同一般大樹發育良好，但在迎風處則會變成低矮的

小灌木對抗強風，這種特別的生活型態非常罕見。此外，高山植物彼此間交織共存，組成了

如詩如畫般的高山森林景致，可說是台灣最珍貴的自然資產之一。

高山的森林生態對於溫度上升非常敏感，尤其是植物，

有可能因氣候暖化而走向滅絕的命運。模擬這些高海拔植物的遷移情況，

有助於了解暖化對高山森林的衝擊。

呂明倫

氣候變遷所帶來的衝擊為地球上的人類、動植物、社會和生態系帶來嚴峻的考驗。

4948 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

氣候暖化的衝擊

聯合國指出，過去一百年來，全球氣

候變暖的趨勢正在加快，升高的溫度會促

使地球表面大規模的空氣流動變得異常，

造成極端天氣事件層出不窮，乾旱、洪水

的災情加重，以及冰川融化、海平面上升

等。這種氣候變遷所造成的衝擊為地球上

的人類、動植物、社會和生態系帶來嚴峻

的考驗。

植物與氣候關係密切，氣候會影響植

物物種的地理分布與族群數量。理論上，

當生育環境的溫度上升時，習慣於冷涼氣

候的植物因生理機能受到影響會往低溫的

環境遷移。若全球暖化持續發展，植物族

群原有的生態布局便會改變，即往高處遷

移以尋找更適合的環境生長。而原本就長

期生存在高山的植物終將退無可退，也就

是說，森林界線以上甚至附近的植物都可

能最先滅絕。

氣候暖化對高山生態系的衝擊是全球

性的，台灣當然也不例外。分析過去百年

來的植物調查資料，合歡山地區的中高海

拔野生植物以每年 3.6公尺的速率往更高的

地方遷移生長，並且至少有 6種草類植物

已越過 3,950公尺的高度，很有可能滅絕。

因此，若暖化現象未見趨緩，首先遭難的

會是這些草類植物，也會連鎖衝擊到大型

的喬木，對台灣的高山森林與生物多樣性

是一大警訊。

台灣高山森林景致優美，是珍貴的自然資產之一。

（圖片來源：黃俊源）

若全球暖化持續發展，植物族群原有的生態布局便會改變，

即往高處遷移以尋找更適合的環境生長。

逾越森林界線便不適合大型喬木的生長

一般報導

5150 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

推測氣候暖化的情境

一般認為，造成全球氣候暖化的主因，

應是人類自工業革命以來大量使用各種化

石燃料，排放出溫室氣體，像是二氧化碳，

導致氣溫升高。

為因應暖化的問題，科學家便推測未

來氣候會如何變遷。由於氣候具有高度的不

確定性，推測時必須設計情境，再搭配電

腦的運算，以了解人類排放溫室氣體對地

球氣候的影響。聯合國的政府間氣候變遷

委員會（Intergovernmental Panel on Climate

Change, IPCC）設計了多種氣候變遷情境，

做為各國推測未來氣候暖化的重要依據。

在 IPCC最新發表的第 5次評估報告

中，以「代表濃度途徑」（representative

concentration pathway, RCP，途徑指濃度變

化歷程）定義 4組未來變遷的情境。簡單

說，就是假設工業革命以後，人類排放不同

濃度的溫室氣體，導致未來全球氣候暖化。

4 組情境各以 R C P 2 . 6、R C P 4 . 5、

RCP6.0與RCP8.5命名，後面的數字代表

1750年工業革命前與2100年間，每平方

公尺的輻射強迫驅力（ radiative forcing，單

位W／m2，指地表吸收的太陽功率與輻射回

太空的功率的差）的差異量。在各種情境

的推演下，二氧化碳排放濃度依序是421、

538、670與936百萬分率（ ppm）。因此，

採用高排放的情境，氣候暖化的可能性較

高，對地球環境的衝擊程度也較大；低排

放情境的衝擊則較小。

既然已有了不同的情境假設，研究

者按照未來最可能發生的情境，使用電腦

運算全球氣候模式（global climate model,

GCM），就可推測氣候暖化，而國際上已

發展出非常多的 GCM。參考台灣 1950∼

氣候暖化將對地球環境造成嚴重的衝擊（圖片來源：種子發）

5150 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

2000年累積的氣象資料，設定高二氧化碳

排放的 RCP8.5情境，並使用國際認可的 14

個 GCM運算發現，到 2061∼ 2080年間，

台灣的平均溫度會增加攝氏 2∼ 3度。目

前炎夏酷暑已經讓我們身體難以調適，若

如推測的結果，溫度再升個幾度，勢必會

對身心造成傷害，更別說是偏好寒冷環境

的高山植物了。

模擬植物遷移

模擬氣候暖化對於植物在空間上的

遷移情況，是目前全球生態領域的重點

項目，通常是透過物種分布模式（species

distribution modeling, SDM）來進行。它的

理論基礎是假設當有某一植物物種出現在

某特定點時，這點的環境則有適合這種植

物生育的重要條件，像是溫度、雨量等氣

候因子，如此透過 SDM運算，便能推估其他未調查點的出現機率。

換句話說，只要有某一種植物的調查

點座標，以及這些點位所在的氣候資料，

就可以利用 SDM模擬這種植物完整的空間分布圖。如能有效搭配前述的氣候暖化情

境，更可依據情境的特性模擬出植物未來

可能的遷移。

約從 1990年代開始，生態學者著手開發 SDM，至今種類繁多。其中，免費軟體「最大熵」（maximum entropy），簡稱Maxent，操作介面簡單，是目前應用最廣，精確度最理想的 SDM。

為模擬台灣高山植物在氣候暖化影響

下的遷移，先把台灣地圖切割為一個個的

網格單元，並蒐集玉山箭竹、台灣雲杉、

台灣鐵杉、台灣冷杉、玉山圓柏等高山植

物的點位資料，再依據這些點位所在的

模擬氣候暖化下，台灣高山植物的分布變化。

台灣雲杉

台灣鐵杉

玉山箭竹

台灣冷杉

玉山圓柏

出現機率（％） 出現機率（％） 出現機率（％）

出現機率（％）出現機率（％）

高次高中次低低

高次高中次低低

高次高中次低低

高次高中次低低

高次高中次低低

1950～ 2000年 1950～ 2000年 1950～ 2000年

1950～ 2000年 1950～ 2000年

2061～ 2080年 2061～ 2080年 2061～ 2080年

2061～ 2080年 2061～ 2080年

0 0 0

00

50100km 50

100km50100km

50100km

50100km

一般報導

5352 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

目前正由政府機關引領節能減碳風潮，但民間的配合才是主要的關鍵。

歷史氣象資料與 RCP8.5的暖化情境進行Maxent運算。每一個網格經過運算後，會呈現出現機率，機率愈高的代表這網格愈

適宜植物生長。

模擬的結果，2061∼ 2080年間，台灣雲杉、台灣鐵杉、台灣冷杉、玉山圓柏等

適宜生育的環境都有縮減的趨勢，只有玉

山箭竹變化不大。意味著大型喬木的生理

機能無法適應暖化，其中又以海拔分布最

高的玉山圓柏最明顯，約有三分之一的面

積會消失。喬木的發育需經歷種子傳播、

發芽、生長、成樹等階段，當受到暖化效

應的衝擊時，種子即便完成傳播，也無法

順利發芽，生長及成樹的機會就大打折扣，

族群數量隨之遞減。相反地，以根部地下

莖繁殖為主的玉山箭竹生長力旺盛，對於

暖化的調適力較強。

高山森林的未來

現存的高山森林生態是由植物與其所

在的生育環境，經過長期的適應與調節，

逐漸形成的完整又多樣的體系。全球氣候

暖化衝擊會改變其正常的運作機制，導致

高山植物需要重新適應，被迫向上遷移或

消失滅絕。試想果真如前段模擬的結果，

台灣幾種典型的高山植物都無法適應氣候

暖化的來襲，僅玉山箭竹能夠殘存，那麼

多年以後，這些經過長年累月所刻劃出來

的高山森林景象終將一去不復返。

各國科學家一致認為，只要減少二氧

化碳的排放量，就可減緩全球氣候暖化。

看似簡單的一句話，執行起來卻是不易，

尤其台灣地狹人稠，付出的努力勢必更多。

雖然目前正由政府機關引領節能減碳風潮，

但民間的配合才是主要的關鍵。若每個人

都能身體力行，並持之以恆，必能使高山

森林的優美景致長長久久地延續下去，也

為我們的後代子孫存下飽滿的生態存摺。

呂明倫農委會特有生物研究保育中心

5352 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

一般報導

5554 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

火藥—古今化學研究與發展的基石

火藥的起源

火藥原始的組成是硝石、硫黃及木炭，這個配方始於古代醫學家煉丹術的意外發現。古

代帝皇為了尋求長生不老，鼓勵專家嘗試各種動植物、藥物、礦物與金屬的炮製與煉製，以

求得不死之藥。煉製丹藥的過程實際上就是對藥物、礦物及金屬進行各種化學實驗，由之無

意間促成了化學的發展。

在煉丹時，煉丹家及醫學家發現若把硝石、硫黃及含碳物質混合放入丹爐提煉時，會發

生猛烈燃燒甚至爆炸。為了避免意外爆炸，唐代醫學家孫思邈便發明了所謂的「伏火法」，

並記載於《丹經內伏硫黃法》一書中。把硝石硫黃各二兩研磨成粉末，加入炭化皂角子一起

燃燒，燒完再取三斤木炭煅炒，等炭消去三分之一後，退火並冷卻取出煉丹產物。

原先混合藥物易劇烈燃燒或爆炸的性質，透過這方法處理後可被蟄伏，因此稱為「伏火

法」，這也是現存記載最早的火藥配方。隨後唐代煉丹家清虛子在《太上聖祖金丹祕訣》記

載改良後的伏火礬法，使硝石硫黃、含碳馬兜鈴混合成為原始火藥，隨後並逐漸發展為軍事

及醫藥用途。上述文史記載點出了火藥的發明與發展。

在軍事上的應用

火藥應用於軍事，最早出現在 10世紀五代時期的敦煌壁畫，畫上描繪有類似火槍與手

榴彈的圖形。另外，在唐代末年有火藥使用於軍事的書面記載。隨後西元 1044年北宋時期，

軍事書籍《武經總要》記載了 3種複雜的火藥配方，其中詳細描述火箭、火球火炮、投石機

炸彈等多種火藥所製成的兵器。

火藥是中國古代四大發明之一，又稱黑火藥，

起源於唐代醫學家孫思邈的煉丹術（約西元 581～ 682 年），

隨後流傳至西方，開創了全世界化學研究的先河。

黃彥維、Yun-Yu Chen、黃耿祥

5554 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

到了 13∼ 14世紀，中西方都有許多

火藥做為武器彈藥推進劑與大炮的紀錄。

15∼ 17世紀時，由於歐洲的冶金術有了突

破性的進步，促使手持火藥兵器及火炮的

大量製造。在這個時期，歐洲的火藥科技

與兵器技術逐漸回傳中國，火藥在軍事上

的應用於是與日俱增。

在醫藥上的應用

火藥的關鍵成分硝石，在秦漢時期《神

農本草經》就有記載它的功效是「主五臟

積熱，胃脹閉，滌去蓄結飲食，推陳致新，

除邪氣」。明代醫學家李時珍的《本草綱

目》也記載硝石的功效是「治瘡癬，殺蟲，

辟濕氣瘟疫」。可見古代醫學家、煉丹家

在煉製丹藥時其實是在進行藥物研發。

硝石是一種天然鹽類礦物，化學成分

是硝酸鉀（KNO3），具有抑制神經傳導的

麻醉作用，能降低牙神經敏感度，因此牙

科把它添加在抗敏感性牙齒的牙膏中。此

外，硝酸鉀可用於預防及治療腎結石，例

如：人類的泌尿道結石已知至少有 32種成

分，惟硝酸鹽化合物不在其中，因此可運

用硝酸鹽的化學特性，混合服用硝酸鉀與

硫酸鉀鋁，以使結石中的鈣成分溶解排出

體外。

另外，西元 1847年義大利化學家索佈

雷諾（Ascanio Sobrero）發明硝化甘油，它

是一種爆炸力很強的材料。硝化甘油在現

今的醫療上可做為血管擴張劑，製成舌下

藥片後，作用迅速，可用於治療心臟冠狀

動脈狹窄或痙攣引起的急性心絞痛。

在化工方面的發展

19世紀火藥在工業方面的應用大放異

采，例如西元 1771年發明苦味酸用來做黃

色染料，醫學上則做為外科收斂劑或化學

酸鹼指示劑。後來發現它具爆炸性質，因

此又稱為黃色炸藥，是世界上最早的合成

炸藥。

因歐洲冶金術的突破性進步，促使手持火藥兵器及火炮的大量製造。（圖片來源：種子發）

一般報導

5756 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

火藥發明自古代東方的醫學家，他們為了研發靈丹妙藥卻無心插柳，

成為全世界化學研究的先驅。

西元 1800年英國化學家霍華（Edward Charles Howard）合成出雷酸汞（mercury fulminate），可做為引爆炸藥的雷管，從此帶動化學爆裂物的研發。西元 1866年，瑞典科學家諾貝爾利用硝化甘油為關鍵配方，

研發出近代最知名且高穩定性的矽藻土炸

藥（dynamite），除了大量運用於軍事外，也用於工業採礦及開挖隧道。

西元 1953年，美國工程師海崔克（John W. Hetrick）研發汽車安全氣囊，氣囊內部含有疊氮化鈉（NaN3）或硝酸銨（NH4NO3）

等化學物質。當汽車行駛受到撞擊時，經

控制系統判定觸發後就可引爆氣囊，化學

物質快速裂解產生大量氣體並充滿氣囊，

藉由氣囊分散衝擊力，因此對乘客產生了

保護的效果。

火藥發明後帶動全世界軍事與化工科

技的發展。西元 1895年，諾貝爾為了推動世界和平，捐贈遺產並創立諾貝爾獎，於

西元 1901年開始頒獎給在物理、化學等領域有重大貢獻的傑出人才。

火藥發明自古代東方的醫學家，他們

為了研發靈丹妙藥卻無心插柳，成為全世

界化學研究的先驅。西方起步雖較晚，卻

在火藥的應用上大放異采，例如發明苦味

酸、硝化甘油、矽藻土炸藥等。

炸藥的龐大利益使熱愛世界和平的諾

貝爾捐贈其遺產創立諾貝爾獎，象徵科學

界最高榮譽的諾貝爾獎更加速各種科學領

域的發展，造就了今日的科技文明。

這是一個充滿化學物質及化學反應的

世界，從西元 1869年俄國科學家門德列夫發表元素周期表至今已知共發現了 118種元素，各種化學元素交織構成我們眼中的

地球，而一切化學研究在中國古代醫學家

合成火藥的那一刻開啟了其神祕的大門。

生活中常見的慶典煙火、汽車安全氣囊、

火箭等都與火藥息息相關。請想一想，您

生活周遭還有哪些應用與火藥有關？

黃彥維義守大學學士後中醫學系

Yun-Yu Chen倫敦大學亞非學院

黃耿祥義守大學學士後中醫學系

5756 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

一般報導

5958 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

了解與預測在科學上的體現

自古以來，我們的祖先不斷地尋求自

然的真相，渴望能預知未來，但是由於歷

史條件和科學水平的限制，得到的只是猜

測和幻想。自從科學有了進展之後，人們

不斷揭示出自然的奧祕，逐步認識和掌握

自然發展的規律。至此，科學的預言才成

為事實，給科學事業的發展帶來深遠的影

響。

必須指出的是「了解和預測是一體的

兩面」。若能真正了解科學事物的本質，

就能正確地預測這事物在未來的發展行為。

反之，若能正確地預測事物的各種行為表現，就表示對事物的本身有某種程度的真正了解。

就舉幾個科學實例來闡明「了解與預測是一體的兩面」的概念在科學進展上是多麼重要。

哈雷彗星回來了

晴朗的夜晚，滿天星斗，好像是鑲嵌在夜幕上的的無數銀燈，閃爍發光。有時，在寂

靜的夜空中，突然出現一位形狀奇特的「不速之客」，猶如一把倒掛的掃帚高懸天際，這

就是「彗星」，也有人形象地稱它為「掃帚星」。由於彗星形貌古怪，平日少見，因此在過

能了解才能真正預測；

若能真正預測出變化行為，代表有一定程度的了解。

蘇明德

若能真正了解科學事物的本質，就能正確地預測這事物在未來的發展行為。

哈雷彗星

5958 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

去科學還不發達的時代，人們懷著恐懼不

安的心情，把它看做是不祥之兆，稱它為

「妖星」、「災星」。隨著天文學的不斷

發展，人們逐步地認識它、了解它，發現

彗星並不什麼神祕的東西，它也是太陽系

大家族的一個普通成員。

首先得到人們的注視和研究的彗星是

「哈雷彗星」，它是第一顆被科學的預言

證實的著名彗星。但是，在 17世紀的歐洲，

人們還把彗星的出現視為一種奇怪而神祕

的現象，不相信彗星的規律是可以探知的。

英國科學家牛頓（Sir Isaac Newton,

1643-1727）反對這種毫無科學根據的偏見，

指出彗星的運行軌道可以用「萬有引力」

定律來求得。英國天文學家哈雷（Edmond

Halley, 1656-1742）根據牛頓的這一論斷，

研究 1682年出現的大彗星。哈雷注意到這

顆大彗星的軌道和 1607年、1531年所觀察

到的彗星非常相似，使他有理由推斷這 3

顆彗星實際上是同一顆彗星的 3次重現。

哈雷利用「牛頓力學」詳細計算這顆

彗星的運行軌道後，指出：這一顆大彗星

是以 76年左右的時間為周期，沿著一個很

扁長的橢圓軌道繞日運行。哈雷還根據計

算結果事先預言：這一大彗星將在 1758年

底或 1759年初再度回來。雖然 1742年哈

雷過世，法國數學家克羅雷（Alexis Claude

de Clairault, 1713-1765）根據木星和土星對

這顆彗星的「擾動」影響，做了進一步彗

星軌道的計算，指出這顆彗星再度回來的

時間是 1759年 4月分，誤差在 1個月左右。

這顆彗星到底會不會回來呢？天文學

家都急切地等待著。1759年 3月 10日，比

預測的日期提前 1個月，這顆彗星按照科

學的預言又回來了，而且它在預定的星座

英國科學家牛頓

英國天文學家哈雷

一般報導

6160 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

之間經過，人們用肉眼就看見了它，哈雷

的科學預言得到了驗證。為了紀念和表彰

他的研究成果，這顆彗星便命名為「哈雷

彗星」。

用科學的方法預知哈雷彗星的回歸，

開闢了彗星天文學的新紀元。這不但證明

了「牛頓力學」原理的正確性，以及「天

體力學」方法的可靠性，而且充分顯示了

科學的力量：了解和預測是一體的兩面，

事實證明科學的預言是完全能夠實現的。

正像天文學家預言的那樣，哈雷彗星

每隔 76年左右的時間跑到太陽的身旁一

次。自從 1759年之後，哈雷彗星曾於 1835

年、1910年、1986年又 3次重來。目前哈

雷彗星距離我們還很遠很遠，待到 2062年

2月，我們又可再次和「哈雷彗星」見面了。

預言尚未發現的元素

1661年英國化學家波耳（Robert Boyle,

1627-1691）發表了題為《懷疑派的化學家》

的著作，第一次確立了化學元素的概念。

自此之後，自然界的元素就一個接一個地

相繼發現，到了 1800年，人們共發現了 28

種化學元素。19世紀，隨著生產的迅速發

展，發現的化學元素更多了，在當時的報

刊雜誌上，接二連三地報導發現元素的消

息。僅在 19世紀的頭 50年，就發現了 27

種化學元素。到了 1868年，當時人們已發

現了 63種化學元素。

新元素的發現不僅給化學家帶來了很

大的鼓舞，這些各不相同、紛紜複雜的元

素也給人們帶來探索自然的勇氣和力量。

這六十多種元素有的是液體，有的是固體

或氣體；有的閃發著金屬的光芒，有的散

發著刺鼻的惡味；有的柔軟，有的堅硬；

法國數學家克羅雷

英國化學家波耳在 1661年發表了題為《懷疑派的化學家》的著作，第一次確立了化學元素的概念。

6160 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

有的輕，有的重⋯⋯化學家面對著這些五

光十色的元素，感到迷惑不解，好像迷失

在茂密的叢林中。

化學元素之間有沒有規律可尋呢？年

輕的蘇俄化學家門德列夫（Dmitri Ivanovich Mendeleev, 1834-1907）決心揭開這個祕密，他閱讀了大量的化學書籍，總結了許多化

學家的經驗教訓，前後花了差不多 20年的功夫，終於在 1868年發現了「元素周期律」，把化學元素從雜亂無章的迷宮中分

門別類地理出了一個頭緒。

「元素周期律」揭開了這樣一個很重

要的規律：元素的性質隨著原子量的增加

而呈周期性的變化。也就是說，按照原子

量增加的次序把所有的元素排列起來，每

經過一定的間隔就一定會有化學性質相似

的元素出現。門德列夫根據這個原則，把

當時已經知道的 63種元素製成了一張表，定名為「元素周期表」。

這時，難題產生了。已經發現的元素

固然可以按照周期排列，可是那些尚未發

現的元素怎麼辦呢？這些元素應該放在周

期表的什麼位置呢？門德列夫根據這個「元

素周期表」，大膽而巧妙地解決了這個難

題，他毫不躊躇地在周期表中留出許多空

位，並以十分肯定的口氣宣布：屬於這些

空位的元素將來一定會被發現。不僅如此，

他還根據元素周期律推算了這些空位中元素

的原子量，預言了尚未發現的元素的性質。

1871年門德列夫發表了一篇介紹未知元素的論文，他根據周期表大膽地預言了

3種未知元素的性質。這3種元素當時稱為「似硼」、「似鋁」、「似矽」，它們的性質

分別類似於當時已知的硼 （B）、鋁 （Al ）、 矽 （ Si ） 3 種元素。這件事在當時看來簡直是一種狂妄的行為，有人甚至不屑地

說：「這只不過是臆想一些不存在的元素罷

了！」

然而，科學事實做了強而有力的回答。

1875年法國科學家布瓦博德朗（ Lecoq de

Boisbaudran, 1838-1912） 在巴黎發現了一種

新元素，命名為 「鎵」 （Ga）。它是門德列

夫5年前預言的元素 ─ 「似鋁」。當時，

門德列夫雖然並沒有看到這種新元素，但

是他果斷地寫信給布瓦博德朗，說明 「鎵」

的比重應該是水的 6 倍。幾天之後，巴黎

寄來了一封回信說門德列夫錯了， 「鎵」

的比重不是 6，而是4.7。

比重不對，是門德列夫的預言錯了

嗎？還是布瓦博德朗測錯了呢？門德列夫

堅信自己是正確的，立即又寫信說「鎵」

就是我預言的「似鋁」，它的原子量接

法國科學家布瓦博德朗在 1875年發現了一種新元素，命名為「鎵」。

一般報導

6362 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

近 68，比重應該是 5.9 上下，不是 4.7，請再試驗一下，也許您那塊物質還不純

⋯⋯布瓦博德朗是一位求實的科學家，他

決心做一次試驗，他十分小心提純了所得

到的物質，重新測定了「鎵」的比重，發

現「鎵」的比重正如門德列夫所預言的那

樣，果然是 5.96。「鎵」的發現及其比重的改正，使門德列夫的科學預言獲得第一

次成功的驗證。

這是不是巧合呢？不是的。在發現了

「鎵」後的 4年，也就是 1879年，瑞典科學家尼爾遜（Lars Fredrik Nilson, 1840-1899）發現了「鈧」（Sc）元素，它就是門德列夫預言的「似硼」。1886年法國化學家文克勒（Clemens Alexander Winkler, 1838-1904）發現了「鍺」（Ge），它就是門德列夫預言的「似矽」。這種元素的性

質竟和門德列夫 15年前的預言非常吻合。文克勒以十分敬佩的心情寫信給門德列夫：

「我通知您，您天才的研究又獲得新的勝

利，我向您致以崇高的敬意。」

門德列夫關於新元素的預言，雄辯地

說明科學理論的巨大力量，人們只要掌握

了客觀事物的規律，就能揭示自然的奧祕，

做出正確的科學預言，推動科學事業向前

發展。了解和預測真是一體的兩面。

新華夏系沉降帶有石油

在過去，中國被戴上了「貧油」的帽

子，一些外國的專家、權威曾大肆鼓吹「中

國沒有石油」的謬論，竭力叫嚷：「中國

只要掌握了客觀事物的規律，就能揭示自然的奧祕，做出正確的科學預言，

推動科學事業向前發展。

在 1879年發現「鈧」元素的

瑞典科學家尼

爾遜。

法國化學家文

克勒在 1886年發現了「鍺」

元素。

大部分地區幾乎沒有石油蘊藏的可能。」

中國真的沒有石油資源嗎？石油都埋在外

國的地下嗎？不！中國有豐富的石油資源。

中國地質學家李四光（1889-1971）根據「地

質力學」的原理，明確指出：在中國「新

華夏系」的沉降帶埋藏著豐富的石油，提

出了中國石油資源的科學預言。

6362 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

什麼是「新華夏沉降帶」？那裡為什

麼有豐富的石油資源呢？李四光運用「地

質力學」理論研究中國和東亞地區的地質

構造做了科學回答。在中國東部和東南部

以至東亞瀕臨太平洋地區，有兩個方向排

列的規模巨大構造帶，一個走向北東，一

個走向北略偏東，一個較老，一個較新。

由於中國古稱「華夏」，因此李四光把年

代較老，走向北東的構造帶稱為「華夏

系」，而把年代較新，走向北略偏東的構

造帶稱為「新華夏系」。

「新華夏系」構造體系是由於中生代

以來亞洲大陸相對太平洋向南扭動時所形

成的，由三條隆起帶和三條沉降帶組成。

人們知道：油田的形成必須有二個條件，

一個是「生油條件」，也就是必須有生油

的岩層，這是「物質條件」；二是「儲油

條件」，必須有一個空間讓它們匯集在一

起，這是「構造條件」。具備這二個條件的

地質構造，必然是一個盆地環境，而且這個

盆地要慢慢下降，周圍要逐漸上升。

中國「新華夏系」構造體系是以一個

相對隆起，一個相對沉降的形式出現的成

對共生的構造，有利於造成良好的成油環

境。加上在中國「新華夏系」中有許多東西

方向構造體系的干擾和疊加而隔開的盆地，

這些盆地就成了理想的「成油盆地」。

因此，早在 1950年代，李四光就根據

「地質力學」指出，中國有 3條主要的石

油遠景地帶；東面的黃海、東海、台灣海

峽和南海，是一條石油遠景帶；中間的松

遼平原、渤海、華北平原、江漢平原和北

部灣是第二條石油遠景帶；西面的呼倫貝

爾、陝甘寧盆地和四川盆地是第三條石油

遠景地帶。

但是，在這麼長大的石油遠景地帶上，

到哪裡鑽井噴油呢？李四光又根據「地質

力學」的分析，指出在盆地中受到過地應

力的作用而發生扭動的地方定能找到豐富

的石油。

後來事實證明：真的在「新華夏系」

的第二沉降帶上發現了油田，黃海、東海、

南海的石油遠景出現了曙光。雖然在中國

大陸所採得的這些石油，經實驗證明含蠟

質太高，且至今一直未能有效地把雜質完

全濾除，而多少降低了這些石油的經濟用

途。雖是如此，李四光提出的中國「新華

夏系」沉降帶具有豐富石油資源的科學預

言，再度體現了「了解與預測是一體的兩

面」的事實。

中國地質學家李四光根據「地質力學」的原理，明

確指出：在中國「新華夏系」的沉降帶埋藏著豐富

的石油，提出了中國石油資源的科學預言。

一般報導

6564 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

三重態卡冰分子的預測

我們都知道世界上可用的能源很多，

但各有其優缺點。像是石油能源，會有匱

乏的一天；像是核能，有輻射傷害的疑慮；

像是太陽能，雖然乾淨，但到目前為止，

卻一直有關鍵技術無法突破，以至於有成

本居高不下的困難。

這使得科學家想到，根據物理的電磁

原理：電可生磁，磁可生電，而且已知「多

重態」（multiplicity state）的分子具有磁性，是否可用這樣的化學磁性分子產生電力能

源呢？

根據物理「量子力學」的解釋，大

自然中具有多重態的分子並不多。氧氣

（O2）是個很好的例子，因為氧氣的基

本態（ground state）是「三重態」（triplet state），而氧氣的第一激發態（the first excited state ）是「單重態」（singlet state）。雖然氧氣屬於多重態分子的一種，且到處唾手可

得，但是氧氣太活潑，容易和各種金屬形成

氧化物（或說是「生銹」），導致大幅降低

用氧氣發電的可行性。

科學家又想到：可以用 CH2的 carbene（稱「卡冰」）分子啊！因為它的基本態

就是「三重態」，屬於「多重態」分子，

不正好可以拿來發展電能嗎？

「卡冰」最早是由德國化學家布希納

（Eduard Buchner, 1860-1917）在 1903年提出的，當時他做乙酸乙酯和甲基苯的化學

反應，這個反應的最後產物是三角環丙烷，

於是布希納推測在整個反應過程中，必然

有「卡冰」的中間產物。後來在 1912年，德國化學家施陶丁格（Hermann Staudinger, 1881-1965）又做了一個化學實驗，他使乙

CH2分子

H H H

H H H

C C C102°1.09 Å

136°1.06Å

（單重態） （三重態）

在 1903年就推測有「卡冰」存

在的德國化學

家布希納。

德國化學家施

陶丁格

烯和雙氧甲烷作用，也得到了三角環丙烷

產物。於是他也同樣推測：「卡冰」分子

必然在整個反應過程中扮演重要角色。

6564 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

其實，從上述實驗結果就可推知：「卡

冰」分子是個不穩定的活潑分子，它的生

存期太短，約只有 10－3 ∼10－2 秒。這麼

短命的分子可以想見：偵測儀器很難檢測出

「卡冰」分子的存在，更不用說測量「卡冰」

分子的內在性質（如鍵長及鍵角）。因此，

長久以來， 「卡冰」 分子一直被認為的確存在，且它的基本態是屬於「單重態」。這

是因為 CH2 （卡冰） 的第一個光譜學實驗觀測結果認為 「卡冰」 分子是一個基本態為 「單重態」，且幾何結構為直線型的分子。

雖是如此，根據化學 「鍵結理論」 的推論，「卡冰」分子在「單重態」的幾

何結構應是彎曲型，C—H 鍵長： 1.09Å，而 H—C—H 鍵角是 102°。反之， 「卡冰」 分子在 「三重態」 的幾何結構是較接近直線型，C—H 鍵 1.06Å，又 H—C—H 鍵角是 136°。

一直又過了五十多年，科學家用大型

電腦精確計算「卡冰」分子的幾何結構及

其基本態，發現 CH2應是一個基本態是「三

重態」，且幾何形狀是較偏直線型（180°）的彎曲型分子。實驗化學家根據這一理論

結果，又再次重新檢視 CH2分子的性質。

實驗結果證明：電腦理論計算的結果是正

確的。這是化學歷史上第一次電腦理論計算

結果引導實驗化學家重新檢查原本自以為

正確的實驗結果，且最後的實驗結果確認先

前的電腦理論計算預測是對的。

雖然到目前為止，仍無法使「三重態」 CH2分子穩定以供人類使用（如發展電能），

但 CH2分子從理論推演到實驗證實，整

個實例再次說明「了解與預測是一體的兩

面」。

蘇明德嘉義大學應用化學系

深度閱讀資料

蘇明德（民87）單重態的氧是敵是友？科學月刊，29，917-921。

6766 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

海洋垃圾大軍

垃圾充斥中途島

中途島是夏威夷西北方兩千公里海面

上的珊瑚礁小島，若不是因為戰爭，全世

界大概沒多少人聽過它的名字。島上無平

民居住，只有150名美國漁業與野生動物管理局的派駐人員，和數以萬計的海鳥、

海龜、海豹、海豚與珊瑚礁魚類。

然而，這個位於天涯海角的野生動物

天堂，好不容易從人類的戰爭摧殘中恢復，

卻慢慢地被人類以另一種模式造成的惡果

吞噬。全世界71％的黑背信天翁住在這裡，但研究人員發現每年有將近50萬隻稚鳥誕生，20萬隻因脫水或營養不良死亡。根據美國環保署的研究報告，這些餓死的稚鳥肚子裡塑膠垃圾數量竟然高達其他死因稚鳥肚子裡的兩倍。

數千公里外的我們也許很難想像，在面積僅6.7平方公里、只有150人的太平洋小島上，海岸堆積如山的垃圾和台灣的海邊沒有兩樣。中途島已經快被垃圾淹沒了，源源不斷的海漂垃

圾隨潮水夜以繼日地攻擊著小島。比戰爭、炸彈還可怕的是，汙染不知道什麼時候會結束？

中途島的汙染狀況受到全世界的矚目，藝術家喬登（Chris Jordan）為此拍攝一系列名為Midway 的攝影作品與紀錄片。透過他的鏡頭，依稀只見骨頭和羽毛的信天翁殘骸中包覆著大量、彩色的塑膠垃圾，感覺非常不真實。

日本鹿兒島大學的籐枝繁教授表示，在中途島大部分見到的垃圾都是碎片，只有打

火機、塑膠瓶蓋與養殖牡蠣用的塑膠套管 3樣物品保持完整樣態。其中，籐枝教授對打火機特別有興趣，為能了解中途島上垃圾的來源，曾到島上蒐集海漂打火機。在 2010年7月的研究中收集到 1,400個樣本，其中 48％來自日本，14.1％來自台灣，韓國 8.1％，

來自海漂廢棄物中的塑膠微粒

一般報導

我們從石器時代、銅器時代、鐵器時代進入了塑膠時代，

這些亙古不化的塑膠產品如何透過洋流系統全面影響我們的海洋，

最終又借屍還魂回到人類身上？

張泰迪

6766 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

中國大陸 6.8％，其他國家 1.4％，其餘21.6％ 無法分辨。

從藤枝教授對海漂打火機的研究中，

可以了解海漂垃圾主要受到洋流與風的影

響。中途島上布滿的塑膠碎片也告訴我們，

塑膠製品在經過長時間的漂流，受到紫外

線照射會裂解為細小的碎片。若是如此，

大洋中應該滿布塑膠碎片才對。

阿爾加利特（Algalita）基金會的創辦人摩爾船長（ Captain Charles Moore）在1997年發現情況不對，該基金會便開始航行於

五大洋研究海漂垃圾。以其2011年3月於南太平洋的研究報告為例，在他們認為的

垃圾聚集區域，平均每平方公里可收集到

26,898個塑膠樣本，重量70.96公克。其中最嚴重的核心區每平方公里更可以收集

到396,342個樣本，這些碎片順著洋流方向逐漸聚集在太平洋渦流區，數量不斷增加，

對海洋環境的影響與日俱增。

海洋垃圾的威脅

對海洋生物來說，纏繞與誤食一直是

海洋垃圾造成的主要威脅。漁業行為產生

大量的廢棄漁網、線與繩，其中又多以十

分耐久且不易裂解的尼龍材質做成。當廢

棄漁網四處漂流或卡在礁石上，對於魚類、

海龜、海洋哺乳類、鳥類來說，都是無所

不在的死亡陷阱。

另一項更全面的影響是誤食，誤食塑

膠垃圾除了對生物本身造成威脅外，塑膠

垃圾中的化學物質更令人擔心。雖然大部

分塑膠的主成分穩定無毒，但在製造過程

中，為了增加產品性能，會加入如塑化劑、

發泡劑、阻燃劑等化學物質。其中多數添

加物是屬於環境荷爾蒙類的物質，而這些

添加物也會在塑膠垃圾裂解的過程中釋放

出來，大至鯨魚小至浮游生物，都可能把

各種尺寸的塑膠垃圾和其中的化學物質吞

進肚。

當海洋生物誤食塑膠碎片時，也把一

些化學物質吃進肚，透過食物鏈的放大作

用，對食物鏈中高階的消費者，甚至是對

人類產生不可預期的影響。

漂浮在海水表面的塑膠碎片除了本身

的化學物質外，也很容易與存在於海水表

層的持久性有機化合物（POPs）結合。東京大學的高田秀重博士分析隨處可見的聚丙

烯塑膠微粒原料，發現塑膠微粒上的POPs濃度是周圍海水濃度的100萬倍，於是透過國際顆粒監測組織（ International Pellet Watch）向全世界募集海岸上的塑膠微粒，並繪製出全球的汙染地圖。

淨灘行動海漂垃圾通常依照尺寸分為大型（ >

2.5公分）、中型（ 2.5∼ 0.5公分）與微型海洋廢棄物（ < 0.5公分）3個範疇。大型的海洋廢棄物對生物纏繞的威脅較大，但

較易清理，小型的海洋廢棄物較可能被誤

食，也幾乎無法清理。因此，目前全球

最大的國際淨灘行動（ International Coastal Cleanup, ICC）只能清理與紀錄大型海洋廢棄物。

ICC自1986年從美國德州開始的一場淨灘活動，發展到全球152個國家，近千萬的參與人次，已經將近30年。每年9月的第3個周六，全世界一起淨灘，並以統一的表格記錄撿到垃圾的種類與數量。美

國海洋保育組織（ Ocean Conservancy）的

對海洋生物來說，纏繞與誤食一直是海洋垃圾造成的主要威脅。

一般報導

6968 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

ICC辦公室負責統整各國數據，每年發表全

球海洋廢棄物報告。

以2010年發表的25周年統計來看，

海洋垃圾最主要的來源是「日常生活與海岸

遊憩行為」占52％，其次是「抽菸相關行

為」36％，接著是「海上活動與船隻」8％。

在前十大海廢物品裡，前9名都是一次性

使用的物品，如塑膠袋、飲料瓶、食物包

裝品、菸蒂等。

台灣在2000年首次由黑潮海洋文教基

金會引進 ICC海洋廢棄物監測的概念，經

過多年推廣，該基金會與海洋科技博物館、

荒野保護協會、台南市社區大學、台灣環

境資訊協會於2010年成立台灣清淨海洋行

動聯盟，共同進行海洋廢棄物的淨灘記錄

與議題倡議。檢視2010∼2014年台灣的

ICC淨灘紀錄，平均每公尺的垃圾數量有

上升的趨勢，前5名的垃圾依序是塑膠袋、

免洗餐具、瓶蓋、玻璃飲料瓶與食品包裝

品，不意外都是一次性使用的產品。

解決方案要期待每年招募志工淨灘一次能夠得

到可靠的數據並不切實際，但這些初步成

果足以告訴我們問題的嚴重性，需要立即

展開進一步的研究與行動。對於解決方案，

建議以3個層次來思考。

首先，公部門必須正視並面對海洋廢

棄物問題。由於台灣海岸管理採取屬地主

義，處理海洋廢棄物通常是發生地主管機

關的責任。但海洋垃圾的管理、防治、清

除涉及許多部門，造成人人可管卻沒人管

的情況。若各級機關能夠正視並面對海洋

瓶蓋一直都是淨灘成果前十名的常客

2010～ 2014年台灣的 ICC淨灘紀錄

年 垃圾件數淨灘長度（公里）

每公尺海灘垃圾數量

2010 43,234 12.68 3.412011 194,538 65.67 2.962012 170,267 28.4 6.002013 158,861 29.7 5.352014 128,071 20 6.40

海洋垃圾的管理、防治、清除涉及許多部門，造成人人可管卻沒人管的情況。

即使回收率很高，淨灘時仍能撿到許多寶特瓶。

廢棄物問題，以合作取代推諉，才可能減

輕垃圾汙染的危害。

同時，公部門應該跳脫長期僅辦理淨

灘的思維，善用政策工具。以歐盟為例，

當發現許多輸入歐洲的電子產品都用保麗

6968 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

龍為包裝材，而處理這些保麗龍會增加許

多成本與汙染時，就頒布一道禁用保麗龍

做為包裝材的命令。此後所有3C或家電產品的製造商便改用紙板，從源頭解決了保

麗龍造成的環境汙染。

同樣地，在台灣每年用掉的15億個一次性手搖飲料杯中，保麗龍杯占了2億個。根據台南市社區大學自2005年開始每月一次監測的數據顯示，保麗龍是台南海岸的

重大威脅，因此台南市政府在2013年正式禁用保麗龍飲料杯。類似的政策作為都是

解決問題的有效方法。

其次，企業應該負起社會責任。在全

球的淨灘數據中，前10名常見的垃圾多是一次性使用的物品，主要跟食品、飲料有

關。2014年3月黑潮海洋文教基金會在花蓮溪口的淨灘活動中，短短300公尺就撿到1,493個深色提神飲料玻璃瓶，研判應該跟捕鰻苗的行為有關。

雖然玻璃瓶屬於環保署35項強制回收項目之一，但與寶特瓶相比，重量多出許

多，且回收價格較低，影響回收業者的意

願，因此全台灣的海岸幾乎隨處可見深色

玻璃瓶和玻璃碎片。倘若提神飲料業者能

效法菸酒公司對玻璃啤酒瓶的押退瓶費機

制，也許就會大大減少海岸上的玻璃碎片。

產品的設計也關係重大。目前產品設

計主要考量的是消費者需求與製造成本，

較少考慮到後續廢棄物的處理成本，或地

球承受這些廢棄物的環境成本。假使企業

能夠在產品設計之初，多選用對環境友善

的材質，製造時也儘量使用天然或單一材

質，降低回收處理的成本，生產這樣的綠

色產品才是企業該展現的社會責任。

最後，應發揮個人力量，從自己做起。

台灣民眾的素質非常高，我們的回收制度

與成效在全世界屬於模範生。以2011年為例，台灣寶特瓶回收量101,437 公噸（約45億個），回收率高達95％，排名世界第1。但未回收的5％，則代表2億2千5百萬支寶特瓶沒有進入回收流程中。顯示當廢棄

物的產生量過大時，再怎麼好的回收機制

也沒有用。

現代生活節奏快速，一切求快、求方

便的結果，就是把許多不好的東西吃下肚，

產生數量龐大的一次性使用垃圾，不但賠

了我們的健康，也讓環境遭受不可逆的汙

染。改變的契機其實就掌握在大家手中，

垃圾減量、資源回收再利用是立即可行的

解決辦法。此外，避免購買過度包裝或不

需要的商品，自行準備水壺、餐具與購物

袋。當每個人不再貪圖方便，改變自身生

活習慣時，累積的力量才是解決海洋垃圾

問題的關鍵。

20世紀初，塑膠剛開始出現時，迅速翻轉了人類生活的型態。雖然塑膠帶給我

們許多便利，但過度使用的結果，讓海洋

也充滿了各種塑膠。全世界每天都有成千

上萬噸沒有處理好的垃圾進入自然環境中，

一旦進入海洋，我們幾乎無法處理，只能透

過無止盡的環境循環再一次進到我們的身體

裡，這是一個看似單純卻複雜難解的問題。

當每個人不再貪圖方便，改變自身生活習慣時，累積的力量才是解決海洋垃圾

問題的關鍵。

張泰迪黑潮海洋文教基金會

台灣新發現MOST Supported Research

7170 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

▎葉孋嬋

癌末病患照顧者的藍色憂鬱

「生、老、病、死」是每個人必經的

過程，我們歡欣鼓舞地迎接新生命到來、

感嘆年華的老去、擔憂身體的病痛、恐懼

死亡的降臨，縱使明白這些歷程是無可避

免的，但每當病痛來襲或面臨死亡的威脅

時，無論是當事人或其家屬，都須用極大

的心力來調適面對。

自民國 71年以來，惡性腫瘤年年位居台灣十大死因之首，癌症末期病患面對

危及生命的「病」以及不知何時離去的

「死」，多數會出現害怕、焦慮情緒及憂

鬱症狀，再加上生理機能隨著病程發展逐

漸退化，心理及生理亟需他人協助。

隨著醫療政策的改變，住院天數縮減

使得醫療照護工作轉嫁到病患家屬身上，

癌末病患家屬不僅要照顧病人的生活起

居，分擔患者的焦慮、憂鬱情緒，還要一

肩扛起不熟悉的醫療照護工作，更需面對

至親摯愛隨時可能辭世的事實。然而現今

醫療制度只著重在病患治療，對於付出大

量心力的家屬，其內心的焦慮與悲傷卻無

法獲得最即時的協助。

長庚大學護理系唐秀治教授由自身所

經歷的喪親經驗，以及成為護理人員後接

觸的患者家屬身上，體認到現階段醫療制

度對於病患家屬的忽視，因而開啟了癌症

末期照顧者在喪親後憂鬱歷程的研究。

唐教授的研究指出，隨著病患病情惡

化，照顧者的憂鬱程度會逐漸增加，並在

病患過世後 1∼ 30天達到憂鬱程度的最高峰，之後在時間輕柔的撫慰下，憂鬱指數

逐漸下降。大部分的照顧者都能慢慢調適，

使生活回歸正軌，然而有部分照顧者在喪

親 6個月後，仍沉浸在強烈的哀傷憂鬱情緒中，甚至演變成重度憂鬱症或複雜性哀傷。

值得討論的是，相關研究指出在台灣

癌末病患仍在世時，家屬的憂鬱程度較國

外的高；喪親後的憂鬱歷程卻比國外的短。

對於這現象，唐教授解釋：因為華人家族

觀念較強，認為照顧親人是應盡的義務，

是自己的責任，因此累積較多的壓力；在

患者過世後，照護的壓力解除，家族也給

予較多的支持，因而使家屬能早日走出傷

痛。而歐美國家較強調個人主義，社會支

持不像華人社會這樣的充足，這可能是他

們喪親後憂鬱歷程較長的原因。

研究也發現，當照顧者自認缺少社會

支持、缺乏照顧病患的信心，或感受到更沉

台灣新發現MOST Supported Research

7170 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

重的照護負擔時，如身體健康出現問題、日

常生活作息失調等，憂鬱程度會明顯上升。

「醫療系統上，家屬常常被當成隱形

人，大家或許認為家屬照顧生病的家人是

天經地義的事，卻忽略了家屬也需要被照

顧。」唐秀治教授感慨地說，由於醫院人

力不足，對於癌末病患無法提供長期照護；

站在病患的立場，長時間待在醫院也會降

低患者生活品質，居家照護成為無可避免

的一環。

然而，我們希望家屬自己照顧病人，

卻沒有去評估家屬到底有沒有能力照顧病

人，以及他們承擔照護工作的心理壓力。

因此，唐教授認為照顧病人不應只看患者

一個人，而應該把整個患者家庭看作是一

體，才是正確的照護觀念。

唐教授希望藉由這些癌末病患家屬的

經歷來提醒第一線的醫護人員，應該特別

注意容易發生嚴重憂鬱的高危險群，包括

身體狀況不佳、憂鬱程度偏高、對照護工

作沒有信心，或在照護過程中明顯承受高

壓力的家屬，進行完整的評估，適當地轉

介，並鼓勵照顧者抒發哀傷的情緒。也期

許未來醫院能給予護理人員更多的時間和

空間來協助病患家屬，陪伴家屬度過這段

煎熬的時間，把喪親的衝擊降至最低。

葉孋嬋本刊特約文字編輯

病患面對危及生命的「病」及「死」，多數會出現害怕、焦慮情緒及憂鬱症狀。（圖片來源：種子發）

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7372 科學發展 2016年 2月│ 518期科學發展 2016年 2月│ 518期

▎范賢娟

處理戴奧辛的更好選擇

當人類文明歡欣地大步邁進時，環境

汙染、廢棄物處理等問題也接踵而來，且

日顯嚴重。這些汙染物與廢棄物有的需經

數年、甚至百千年才能在大自然中分解。

如再經空氣、水和遷徙物種的作用，這些

長年難分解的物質可能在環境中蓄積，除

汙染環境外還會對人類健康產生不良的影

響，甚至禍延子孫。

由於意識到這種危機，聯合國環境署

呼籲全球各國應針對這種名為「持久性有

機汙染物」的有毒物質採取適當的規範，

因而制定了「斯德哥爾摩公約」，明文禁

用多氯聯苯等化學品，並限制 DDT的生產與使用，以減少排放戴奧辛等物質。台灣

雖不是這項公約的簽約國，但是為了國人

的健康與對環境生態的保護，仍然依照這

公約的精神自我規範，中央大學環境工程

研究所的張木彬教授就是國內這一領域的

翹楚。

張教授在二十多年的研究生涯中，對

國內的汙染問題投入相當多的心力。為了

解決這些問題，他的研究也從原先的「低

溫電漿」領域轉到針對戴奧辛、重金屬的

監測、去除與排放控制的領域。

台南的安順中石化廠在 1979年之前曾為了生產氫氧化鈉及氯氣而採用水銀電

解法電解海水，惟製程中的汞卻未經適當

處理，任其隨汙泥及廢水排放，以致造成

附近地區的土壤及底泥含汞量超高。此

外，這工廠在製造五氯酚鈉的過程中也產

生戴奧辛，因而造成戴奧辛與汞兩種高毒

性汙染物同時存在，且汙染範圍包含水域

底泥，汙染型態複雜面積又大，整治技術

難度頗高。

戴奧辛的結構，有兩個苯環（白色的六角形）藉由

兩個氧原子（紅色）連接，外圍有 8個位置可連接氯原子（編號 1～ 4和 6～ 9），毒性最強的是含4個氯原子，且位在編號 2、3、7、8的位置（即2,3,7,8−TCDD），又有世紀之毒的稱號。

台灣新發現MOST Supported Research

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過去曾考量採用傳統技術予以整治，

但因投入的經費與能源甚大，雖經多年的

努力但進展有限。目前那裡仍是草木不生，

若不思更適當的處置，就只能任其荒廢成

為鬼域了。

有鑑於此，張教授的研究團隊開發了

「低溫熱裂解技術」，在適當反應條件（無

氧）下可有效裂解含氯汙染物如戴奧辛、多

氯聯苯及五氯酚，並使汞脫附。此外，搭配

團隊另行研發的新穎空氣汙染防制技術（多

層流動床吸脫附系統），可有效地把高毒性

的物質轉化為低毒性的物質，解決棘手的土

壤汙染問題並避免了空氣汙染。這技術使安

順中石化廠的整治露出一絲曙光。

他在研發時秉持環保的原則，以降低

反應溫度節能為目標，同時要求在處理過

程中不可產生二次汙染。相較於其他方法

需要把溫度提高到攝氏 600度，張教授的

系統反應溫度降低了許多，大量節省了能

源的消耗，也把過去多個汙染處理單元整

合成一個多重汙染物的處理技術，因此流

程較簡潔，處理成本也大幅降低。

這方法雖然是針對棘手的中石化汙染

而研發，但因為相較於其他技術有許多優

點，因此張教授期待可把它應用到別的地

方，例如垃圾焚化爐的飛灰處理。目前台

灣的 24個焚化爐受限於經費與技術能力，針對含戴奧辛排氣處理多數僅以活性碳吸

附後作相轉移，再用袋式集塵器收集，最

後以水泥封存掩埋。但這方法因為汙染物

並沒有分解，萬一遇到水災、地震時仍有

擴散的風險。若能採用張教授開發的觸媒

轉化技術分解破壞戴奧辛，就不用擔心汙

染物擴散的問題。

另如在處理廢鐵的電弧爐煉鋼過程中，

也容易產生戴奧辛含量高的氣體與灰塵，

若能以這方法處理排氣與集塵灰，可降低

能耗，提升環境品質。

張教授的「低溫熱裂解技術」為戴奧

辛的處理技術提供了一個更好的選擇。

范賢娟本刊特約文字編輯

昔日中石化場區全景

74 科學發展 2016年 2月│ 518期

王道還

科技新知

精確醫學的範例醫師治療病人必須對症下藥，我們想當然耳。但是對症與下藥其實是兩個目標，各有難

處。對症指辨認疾病，理解症狀的病理機制。這很困難，原因之一是人體很複雜，我們的知

識有限。有時即使找到病理機制，也沒藥治。有時找到了病理機制、又有藥治，下藥卻另有

學問。例如藥有副作用，或藥在病人體內的代謝速率太快，治療就費事了。

精確醫學是針對這一困境形成的理想。瑞士的一個研究團隊開發出一種細胞療法治療牛

皮癬，正好可以演示精確醫學的願景。

牛皮癬不是「癬」（真菌感染），而是自體免疫疾病—由免疫系統的反應造成的皮膚慢

性發炎，症狀是皮膚癢、紅，並有鱗片狀創傷，往往反覆發作。至於免疫反應的肇因，目前

仍不清楚。幸好研究人員已掌握了症狀的病理機制：病人的樹突細胞（一種白血球）會釋出

兩種白血球介素（一種細胞激素），那些白血球介素會促使 T細胞增生，T細胞再釋放促發炎白血球介素，導致牛皮癬症狀。

因此治療方式就是鎖定促進發炎的白血球介素。不過，白血球介素是免疫系統的一分子，

要是長期抑制它們，不免降低病人的免疫力。因此，現在醫師治療牛皮癬，雖然能夠對症下

藥，卻難以拿捏分寸。

瑞士的研究團隊以人類胚胎腎臟細胞製造了一個白血球介素轉化器，研究人員為這個胚

胎細胞動了基因工程手術，使它能夠偵測牛皮癬病人血液中促進發炎的白血球介素，再生產

抑制發炎的白血球介素。簡單說，研究人員在這種細胞中配置了一個人工基因線路，病人血

液中一出現促進發炎的白血球介素就會啟動，生產抑制發炎的白血球介素。

研究人員以小鼠做實驗，證實這種人工合成細胞是靈敏的偵測器，只要偵測到小鼠樹突

細胞釋放的白血球介素，就會釋出抑制發炎的白血球介素。而且這種細胞在症狀萌發之前就

有反應，釋出的抑制發炎分子完全視促發炎分子的濃度而定；量入為出，不會過度反應。再

以人類牛皮癬病人的血液做實驗，這種細胞有同樣的反應，表示以這種細胞治療人類牛皮癬

是可能的。

這種人工合成細胞符合精確醫學的期待，第一，它有專一性、針對性，細菌、病毒引起

的免疫反應不會使它啟動；第二、施藥方式由病情控制，不必擔心過度抑制免疫系統的後遺

症。總之，對症、下藥都精確。

參考資料：Di Domizio, J. and M. Gilliet (2015) Designer cells finely tuned for therapy. Science, 350 (6267), 1478-1479.

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中東呼吸道症候群中東呼吸道症候群（MERS）是一種人類冠狀病毒造

成的疾病。2012年，第一個病例出現，至去年年底，已有 1,626名確診病人，分布於 26國，其中 586人死亡。MERS病毒是 SARS病毒的表親，但是MERS病毒感染的是下呼吸道，而不是上呼吸道，因此不容易在人群中散播。

過去兩年，香港大學的研究人員到沙烏地阿拉伯篩

檢了 1,309頭單峰駱駝，尋找MERS病毒與相關病毒。結果，超過 1/4駱駝體內有冠狀病毒，12.1％有MERS病毒；另外還找到一種相關病毒。這3種冠狀病毒都人、駝相通。有些駱駝體內的MERS病毒株，去年（2015）在南韓造成疫情，186人感染，其中 36人死亡。研判那是 2013∼ 2014年之交，兩種冠狀病毒發生基因重組之後的產物。

總之，這個調查結果顯示：駱駝是致病冠狀病毒的孵化場，也是未來的研究目標。

參考資料：Sabir, J. S. M., et al. (2016) Co-circulation of three camel coronavirus species and recombination of MERS-CoVs in Saudi Arabia. Science, 351 (6268), 81-84.

冰人的來歷人是地球上唯一遍布全球的物種。感染人體的細菌也隨著人到天涯海角，其中以幽門桿菌分布

最廣，世上一半的人口都感染了幽門桿菌。幸好感染幽門桿菌的人罹患胃潰瘍、胃癌的不到 10％。另一方面，科學家發現幽門桿菌至少在 10萬年前已經寄生在人體裡。10萬年來，幽門桿菌已

演化出 6個祖先支系，現在世界各地族群體內的幽門桿菌是那些支系的後裔。由於人體內的幽門桿菌有「家族遺傳」的特性，因此分析幽門桿菌的基因組，可以重建宿主族群的遷徙歷史。例如

現代歐洲人的幽門桿菌是非洲型與亞洲型的混種，只是對於混種發生的時間與地點，學者仍有不

同的主張。

1991年，阿爾卑斯山位於義大利境內（距奧國邊界不過百米）的冰河中，出現了一具銅器時代的人體。那是一個中年男人，生活在 5,300年前，死後遺體封在冰河裡，因為冰河融解才重見天日，綽號冰人。最近，科學家檢驗冰人的消化道、尋找幽門桿菌，再分析那些幽門桿菌的基因組，想知

道他的地理來歷—他的原鄉。鑑定結果是亞洲品種，源自中亞、南亞。因此，幽門桿菌混種是後來

的事。也就是說，現代歐洲人的非洲血緣在最近 5千年才流入歐洲。參考資料：Maixner, F., et al. (2016) The 5300-year-old Helicobacter pylori genome of the Iceman. Science,

351 (6269), 162-165.

MERS是一種人類冠狀病毒造成的疾病（圖片來源：種子發）

科技新知

76 科學發展 2016年 2月│ 518期

微型原子彈今年一開年，北韓便大張旗鼓，宣稱試爆氫彈成功，為世界局勢增添了一個新的不確定因素。北韓

研發氫彈的理由，除了民族主義說詞外，還針對敵對勢力特別是美國的威脅。根據美國紐約時報的報導，

這未必完全出自杯弓蛇影的疑心病。

原來美國已啟動核武「現代化」計畫，去年秋天在內華達州開始測驗「精靈核彈」系統，就是更小、

更精準的核彈，而且爆炸威力可調控。這樣的武器可以針對敵國的核武設施做外科手術式的攻擊，控制

破壞範圍，避免傷及無辜。估計整個計畫在未來三十年內要花費一兆美元。俄國立即指控美國不負責任，

無異挑釁。據說中國尤其擔心美國配備核彈頭的巡弋飛彈。因此，北韓宣稱受到美國威脅，並非無的放矢。

而美國正在研發的這套武器系統，也可視為針對北韓威脅的「答案」。

不過，美國這一核武計畫在國內已引起爭議，前景仍在未定之天。精靈武器系統精確、匿蹤、可靠

的特徵固然是嚇阻力量，可是，另一方面，它也可以是先發制人的利器。精準、可靠、威力又可調控的

核彈，與保證相互毀滅的熱核子武器，哪一個誘惑較大？ 然而美國國內的評論家指出，這一核武計畫與歐巴馬總統一向的高調背道而馳，例如建構非核武世

界，以及不研發新型核武的保證。他們警告：美國的舉動已激發了新的軍備競賽。

問題在於，對付北韓這樣的國家，有令人滿意的方案嗎？

參考資料：Broad, W. J. and D. E. Sanger (2016) Smaller bombs are adding fuel to nuclear fear. The New York Times, page A1, January 12, 2016.

科技新知

禽流感病毒為何不易在哺乳類體內作怪？

大部分禽流感病毒都不會感染人類。A型流感病毒的自然宿主包括鳥類與哺乳類，但是病毒在鳥類與哺乳類之間傳播的例子很罕

見。這一事實稱為病毒對宿主的專一性，但是我們對其中機制的了

解仍然有限。例如與病毒複製直接有關的病毒聚合酶複合體中，蛋

白質 PB2是必要組件。禽流感病毒進入哺乳類體內，PB2基因的一個「熱區」會迅速發生突變，那些突變能強化病毒在哺乳類體內生

長、破壞、傳播的能力。但是為什麼禽流感病毒的 PB2在哺乳類體內非突變不可？

最近一個英國研究團隊以實驗解答了這一謎題。原來禽流感病毒的 PB2能夠利用宿主的核蛋白ANP32A，而鳥類與哺乳類的 ANP32A有一個顯著的差異—鳥類的 ANP32A多了 33個胺基酸。除了鴕鳥等平胸鳥之外，鳥類的 ANP32A都有那一串胺基酸，而哺乳類缺了那一串。換句話說，禽流感病毒演化出利用宿主分子複製自己的能力，這種能力反而限制了它們在哺乳類體內大展宏圖的機會。

參考資料：Lowen, A. C. (2016) Host protein clips bird flu’s wings in mammals. Nature, 529, 30-31.

A 型流感病毒的自然宿主包括鳥類與哺乳類（圖片來源：種子發）

77科學發展 2016年 2月│ 518期

人身上到底有多少細菌？身體表面有大量細菌；身體裡，細菌最多的地方是大腸。這是常識。至於那些細菌的數量，教

科書與通俗報導流行著一個數字，說人身上的細菌是人體細胞的 10倍。2005年，美國史丹佛大學微生物學家瑞耳曼（David A. Relman）宣稱：人的身體由幾個社群組成；人體包含 10兆細胞；寄生人體的微生物卻有 100兆。既然人的身體以外來異物（微生物）占大宗，那麼我們還是我們嗎？

這個 10:1比例從 1972年開始流傳。那一年 12月，細菌學家拉奇（Thomas D. Luckey, 1919-2014）在正式的科學學報上發表他的估計：一個成人的身體有 10兆細胞；身體表面有 1兆細菌；消化道裡，有 100兆細菌。由於拉奇是受尊敬的微生物學者，這一數字很快就進入教科書，現在成了老生常談。

直到前年（2014年），才有學者公開懷疑這個估計，激起了討論，因此引起一些科學家的興趣。於是以色列魏茲曼研究院的 3位研究人員蒐集資料、仔細計算，最近公布了研究結果。他們指出當初用以估計的數據並不可靠。

他們的結果顯示，一具基準人體（20∼ 30歲男性，體重 70 kg，身高 170 cm）總共有 30兆細胞，其中以造血系統生產的細胞（紅血球、血小板）占最大宗，約 90％。 而同一具人體攜帶的細菌大約 39兆個。換句話說，構成人體的細胞與人體攜帶的細菌幾乎相等，並不如先前估計的比例懸殊。更有趣的是，人體最大的細菌淵藪是大腸，我們每次排便都會把其中的細菌大量排出體外。因此我

們每一天都有一些時刻，體內的細菌數量低於身體的細胞。

人體的細胞以數量言，雖然以紅血球、血小板占壓倒性絕對多數，以質量而言，紅血球、血小

板占體重的分量卻微不足道。人的體重，主要是肌肉與脂肪組織，70 kg的基準人體，肌肉占 20 kg （28.5％），脂肪 13 kg（18.5％），紅血球只有 2.5 kg（3.5％）。

由於人體體重以肌肉、脂肪占大宗，施行減重計畫的成果就不能只以體重計上的數字為準，而

要弄清楚減少的是肌肉還是脂肪。因為人體在缺糖、又急需糖的時候，會把肌肉轉變為葡萄糖。因

此實行減重計畫未必能把體內脂肪燃燒掉。

參考資料：Abbott, A. (2016) Scientists bust myth that our bodies have more bacteria than human cells. Nature, doi:10.1038/nature.2016.19136.

王道還生物人類學者（已退休）

▍陳恒安

科學、技術與社會

78 科學發展 2016年 2月│ 518期

當科學與歷史文化相遇─

談「景觀」的多重身分

讓科學說中文不容易，除了科學知識

的特殊性與複雜性之外，更有任何學科翻

譯工作都會遭逢的語言對應問題。翻譯時，

若碰到容易定義的科學新概念，問題倒也

不大，譬如 absolute zero 直接譯為「絕對零度」，organelle 譯為「細胞器」，或者如hydrophobia 就是字面上害怕水的「恐水症」（狂犬病）。

不過，若碰上一些與人類生活經驗

較為緊密的科學名詞時，就不是那麼容易

的事了。譬如 evolution，到底該翻譯成「演化」或「進化」，似乎有關人類對時

間過程（process）以及對具有方向性進步（progress）的感知與認識。或許有人會說，不管譯為演化或進化，只要我們確實掌握

evolution的科學意義，這些問題並不影響大局。話雖如此，但是語言文字畢竟不是

數學算式，很難毫無歷史文化承載。

語言文字無法擺脫歷史文化承載，因

此民眾在溝通科技議題時，雖然使用相同

的字詞，卻經常以不同的觀點與立場想像

對方。單純概念辯論時，概念差異頂多引

起知識茶壺內的風暴。但溝通若涉及公共

議題，資源配置，那麼差異無論大小，都

可能造成雞同鴨講。科學技術原想提供社

會有信據的知識，促進形成解決方案，卻

很可能因為相互誤解而無法產生積極貢獻。

為了進一步說明科學名詞無法排除歷

史文化內涵的現象，我們想從環保永續論

述中找個大家並不陌生的名詞 landscape為例。Landscape這個字一般譯為「景觀」。許多大專院校的景觀系所，英文名稱就叫

Department of Landscape Architecture。從歐美傳來的名詞，其實並非新創，landscape在成為學科概念之前，已有複雜的使用歷

史。根據歐美傳統，我們甚至可以說，

landscape是個同時具有美學、倫理學、科學與神學內涵的複合概念。

19 世 紀 地 理 學 中 的「 地 景 」（Landschaft，德文的 landscape），便是了解科學名詞具有複合內涵的好例子。德國

博物學家洪堡德認為人類與自然的科學關

係是經由美學激發而來。地景做為客體，

以美學的方式經感官成為個人印象，讓人

擁有自然喜悅；另一方面，經形態學比較，

地景又屬於一個普遍概念系統之下的科學

表述。對洪堡德來說，地景同時是科學、

哲學美學對象，更具有神性。

當 今「 景 觀 生 態 學 」 中 的 景 觀

（landscape），在狹義的專業定義上並無意涉及價值倫理判斷，而是指空間結構中

的異質組成要素，以及空間結構中，能量、

物質與生命的流動與互動關係。「無意涉

及價值倫理議題」，並非指責景觀生態學

不關心環境價值與倫理議題，或者批評科

學技術專家不知道科學概念具有歷史文化

79科學發展 2016年 2月│ 518期

山水，是藝術家關注的美學自然。（圖片來源：種子發）

承載。本文要強調的重點是，即使我們清

楚認知自己是以景觀生態學的概念進行溝

通，那些隨歷史滲透進科學的歷史文化內

涵，或者是感官美學的激發，做為人類，

我們還是無法徹底擺脫其影響。

如果來自科學先進國家的科學概念在

他們自己歷史文化脈絡中使用，已有如此

複雜的現象，很可能造成溝通障礙。當我

們嘗試把它們翻譯為中文時，又會有什麼

狀況？中文譯者是否能從傳統語彙中找到

合適或相應的字詞，或者只能另創新字？

關於以自然為對象，或者自然與人類

之間的關係，中文裡其實有許多慣用的描

述方式。譬如大家耳熟能詳的山水、田園、

風景、景色、園林、風水、水土、風土等

概念。底下，或許就先來看看，在傳統中

文概念中，有哪些內涵與歐美的 landscape相呼應。而這些成分是否會在我們使用科

學語言時不小心夾帶進來，進而造成知識

溝通的困難？

西元 4世紀以來，山水一直是東方文人或官員醉心吟詠的對象。唐代詩人王維

的〈竹里館〉「獨坐幽篁裡，彈琴復長嘯。

深林人不知，明月來相照」，王之渙的〈登

鸛雀樓〉「白日依山盡，黃河入海流。欲

窮千里目，更上一層樓」等山水詩，傳誦

千古。這幾年台北故宮造成轟動的元代黃

公望〈富山春居圖〉，被藝術界譽為山水

畫經典。山水，在這裡是藝術家關注的美

學自然。

與山水類似的概念有田園。中國文學

史中田園詩人最著名的代表大概就是東晉

陶淵明了。〈桃花源記〉隱喻詩人對自由、

超越、隱逸的渴望。山水田園在這裡又隱

隱約約有著抗議人為文明的色彩，具有價

值判斷。

日常生活中，我們最常使用的字眼或許

就是風景了。風景通常指美麗的自然區域，

譬如當心煩意悶時，我們總喜歡約朋友說：

「走，看看風景散散心。」不堪俗事干擾的

80 科學發展 2016年 2月│ 518期

人們，希望脫離紅塵人煙，到郊區，到海

邊，到山巔。至於景色二字，則多用於形容

美麗風景。因此我們會稱遠離人煙的環境，

令人心曠神怡，是迷人的景色！如此的風景

概念或許可以從觀光局的「國家風景區」

（National Scenic Areas）的命名，看出風景或景色在當代的定義，即能促進地方經濟活

動的地方人文或自然特色。

園林屬於建築庭院內的植栽與空間設

計。中國特殊的園林建築和西方的園藝與

景觀（horticulture and landscape）雖類似，卻不盡相同，只要想想所謂江南園林與西

方宮廷花園的差異就可明白。不過即使同

樣緣起自西方，園藝景觀與景觀生態學所

關心的對象又有些不同。園藝明顯與精緻

農業分支相關，景觀生態學則具有植物地

理學傳統，研究植被在空間中的分布。

關於自然，中國文化中還有屬於醫卜

命相五術之一相術中的風水。風水是對空

間環境的性質評估，詮釋人與環境關係並

指引生活行動。另外，還有風土民情或風

土病的風土一詞。風土通常指因環境影響

所產生，或者因環境所決定的現象。因此

風土病也稱為地方病，清楚指明是特定地

區流行的疾病。風土民情四字並列，表明

了民情與風土 （環境、氣候、生活風俗）緊密相關。

至於人類如何適應不同的生活環境與

氣候飲食，還有一個大家熟悉的詞組—水

土。到了外地，我們常會擔心適應困難「水

土不服」。只不過，科技時代的今天，水土

也用在防災相關的法律與工程領域，例如

「水土保持法」或「中華水土保持學會」等。

相較其他字眼，景觀兩字進入中文是

比較接近當代的事情。19世紀末到 20世紀

前半，景觀兩字與庭園設計等概念從日本

引進中文世界。1980年代後，更受美國景觀設計規劃學科發展影響。從此，中文的

景觀就逐漸對應了這個新興學科的內容了。

從歐美脈絡中具有美學、倫理學、科

學與神學內涵的複合概念，到中文脈絡的

山水、田園、風景、景色、園林、風水、

水土、風土與景觀。可以想見，這些概念

之間的對應可以多麼複雜，不過不管如何，

這些都是人類與環境之間關係的描述。因

此，讓我們做個小思想實驗吧！

要是我們手上有個環境永續的案子，

案子要求保護地區景觀。那麼，應該找哪

些人談，或者從哪些角度談？我們選用景

觀生態學中的景觀科學定義來談嗎？或者

可以採取景觀設計與水土保持設計的技術

觀點？風土民情、風景景色、田園山水是

否就不必考量？一連串的問題，我想答案

呼之欲出。

現實世界，科技與人文原本就是相互

滲透。溝通產生障礙，通常都是相互以偏

概全。分科是為了分工精煉概念，只不過，

慣於分工的我們卻很容易忘了分工是為了

再合作。環境教育、科學教育、科普溝通

等或許得不厭其煩地提醒各方，科技與歷

史文化的關係是不停止的交引纏繞！

陳恒安成功大學歷史學系

科學、技術與社會

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