NEWTON牛頓科學雜誌 12月號/2017 第122期：...

本期為外星人的科學系列報導的最終回，前幾期的報導是不是很有趣呢?

倘若果真發現地外高智生命（外星人），您會希望跟他們碰面嗎？不過，距離地球最近的恆星，若以自然界最高速度，也就是以光速行進的話，也需要4年以上的時間才能到達，而外星人則可能居住在距離我們幾百光年之遙的彼方恆星。在難以想像之遙遠恆星和地球之間，是否可能往來和旅行呢？而我們又能否與外星人溝通呢？

距離我們所居住地球最近的天體是月球。即使說是最近，該距離也是地球直徑的30倍，約達38萬公里。距離地球最近的行星是金星，此時的距離約達4000萬公里※。

我們人類利用天文望遠鏡和探測太空船來調查太陽系的行星及其衛星。但是，太陽系內除了我們人類之外，似乎沒有其他的高智生命。倘若有地外高智生命的話，應該會是在其他恆星的行星等天體上面吧！
那麼，距離地球最近的恆星到底位在多遙遠的地方呢？最靠近地球的恆星就是在半人馬座方向上的「南門二」（半人馬座α，Alpha Centauri），該恆星與地球的距離約是4.3光年，亦即高達40兆公里。現在，從地球出發的探測太空船中，到達最遠地方的太空船是NASA（美國國家航空暨太空總署）在1977年發射的探測太空船「航海家1號」（Voyager 1），目前距離已經超過210億公里。與此相較，儘管我們說南門二是太陽系的鄰居，但是距離簡直是遙不可及。

航海家1號目前仍以與太陽之相對速度每秒約17公里的速度持續航行。雖然航海家1號的航行目標不是南門二，不過若假設以該速度往南門二前進的話，經計算，大約需要7萬4000年才能抵達。

根據觀測，在太陽系周邊，恆星彼此的平均距離約是2光年（約20兆公里）。但因並非所有的恆星系統都有高智生命，所以認為高智生命所居住的恆星距離我們幾百光年、幾千光年之遙應該是很自然的想法。果真如此的話，這些高智生命要在恆星間往來，甚至來到我們地球，絕對必須搭乘遠比人類的探測太空船還要高速的太空船才行。

現在，有一個將無人探測機送到鄰居恆星「南門二」的大計畫已經提上日程，這就是由俄羅斯資本家米爾納（Yuri Milner，1961∼）等人所提出的「突破星擊」（Breakthrough Starshot）計畫。該計畫希望能準備數千個重量僅數公克的超輕量「奈米飛行器」（nanocraft），前往南門二。

奈米飛行器是由「星晶片」（StarChip）和「光帆」（lightsail）二部分所組成。星晶片是大小僅數公分，用以搭載儀器的奈米飛行器主體。而光帆則是由厚度非常薄的膜所製成，每邊長4公尺的「帆」，其中心裝設星晶片。據表示，當此光帆照射到來自地面的雷射光時，速度可以加速至令人難以置信的地步，達到光速的20％（每秒6萬公里）。若是以這樣速度的話，大約20年即可抵達南門二。

不過，以現在的技術，還有許許多多的困難之處。其中，最棘手的難題應該就是雷射光產生裝置了。想要將奈米飛行器加速至光速的20％，必須在數分鐘之內持續照射100吉瓦（gigawatt，1吉瓦等於109瓦特，英文縮寫為GW）的雷射光才行。現在，雖然有超過100吉瓦的雷射裝置，但是雷射光的放出時間僅1兆分之1秒的極短時間。

再者，也必須確立將許多雷射裝置所發出的雷射光，正確投射在於幾百公里高空中展開，每邊邊長僅4公尺之光帆上的技術。當我們想到光會受大氣擾動而變得紊亂時，就會明白想要控制雷射光有多麼困難了。
此外，在星晶片上面必須搭載4個照相機、光子推進器（姿勢控制裝置）、通訊器、電源等，而這些必須收納在重量僅數公克、郵票大小的地方，而如此微小的儀器還必須從4.3光年的遙遠地方將資料送回地球。

現在，研究者們不斷討論該如何解決這些問題，希望能在2040年代中葉發射奈米飛行器。

本期仍繼續報導萬能細胞--iPS細胞的最新發展，關注「再生醫療」的進展，使失去的臟器或功能再生，可以說是醫學的終極目標之一。醫學界每天都在培養能夠移植的細胞及組織，或運用列印的技術，或製造「迷你器官」等等，透過各式各樣的途徑，進行再生醫學的研究。

在這個領域中，現今在日本最為人們所熟知的，應該是能夠變化成體內任何一種細胞的「iPS細胞」（誘導性多功能幹細胞）吧！把iPS細胞運用在眼睛、心臟、腦、神經、肝臟等各種組織及臟器的疾病上，以求實現再生醫療的研究，正在如火如荼地進行中。山中伸彌博士因為實現了iPS細胞而於2012年獲頒諾貝爾醫學生理學獎。在這5年間，iPS細胞持續接近實用化，如今已經到達何種程度了呢？

人類的iPS細胞的運用方法之一，是把它變化成細胞及組織再做移植的「再生醫療」。2010年4月，日本京都大學成立iPS細胞研究所（CiRA），負責製造與提供日本國內再生醫療用的iPS細胞。另一項重要任務則是「疾病的機制及治療藥物的研究」。CiRA為了達成這些目的，開發出了多達231種iPS細胞（截至2017年3月底）。
除此之外，也已經從北非白犀牛（簡稱北白犀，學名：Ceratotherium simum cottoni）、雪豹（學名：Panthera uncia）、奄美棘鼠（學名：Tokudaia osimensis）等瀕臨絕種的動物製造了iPS細胞。目前正在研究如何從這些iPS細胞製造精子及卵子，以求增加個體的數量。

iPS細胞是把稱為山中因子（Yamanaka factor）的4種基因以人工施加作用而製造出來的細胞。在最初的發表階段，4種基因當中也含有在許多癌細胞中產生作用的癌基因。

此外，當初在製造人類iPS細胞的時候，必須使用病毒做為送入基因的載體。這種病毒所送來的基因，是把鏈狀DNA分子切斷而結合在一起，在這個時候也有致癌的風險。

由iPS細胞製造出來的細胞，萬一轉化成癌症就糟糕了。因此，現在CiRA提供做為醫療用的iPS細胞，是把癌基因改換成其他基因來製造。還有，運送基因的載體也換成不會損害DNA的「質體」（plasmid）。
其他的製造方法還有「在病毒之中，選用基因不會植入DNA的種類」、「使沒有植入到DNA的RNA產生作用」等等，試圖透過各種手段降低致癌的危險性。

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篇篇精采的科學報導，請見《牛頓科學雜誌》2017年12月號(122期)

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5. 圖片珍貴，值得收藏：每期均有宇宙電子傳真影像、生態高密度特寫、大自然的瑰麗景致、電腦三維立體模型繪圖，每張圖照珍貴經典，值得收藏，可反覆研讀，或集結成科學工具書。

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