2021年10月19日 星期二

科普文章:颱風與東北季風疊加 暴雨成災

 



受熱帶風暴「獅子山」影響,香港10月8日遭遇惡劣天氣。天文台11時許發出黑色暴雨信號,12時許改發紅色暴雨警告,多個地區每小時雨量估計可能超過70毫米。全港多區淹水,許多街道變成「汪洋大海」,地鐵和巴士車廂進水,水渠井噴,多處道路發生交通事故,甚至有小型山洪。受到紅色暴雨警告影響,政府宣布所有學校停課,渡輪服務也暫時中止。

  在颱風吹襲之下,香港跑馬地樂活道一棟大廈的外牆棚架疑似受到強風襲擊,被吹落時瞬間倒塌,壓倒經過的汽車。該處倒塌面積約有100平方米,影響道路交通。事發當時有兩輛汽車經過,造成連車帶人被壓在廢墟底下。

  今次風暴連帶暴雨的原因是颱風與東北季風的「疊加效應」。首先,颱風發源於熱帶海面,由於溫度高,大量海水被蒸發到空中,形成一個低氣壓中心。隨着氣壓的變化和地球自轉的運動,流入的空氣也旋轉起來,在北半球形成一個逆時針旋轉的空氣漩渦。只要氣溫不下降,這個熱帶氣旋就會越來越強大,最後形成颱風。

  其次,東北季風是強大的冷高壓,在北半球的秋冬季節盤據蒙古,順着高壓梯度的流動空氣。在中國東岸,北緯30度以南地區,東北風盛行,稱為東北季風。這種季風因為發源於陸地上,因此帶來的都是較為乾燥寒冷的氣候,但如果經過海洋,季風便會攜帶水氣,容易在迎風面地區降雨。今次暴雨正是颱風「獅子山」與東北季風疊加的結果,造成短時間內連場大雨。

  自然災害的威力驚人,美國國家大氣研究中心的科學家估計一個熱帶氣旋每天釋放2×10^20(10的20次方)焦耳的能量,比所有人類的發電機加起來高200倍,或等於每20分鐘引爆一顆1000萬噸的核彈。由此可見,颱風的破壞力十分驚人,足以摧毀整個城市。例如,2017年十號颱風「天鴿」與2018年十號颱風「山竹」,對中國華南沿岸城市造成人命傷亡與財物損失。

  雖然人類不能阻止風暴的出現,但我們可以減低風暴對社會造成的影響。第一,中國已發展風雲四號氣象衛星,可實現天氣分析預報、短期氣候預測。環境和災害監測等應用服務。第二,香港民政事務處在八號或以上熱帶氣旋警告等、山泥傾瀉警告或紅/黑暴雨警告信號生效時,其緊急事故協調中心連同緊急事故熱線將會24小時運作,解答市民提出的相關查詢及為市民提供協助,並且為受影響的市民提供臨時住宿地方。當然,當颱風或暴雨發生的時候,我們應留在戶內,並到安全地方暫避,直到警告被除去,從而減少人命傷亡與財物損失。

原文刊登於《大公報》20/10/2021
https://www.tkww.hk/epaper/view/newsDetail/1450526498510475264.html

2021年10月6日 星期三

科學歌曲:呼吸作用 生物篇

 


《呼吸作用_科學篇》 
(原曲:呼吸有害)
詞:林伯 曲:鄧智偉
主唱:Alice

缺了氧會有幻象 乏力地躺於地上
合上雙眼用鼻孔吸進氧氣
這裡有氧氣 呼吸因有你
放屁的臭味 氨水轉化氣
從頭再呼吸 慢慢去吸氣
現在聞到花香 完全是靠耳膜喉鼻

陣陣味充斥空氣內 一呼一吸的作用
葉底透氣 花透氣 進出於氣孔
異味充斥空氣內 氧氣吸入來
無需閉氣 吸了氣 會呼出氣管
我要去上課站立 默默地展開學習
盡快適應着 夏天的低氣壓
放進了氧氣 燒毀短髮尾
二氧的化碳 石灰水中變奶
從頭再呼吸 慢慢去吸氣
吃了氧化食物 徘徊在太過辣鹹味
陣陣味充斥空氣內 一呼一吸的作用
葉底透氣 花透氣 進出於氣孔
異味充斥空氣內 氧氣吸入來
無需閉氣 吸了氣 會呼出氣管
窒息必出意外 不呼不吸必有害
吸氧氣 呼廢氣 也呼出了水
遇着太快的火災 每一扇窗也打開
生靠你 死靠你 靠呼吸作用

科普文章:二氧化碳人工合成澱粉

 中國科學院在9月23日舉行新聞發布會,稱中國經過多年研究攻關,在澱粉人工合成方面取得重大突破進展,為國際上首次實現從二氧化碳到澱粉的全合成。


  在實驗室內,科研人員首先通過光伏發電將光能轉變為電能,通過光伏電水解產生氫氣,然後通過催化利用氫氣將二氧化碳還原生成甲醇,將電能轉化為甲醇中儲存的化學能。甲醇儲存了來自太陽的能量,但是自然界中並不存在甲醇合成澱粉的生命過程。於是,科研人員設計出一條包含10步主反應的甲醇到澱粉的人工路線。最後,科研人員使用10個酶逐步將一碳的甲醇轉化為三碳的二羥基丙酮,進一步化為六碳的磷酸葡萄糖,最終合成了直鏈和支鏈澱粉。

  在自然界之中,植物能進行光合作用自製食物。光合作用需要光的能量來進行,主要為太陽提供的光能,過程中植物把來自空氣的二氧化碳和來自泥土中的水轉化為食物,同時產生氧氣。植物的葉綠素會吸收光能,在光合作用的過程中,光能會轉換成化學能,儲存在已製成的食物內。經光合作用製成的食物是葡萄糖,葡萄糖是植物生長和進行呼吸作用所必需的。葡萄糖可供植物即時使用,未被使用的葡萄糖會轉化成澱粉作為備用。

  比較之下,人工合成澱粉在各方面都較植物透過光合作用產生的玉米澱粉優勝。第一,人工合成澱粉把光能轉化為化學能的比率是7%,較玉米澱粉的2%為多。第二,人工合成澱粉能夠在全天候車間連續生產,但玉米澱粉需要陽光、灌溉、施肥施藥,另外收割生產受季節限制和氣候影響。第三,人工合成澱粉的生產周期只需一至兩天,但玉米澱粉卻需要四至六個月。第四,一立方米生物反應器能夠生產的人工合成澱粉,相等於五畝玉米田的產量,前者佔地面積較少。

  由此可見,人工合成澱粉能夠節約90%以上的耕地和淡水資源,促進碳中和的生物經濟發展,助力解決全球食問題,又能減少由肥料和農藥引致的污染。然而,人工合成澱粉目前尚處於實驗室階段,其生產成本仍然過高,離實際應用和量產還有距離。另外,在人工合成澱粉過程中,無法產出生物所需的氧氣,未能完全取代植物光合作用的重要性。因此,在地球的生態系統之中,我們仍然需要植物,不能缺少花草樹木。

原文刊登在《大公報》6/10/2021

https://www.tkww.hk/epaper/view/newsDetail/1445447517469806592.html

2021年9月20日 星期一

原創小說:月球背面永不消逝的電波

 

1961年4月12日,前蘇聯太空人加加林(Yuri Gagarin)乘坐東方一號太空船,從哈薩克的拜科努爾太空發射場起飛,在遠離地球301公里的軌道上環繞地球一周,並安全降落返回地面,完成了世界上首次載人航太飛行。返回地面的時候,因為他是蘇聯共產黨員,信奉無神論,所以當他接受記者訪問,便表示在太空看到無際的星空,了無一物,故此證明世上沒有上帝。

 


過了六年之後,美國太空人阿姆斯壯(Neil Alden Armstrong)於1969年7月20日乘坐阿波羅11號太空船飛向月球,並成功在月球「靜海」區域著陸。當他走出登月艙,左腳踏上月球的時他,他說:「這是一個人的一小步,卻是人類的一大步。」當他返回地球的時候,接受記者的提問,除了講述登月的經過與任務成果之外,他還開玩笑的說:「我找遍了整個月球都找到不到嫦娥的蹤影,所以中國嫦娥奔月的故事是欺騙小孩的神話故事。」

 


自此之後,美國利用土星5號火箭,前後共七次太空人送到月球,其中六次任務成功,總共有12位太空人登陸月球表面,進行各類實驗,包括探測月球重力、磁場、月震等等。然而,這些美國太空人的活動只能局限於月球面向地球的一面,卻不能在月球的背面登陸及進行活動。這是因為月球自轉的速度與環繞地球公轉的速度是相同的,以致在地球觀看月球,只能看見月球的正面,卻永遠看不到背面。正因如此,美國太空人不能在月球背面登陸,也不能接收來自地球的通訊電波,因為月球把所有來自地球的電波都擋住了。

 由此至終,月球的背面永遠是那麼神秘,無人知曉。然而,月球背面的神秘面妙終於在2018年12月8日,被「嫦娥四號」探測器揭開了。這一天,中國自主研發的長征三號乙改進III 型運載火箭在海南島文昌發射中心升空,它搭著了中國探月工程第二階段的登月探測器,那就是「嫦娥四號」。火箭發射四天之後,嫦娥四號進入月球軌道。直到2019年1月3日,嫦娥四號探測器終於在月球背面東經177.6度、南緯56.5度安全著陸。

 


嫦娥四號探測器的主要任務是放出探測車「玉兔二號」,在月球背面拍攝月球照片,並通過早前發射並成功進入月球軌道的「鵲橋號」中繼衛星,傳回到地球。當北京航太飛行控制中心收到來自月球背面的照片時,眾多科學院士都聚精會地看著照片,發現月球背面比較平坦,沒有太多的隕石坑,也沒有很高的山脊。除了接收到來自月球背面的照片之外,鵲橋號中繼衛還傳來一些奇怪無序而微弱的電波,就算中國曾召集多位元訊息學專家,都無法解讀這些電波。更奇怪的是,「玉兔二號」探測車與「嫦娥四號」探測器於2020年1月2日,按地面指令完成月夜模式設置,順利進入月夜休眠。但是,這些奇怪的電波仍然透過「鵲橋號」中繼衛星,不斷從月球背面傳送到地球。

 直至2020年7月31日,中國「北斗三號衛星導航系統」全面開通,來自月球背面的微弱電波被北斗三號系統放大並加強,使北京航太飛行控制中心能透過量子電腦「九章」,重組電波內容。經分析之後,得到一些象形文字,有點像中國古代的甲骨文,但內容卻無序而不通,使在場的科學家也解不開其中之謎。

 就在此時,中國經歷新冠疫症的困擾,全國科學家會聚于北京科學院,共同研究抗疫良策。其中,一名科學院士鐘南珊教授前來會場,卻無意之間從其他科學家口中得知月背神秘電波的事情,於是便抱著好奇探究的精神,前去看看那些雜亂無章的「甲骨文」。由於鐘南珊院士博覽群書,尤其精通古代中國醫學古籍,因此他一眼便看出這些「甲骨文」類似《黃帝內經》,記載著醫學內容。於是,鐘南珊便埋頭苦幹地研究這些電波翻譯出來的文字,最後他得出驚人的發現。他在其中一段電波之中,竟然找到這段記錄:「羿請不死藥於西王母,姮娥竊以奔月,悵然有喪,無以續之。」

 鐘南珊院士不斷推敲,最後他提出大膽的假切,這些電波是來自月球背面,神話人物嫦娥發出來的!當他宣佈這個驚人的想法時,北斗三號系統又再次收到來自月球背面的電波,而且這次電波比以往任何一次都更為強烈。鐘南珊院士立即用量子電腦「九章」分析電波內容,翻譯出來之後,竟發現這段電波是嫦娥的回應。她在電波回應:「各位同胞,我終於能夠聯絡你們了!」

 鐘南珊問:「你是嫦娥嗎?」

 嫦娥回答:「對!我是嫦娥,是後羿的妻子。」

 鐘南珊繼續問:「你原本生活在地球,為何會飛到月球去?另外,為甚麼你會化身成為在月球背面的電波?」

 嫦娥回復:「正如你們所知,在遠古時代,太陽系之中共有九個太陽。當時地球溫度非常高,不適宜人類生存,於是我的夫君後羿便用神箭,即是你們現今發明的太空火箭,把太空中的八個太陽擊中,並停止其核聚變反應,使其降溫,最終成為現今的八大行星。」

 「但是,由於後羿強行熄滅八個太陽的燃燒,地球的溫度隨之下降,致使病菌快速生長並變種,成為流行古時的大型瘟疫。後來,我從西王母取得醫治瘟疫的藥丹,打算大量研製,救助百姓。誰知天體突然急速運轉,八大行星與太陽連成一線,形形「九星連珠」和「天狗食日」的天文現象。」嫦娥說道。

 嫦娥繼續說:「我還記得當時天色突然變暗,太陽被月球遮擋,就像被狗吃了一口。不但如此,由於「九星連珠」的緣故,天體的引力突然增加了千倍,以致地上許多房屋與人都被強大的引力拉上天空。」

 「我在此情急之下,不慎吞了藥丹。藥丹被吞進肚中,我感到火燒一般的灼痛。身體開始分解,原本的四肢變成血肉組織,最後還原成化學元素,唯一剩下來的只有我的腦電波。我的殘肢一直被強大的引力拉上太空,最後我的腦電波被月球背面的強大磁場吸住,並困於其中。」嫦娥解釋說。

 嫦娥繼續解釋:「因為「玉兔二號」月球車到達月球背面,我才能趁機擺脫困住我千百年的月球磁場,並透過「鵲橋號」中繼衛星,被傳送回到地球。誰知這次回來,竟是千載百年之後!雖然是同一個地球,但人面全非。」

 鐘南珊聽完嫦娥解釋後,便說:「嫦娥仙子,請問你這次回到地球,有甚麼未了心願?」

 嫦娥說:「我透過北斗三號衛星導航系統進行觀察,得知人類現時受著新冠病毒的折磨。我心裡感到難過,希望能救助眾生,使其脫離厄困。」

 鐘南珊問:「請問嫦娥仙子有何解救辦法?」

 嫦娥回答:「我升天奔月的時候,百姓正受瘟疫之苦。我本來尋得靈丹妙藥,可惜藥性過於猛烈,使我吞藥後粉身碎骨,只剩下殘缺的腦電波。但是,我在月球背面苦思千百年之後,得出稀釋藥丹的方法。我現在傳授你製藥之法,只要你照著去做,便能解救眾生。」

 嫦娥說畢,便透過電波寫下新冠病毒的救治藥方。之後,電波便止住了。就算鐘南珊用加呼喚,嫦娥再也沒有回應。

 電波停止後,鐘南珊便收拾心情,立即依照嫦娥留下的藥方去研製解藥。他拿著這種藥,走到武漢疫區,在每間醫院,甚至逐家逐戶去派發。病患者常見病症包括咳嗽、發燒、嚴重者會出現肺炎等症狀。但是,只要病人吃了這種藥,病情便立即舒緩,慢慢便康復過來。

 今天,這種藥已普及至中國全境,每個省巿,每間醫院或藥房均有供應,那就是「連花清瘟膠囊」,也就是嫦娥仙子給中國人民的救命靈丹。

2021年9月14日 星期二

科學歌曲:難為正負電分界


難為正負電分界 曲:顧嘉輝 詞:林伯 / Chemsir  唱:科創李林 對抗電荷,同性分兩排。 以正及負,吸引力互拉。 電錶的功率竟會急速倍大 連電阻也變改晒! 接駁電路,任意巧安排! 去向順逆,電勢會任意擺。 入咪的聲音竟會即刻擴大! 強勁配樂極輕快! 儲電量極龐大!如發放電會破壞! 天花的吊燈搖擺! 過電金塊!絕緣器械:黑膠與木柴。 電勢漸大!踏上最高崖!儲夠靜電,水柱也亦變歪。 (看吧!場力正強大!看吧!水柱變歪!) 原子超高速衝向箭靶破壞!難為正負電分界! (啊!啊!啊!啊!難為正負電分界!)

 

科學歌曲:問我STEM搞邊科

 


問我STEM搞邊科 曲:黃霑 詞:林伯強 問我STEM搞邊科? 究竟點搞好基礎? 我如何能夠一一去搞清楚? 問我點聽到聲波? 究竟點睇到光波? 我笑住回答講一聲你要問我。 無奈計數會出錯,學生交功課。 全心精研物理科。 面對數理生化,那怕會如何? 航天工程都衝破。 問我天空星星有幾多? 究竟海邊砂粒有幾多? 我但求能夠一一去數清楚。 願我星空中穿梭, 探討海中的水波。 我最後能夠講一聲我有突破。

教育評論:中國自主研發中繼衛星

 


9月3日,中國三名航天員在天宮空間站跟香港學生進行「天地對話」,過程大約半小時,三名航天員逐一回答香港學生的提問,聲音和畫面非常流暢清晰,沒有出現延遲與卡頓的情況。這是因為中國採用了「天鏈中繼衛星組網」,這系統保障了地面與空間站數據的實時傳輸。

  回顧以往,中國在2003年發射的神舟五號載人飛船,中國航天員楊利偉在太空進行天地對話時,有着嚴格的時間窗口限制,因為當時中國沒有遍布全球的測控站和測量船。所以,只有當航天員進入中國領空範圍的時候,才能建立起短時間天地對話聯絡,但在其他時間便無法聯絡航天員,也無法了解他們的狀態。但是,隨着天鏈中繼衛星的發展,天地通訊的數據不僅沒有延遲,畫面也更加清晰。直到今天,中國已經做到了實時直播。相比之下,現時在太空運作的另一個空間站,國際空間站便出現通訊不靈的問題。除此之外,中國空間站還採用了國產麒麟操作系統,這系統不但使天地通訊暢通無阻,更能打破外國操作系統的壟斷。

  其實,中國的中繼衛星不但使天地對話能夠流暢進行,更用於月球探索領域之中。2018年5月,中國利用長征四號丙運載火箭在西昌衛星發射中心,把鵲橋號中繼衛星送到月球軌道。鵲橋號的任務是擔當嫦娥四號登月探測器的「傳訊者」。由於嫦娥四號在月球背面着陸,而因為月球自轉周期與繞地球公轉周期相同,所以嫦娥四號的通訊將會受到月球本身的阻擋。但是,鵲橋號中繼衛星能接收來自月球背面由嫦娥四號發出的訊號,然後再傳送回地球,這樣地面指揮中心便能接收到來自月球背面的訊號。月球中繼衛星是中國自主研發,就連美國與俄羅斯也沒有這種技術,反而需要求助於中國,才能進行月球背面探索。

  另外,中繼衛星也用於通訊廣播方面。根據物理學,無線電通訊使用電磁波來傳遞訊號,這些波是直線傳播的,因此它們會被地球的彎曲表面擋住。通訊中繼衛星通過傳遞地球表面的訊號來實現地面遠距離通訊。首先,地面通訊站發送微波訊號到太空的中繼衛星,然後中繼衛星把訊號轉發到另一個位於遠方的地面通訊站,這種通訊方法讓我們能夠和世界各地保持聯繫,使全世界也能收發來自中國的通訊。

  中國現時在中繼衛星技術上處於世界前列,使中國在衛星通訊、月球探測與天地對話的領域上都具有優勢。

原文刊登於《大公報》15/9/2021
https://www.tkww.hk/epaper/view/newsDetail/1437843603643830272.html