今年6月底我在一項會議中，聽到一種說法，主張北極熊的毛有類似光纖的功能，可以把光線引至熊的皮膚上。其理由是我們在國小時就學過，冬天的時候要穿深色的衣服，才能吸收陽光的能量，而北極熊在天寒地凍的地方，怎能會具有白色毛呢？原來白色的毛有光纖的功能。真是迷人的理論！後來我查了一下，不論是報紙、電視或學術論文，都有人討論此事。可惜迷人的理論不一定是正確的！

在嚴寒的氣溫下生存，北極態必有許多保命之道，它的皮膚、舌頭和鼻子都是黑色的，這樣就可以盡量吸收陽光的能量，而且它的皮下脂肪有7~11公分厚，防止熱量發散，這些保存熱量的方式非常有效，使得牠在紅外線攝影之下，幾乎是完全隱形的，只能看到脂肪較薄的眼口鼻，有興趣的讀者可以在下列網址見到北極熊的紅外線照片：

http://www.coe.berkeley.edu/engnews/fall02/3S/polarbear.html

紅外線就是熱線，任何發散熱的物體，就會發出紅外線，因此紅外線攝影或紅外線望遠鏡對野外觀賞動物很有幫助，因為野生動物通常有保護色，加上擬態，讓人很難辨識躲在樹林或草叢裡的野生動物。但一般高等動物的體溫會高於環境，所以用紅外線望遠鏡可以很快找到牠們藏身之處。在軍事上，則利用紅外線望遠鏡搜尋偽裝的敵軍。記得在我當兵的年代，經常要在臉上抹泥巴，在鋼盔及衣服上插草，因為這樣敵人就不容易看到躲在草叢裡的我軍。不過現在有了紅外線望遠鏡之後，偽裝已無多大意義，因為躲在草叢裡的人體溫比草的溫度高，所以顯得較亮，根本無所遁形。不知現在的阿兵哥還會不會在臉上塗泥巴，身上插草？

近幾年，紅外線被用於檢疫系統，我最近剛由雪梨經新加坡轉機回台灣，因為澳洲及新加坡都是新流感的疫區，所以心裡不免擔心，回國內是否會被隔離。在大園國機機場入關處就架了一部攝影機，我瞄了一眼螢幕，每個旅客都成了發光體，所以知道那是紅外線攝影，我看到其中有位女性旅客的影像在脖子處出現紅點，表示該溫度太高，果然機器發出警告聲響，檢疫人員立刻攔住那位女性遊客說：「對不起，小姐，我們必須為你量一下體溫。」

由以上敍述，大家應該可以理解，在紅外線攝影下，北極態幾乎是隱形的，代表牠表面的體度幾乎等於雪地的溫度，都只散發很少量的熱，可見牠即使穿上白色大衣，但因為夠厚，所以並沒有失溫的危險。

北極熊的毛看起來呈白色，且其構造分成兩層，外層為管狀，充滿空氣的透明物質；內層為柔軟白色物質。在1980年Grojean等人在應用光學期刊（Applied Optics）發表了一篇論文，主張這種中空的毛髮會捕捉陽光中的紫外線，然後把紫外線運送到皮膚，就像水管可以運送熱水一樣。接著黑色的皮膚把運送來的紫外線轉成熱，因此北極熊在冰天雪地之中就覺得溫暖了，這就是「北極熊的毛有光纖功能」這種說法的由來。他們還真的用石英玻璃毛細管模倣毛髮，證明石英玻璃管真的能傳播紫外線。為方便起見，以下把此一理論簡稱為「光纖理論」，這個理論太迷人了，所以一推出就受到許多媒體的介紹，雖然後來有許多專家出面駁斥其中的謬誤，但並未獲得相對的重視。今天你到奇摩知識家，打入「北極熊　光纖」就會找到一大堆人引述此一理論。

北極熊的毛是白色的，這代表什麼意思呢？這表示牠的毛髮幾乎把所有可見光都反射或散射了。依「光纖理論」，北極熊放棄了可見光，只吸收陽光中的紫外線，可是北極一年中有將近八個月（晚秋、冬季及早春）幾乎見不到陽光，那麼這種光纖毛髮又能吸收多少能量？

美國費城動物園的研究人員Schaffer、Nevels與Lengel為了研究北極熊毛髮結構有何特殊，特別收集了北極熊、棕熊、眼鏡熊、懶熊、印度豹、雪豹、西伯利亞虎、家貓、北極狐、家犬和人類的毛髮（研究人員自己捐贈的）做比較。因為某些動物的毛髮中黑色素很多，無法觀察其結構，所以先分別以3%過氧化氫水溶液浸泡7天。為了做比較，白色的北極熊毛也同樣做了漂白。漂白後的毛髮，分別用40、100、400和600倍的光學顯微鏡觀察其結構。以北極熊的毛髮比對發現，上述漂白的程序並不會破壞毛髮的結構。其次，他們發現各種哺乳動物的毛髮經漂白後，其長短粗細雖各不相同，但結構均與北極熊的毛相似，均分為外層與內層，經漂白後都變白色。經漂白後的棕熊毛髮與北極熊的毛髮比較，十分相似，難以分辨，可見北極熊的毛髮結構與耐寒沒有太大關係。

石英能傳播紫外線，不代表熊毛也能傳播紫外線，因為毛髮的材質並不是石英，而是角質（keratin）。本專欄上個月剛介紹過，角質是蛋白質的一種，人的頭髮、指甲，鳥的羽毛、喙、爪等都是由角質構成。角質吸收紫外線的程度更勝於吸收可見光。因此，若用對紫外線感受靈敏的底片對白色的北極熊拍照，也會發現北極熊呈黑色。

在1988年，Koon同樣在應用光學期刊發表了一篇論文，他針對北極熊的毛傳播紫外線與紅外線的情形做了研究，結果顯示紅外線可在北極熊的毛中傳播2.54公分（1吋）以上後，剩餘不到0.001%；在北極熊的毛中傳播相同的距離後，紫外線剩餘不到百萬分之一。以北極態的毛大約有5~15公分長來看，根本沒多少光線可以抵達北極熊的皮膚，把北極熊的毛比擬為光纖是謬誤的。

綜合以上所說，在北極熊的毛上，可見光被反射或散射了，紅外線及紫外線被吸收了，幾乎沒有多少光線可以傳播到北極熊的皮膚而轉成熱。北極熊靠皮下脂肪及毛髮間的空氣層保溫，其毛髮沒有什麼特異功能。

至於北極熊為什麼要在寒冷的冬天穿上白衣呢？大概就為了保護色吧！這樣牠在接近獵物（主要為海豹）時，才不容易被發現。

很多人都搭過飛機，一旦上了天空，人體處在低壓環境中，身體可能會產生如缺氧、脹氣、耳鳴等反應，如何才能改善或避免這些症狀？ 

文／盧衍良；審稿／明道大學身心保健中心主任　溫德生 

很多人在搭飛機時都曾有過脹氣或耳鳴等反應，這些症狀總是不知不覺地到來，其實它們都與高空中壓力的變化有關。人類開始意識到氣壓變化會帶來許多生理毛病，是19世紀中葉時，發生數起熱氣球飛行員缺氧死亡案例後，科學家才有系統的研究高空生理問題。

目前大型民航機的飛行高度往往超過10000公尺，此時外界壓力會降至0.25大氣壓力以下，如果客艙不加壓，人體將會呼吸困難而造成缺氧。大多數的人在海拔3000公尺處會感到呼吸困難，而患有胸腔疾病或是長期大量吸菸者可能在未達此高度就呼吸困難，因此，飛機上的客艙壓力調節裝置會使客艙壓力維持在相當於海拔1500~2400公尺的範圍。

高空氣體膨脹效應

根據波以爾定律（Boyle’s Law），定溫下，氣體的體積與壓力成反比。而人體內如消化道等中空的器官內存有氣體，當飛行高度上升時，氣體體積就會增大，使身體感到不適；如果起飛前剛好喝了碳酸飲料，這些飲料中釋出的二氧化碳將會充斥在消化道中，造成脹氣。因此搭飛機前應多留意飲食，不宜喝碳酸飲料，也應避免嚼食口香糖或吃得太快，而吞進較多空氣。

壓力變化也會造成耳朵不舒服，中耳與外耳之間有一耳膜，由於中耳內部壓力不易與大氣壓力迅速平衡，當兩邊壓力不相等時，耳膜會向壓力小的一邊凸出，特別是下降過程比爬升時明顯。飛機爬升時，外界氣壓減小，中耳來不及調整，內部壓力會大於外界的壓力，不過中耳內部氣體可經由鼻腔排出，使耳膜的內外壓力達成平衡，因此不容易造成疼痛；但下降時，特別在4500公尺以下，因壓力變化較大，外耳壓力會很快大於中耳內部壓力，因此耳膜會向內凸出，造成疼痛，感冒的人症狀尤其明顯。

要克服耳膜疼痛的症狀，可以嚼食口香糖，藉由咬合的動作讓頭顱內的腔室間壓力達到平衡，也可以用「閉口、捏鼻、鼓氣」三合一的Valsalva動作減輕疼痛。Valsalva與擤鼻涕動作很像，即嘴巴緊閉，用手將鼻孔捏住，然後用力呼吸，強迫體內氣體從耳咽管進入中耳，即能使中耳、外耳壓力平衡。

高空減壓病

氣壓的變化也會影響氣體在液體中的溶解度，根據亨利定律（Henry’s Law），定溫時，氣體溶於液體中的量與該氣體產生的壓力成正比，也就是當大氣壓力越高時，液體能夠溶解的氣體量就越多。萬一飛機在高空發生急速減壓（如窗戶或機身蒙皮結構破裂、機艙加壓裝置受損），原本已經溶於體液內的空氣（主要是氮氣）會因氣壓降低而變回氣態，如果釋出的氮氣氣泡超過肺臟所能夠排出的量時，氣泡便會隨著血液循環，而滯留於身體各處。隨著氮氣氣泡滯留的位置不同，可能發生各種症狀，造成「高空減壓病」。高空減壓病的臨床症狀很多，例如：四肢關節疼痛、胸口灼熱、乾咳、呼吸困難、視覺障礙，以及皮膚刺痛或發癢等。

有些人出國旅遊時會去潛水，由於潛水時人體處於高水壓環境中，大量氮氣會溶解於體液，且潛水越深、越久，氮氣溶解量就會越多，但上岸後，因為壓力降低，原先溶於體液中的氮氣便會在身體組織中形成細微氣泡，若是潛水後立刻搭飛機，這些氮氣氣泡便會膨脹而阻塞血管、壓迫神經或引發血液病變，發生更嚴重的「高空減壓病」。因此若是出國旅遊潛水後，應避免於24小時內飛行，多留一點時間讓體內的氮氣透過肺臟排除。

在高空中，除了胃脹氣、耳鳴，較敏感的人可能會發現鞋子、腰帶都會變緊，這也是氣體膨脹造成腳腫腰粗的生理變化。因此若想舒適的乘坐飛機，搭機前最好注意飲食、避免潛水活動、穿寬鬆衣服，就能減少不必要的困擾了。

客艙失壓怎麼辦？

飛機的客艙加壓裝置有時候會故障，導致「客艙失壓」，氣壓遽降，此時飛機必須馬上降低到約3000公尺或更低的高度，因為氣壓遽降除了造成空氣稀薄，更會影響人體內的「血氧飽和濃度」，導致缺氧。血氧濃度是指血液中血紅素攜帶氧氣的比例，血氧飽和濃度則是血液中含氧量達到最大的比例，一般人在平地時，血氧飽和濃度約為97%，在海拔3000公尺時會降到約92%，再低就會影響生理機能。 

每個人缺氧的症狀都不太一樣，通常包括頭痛、暈眩、疲勞、興奮感、噁心、視力模糊、呼吸不順、反應遲鈍、動作不協調、心智行為改變、判斷力變差、意識喪失等症狀，嚴重的話會導致死亡。任何程度的缺氧都會造成傷害，值得注意的是，缺氧的初期症狀往往不明顯，但對個體判斷力的損害卻可能已經發生，因此即使像飛行員這樣具有豐富相關知識的人，也可能因未察覺而無法立刻化解缺氧的危機，造成空難。

延伸閱讀

《公共衛生護理學》，左如梅著，中央圖書出版

高三課本《生物》上冊

【欲閱讀完整的豐富內容，請參閱http://sa.ylib.com/saeasylearn/saeasylearnshow.asp?FDocNo=1400&CL=87】

【科學Easy Learn網路版‧行政院國科會補助案】

對於天文愛好者而言，遨遊天際、觀測宇宙間的星雲、星體的生動變化，似乎擺弄著各項姿態，確實引人遐思。這些宇宙星雲的圖案與變化，不僅透露著美妙的光輝，也暗藏宇宙演變的奧秘，吸引著天文學家們日夜專研，期能參透其中的玄機。

不過，面對宇宙間漫佈的各項星體，如何分類、研判，確實是項大工程，而將這些由繁化簡，詳細列表分析的大功臣，就是也曾經參與發現「哈雷」彗星的法國天文學家－梅西爾。

梅西爾透過觀測彗星的活動，進而不厭其煩地將宇宙間的所有星體，持續不斷地記錄下來，並將這些觀測資料作有系統的整理，提供後世更明確的依據與參考，堪稱是宇宙舵手，而他所編制的「梅西爾星表」，迄今仍是天文學界最重要、最詳實的天體星表。

彗星的捕手

    梅西爾 （Messier, Charles 1730 – 1817）生於1730年六月二十六日，為法國天文學家，出生於法國的 Badonviller。他從小就是一個孤兒，但是卻為自己創造了不平凡的一生。這位偉大的天文學家，他對於現今天文學最大的貢獻－就是繪製了用以區分彗星和星際間朦朧物體的星表：「梅西爾星表」。這個星表具有相當的參考性，其中的星體編碼一直沿用至今。

梅西爾於西元1751年十月時，決定離開家鄉Badouvillier，在巴黎重新開創新人生。他受僱於天文學家Joseph Nicolas Delisle，從事天文觀測、記錄與繪圖的工作，他也因此學會操作天文儀器，奠定了日後天文觀測與研究的重要基礎。在此三年期間的經驗，讓他更趨純熟，他也因此在Delisle於巴黎所設天文台中，負責所有的觀測工作。

除了一開始就進入了天文觀測的領域，讓梅西爾有了好的開始，梅西爾所處的年代，也讓他的人生境遇得以發光發熱。在十八世紀中葉，天文學的發展已經到了觀測的時期。哈雷彗星的回歸，正是當時天文學界的一大盛事。當西元1758年，哈雷彗星一如哈雷所預測的回歸時，不僅讓牛頓的萬有引力定律，再次獲得驗證，也讓世人對於彗星研究，掀起了風潮。而梅西爾正是當時彗星熱潮的參與者，也因為與彗星的結緣，讓梅西爾一頭栽進了天文觀測的浩瀚宇宙之中。因此，梅西爾與哈雷彗星，確實有著密不可分的關係與淵源。

當西元1758 年聖誕夜，德國農夫Palitzsch成為第一個發現哈雷彗星的業餘觀察者後，之後陸續有其他德國觀測者發現哈雷的蹤跡。不過，在法國同樣也認真在觀測的梅西爾，卻沒有收到這樣的訊息。他一直到1759年的一月二十一日，才發現了哈雷彗星的蹤影，不過，卻是礙於Delisle的個人優越意識，身為助手的梅西爾未能獨立發表這項發現。

不過，哈雷彗星的發現，卻也讓梅西爾的人生從此不凡，他持續進行彗星的觀測。在他一生的觀測中，總共發現21顆彗星，其中15顆是從未被紀錄過的，此外他還追蹤過50顆以上的彗星。而在梅西爾觀測彗星之前，至1750年為止，當時已知的彗星還不超過30個。梅西爾卻以他對天文的熱誠，在未來半個世紀中，發現了更多的彗星，其成就可見一斑。

梅西爾繼哈雷彗星之後，於1764年又發現了彗星，並在1766年用肉眼看見了它。在此十五年中，當時幾乎所有的彗星，都是梅西爾由一人所發現的。他在巴黎海軍天文台任職時，即以發現彗星的高手聞名於世。當時的法王路易十五即封他為「彗星捕手」，足見法王對他的推崇。

繪製梅西爾星表

梅西爾除了觀測到許多彗星，且作了記錄，他對於天文學最大的貢獻還在於他所製作的「梅西爾星表」。

梅西爾係用他的90毫米口徑望遠鏡，進行彗星的觀測。1754年，梅西爾在金牛座發現了一個很特別的天體，與彗星很相似，但在持續的觀測後，他卻發現這顆天體並沒有像彗星一樣移動，他特別將它紀錄下來。此後，他開始持續觀測天空中其他的天體，用於區分這些天體與彗星的不同，從而製作了迄今仍相當實用的「梅西爾星表」，這也成就了他在天文學界的偉大貢獻。

他在1758至1782年間，持續觀察天體，且完成了包含大約100個星體的星表。他之所以將注意力移轉到其他天體，主要是要將這些並非彗星的天體與彗星有所區隔。主因當時的望遠鏡很難將一般天體與彗星區分開來，而且彗星的熱潮，也讓一些沽名釣譽之徒，期能以發現彗星，而能因此命名，揚名於天文界。「梅西爾星表」的完成，可說一併解決了上述的問題。

「梅西爾星表」的重要性，以及其所獲得的高度評價，是因為它涵蓋了宇宙中最漂亮的天體，包括星雲、星團和星系，可說是第一份最具參考性、最為詳實的天體表。現代天文學界所引用的「梅西爾星表」，除了梅西爾所觀察到的天體外，還加入了後來天文學家所發現的天體。

梅西爾將小型望遠鏡能見到的全天星空中，這些微暗且濛濛的天體以M為首編號，依序編出了113 個，而後去除不存在的誤差，剩下110個，名為「梅西爾星表」的天體。其中的M102經發現，其實就是M101；現今又證實其中的M 47與M 48是重覆的。

梅西爾星雲表儘管未能完全陳列，用大型望遠鏡所能觀測到的所有全天星空中的星雲或星團，但是卻奠立了觀測彗星與天體的絕佳基礎。在他之後，威廉˙赫歇耳（Willian Herschel，1733 – 1822，天王星的發現者）也受到影響，開始了大規模的星雲、星團的觀測。

其實在梅西爾之前，除了彗星，夜空中的其他星體都是不受重視的，也不被視為「天體」。但是在梅西爾製作了這份完整的星表後，這些星雲、星團、星系，都成了力學和氣體動力學，以及其演化的重要研究課題。梅西爾所列出的星表，更是其中具代表性的天體。

「梅西爾星表」耗費梅西爾相當長的時間觀測與記錄，這些資料直到1764年才開始進行整理編寫。這些星表中的第一個星體，是金牛座的蟹狀星雲，它是梅西爾在追蹤一個彗星兩星期後，才於1758年八月所發現的；第二個發現的星體，則是是寶瓶座的球狀星團，但是因為它是畫在哈雷彗星的記錄紙上，一直到1760年才被正式地觀測。

備受推崇的成就

梅西爾觀測彗星的傲人成績，讓他多次被提名為皇家科學院院士，但卻被一些自以為是的學者，以科學院不應該接受「觀測員」當院士為由，加以拒絕，甚至包括在天文部門以外的提名。不過，這些都無礙梅西爾在天文學界，持續高漲的名聲與地位。

其實，梅西爾除了觀測彗星的強項，他同時也進行掩星、凌與食的觀測，也記載了有關太陽黑子與氣候變化的資料。在觀測之餘，他也會將資料進行整理、製表或計算軌道要素等等。這些都對他日後觀察與製作「梅西爾星表」，有相當重要的幫助。

當1762年，Lacaille 去世之後，梅西爾隨即成為法國天文界的領導者。其實，早在1758年，梅西爾就已經是倫敦皇家協會的一員。之後，他更因為呈獻了一幅彗星圖給普魯士國王，而成為柏林皇家協會成員。同時，在俄國人Harpe的推薦下，梅西爾也順利成為聖彼得堡協會的會員。

梅西爾在天文學界的貢獻與地位，讓他陸續受邀加入十幾個天文協會。但是，來自於本國法國的肯定，卻是一直到1770年，他才終於獲聘為法國皇家科學院的院士。

有了梅西爾詳細的記錄流傳下來，讓天文學界的天體觀測更加明確與具體。而「梅西爾星表」迄今仍深受天文學界重視，這讓梅西爾的名聲也將持續流傳後世，生生不息。