關於香港桂冠論壇

歡迎大家來到香港桂冠論壇2023年3月份通訊。

為了讓更多學生走出課室，走進科學世界，桂冠論壇於本年2至3月期間舉辦首屆香港桂冠論壇新一輪前奏活動系列的第三個主題活動「探索新視野2023」，再度聯同香港本地科學家/研究團隊，為香港高年級中學生安排一連12場的實驗室參觀及分享會，而活動吸引超過300人參與。參與的學生及同行老師很高興能夠透過活動，參觀實驗室，體驗先進設備，觀摩科學家的工作實況，與科學家直接交流，及了解香港最新科研發展。桂冠論壇感謝各位學生及老師踴躍參與，亦再次感謝一眾本地科學家/研究團隊的支持，包括：香港中文大學卓敏物理學教授朱明中教授、病理解剖及細胞學系助理教授鄧銘權博士及生命科學學院助理教授周熙文教授、香港大學病理學系黃澤蕾博士、香港科技大學生命科學部副教授張曉東教授、香港浸會大學數學系助理教授韓汝星博士、香港都會大學科技學院副教授史東甫博士、香港大學 – 巴斯德研究中心及免疫與感染研究中心。

而「伴你啟航暨香港桂冠論壇中學生科學探索者獎勵計劃2022/23頒獎典禮」已於3月25日完滿舉行。活動當天，香港桂冠論壇秘書長杜彭慧儀女士鼓勵學生持續對科學的熱誠及為自己的理想發奮。我們十分高興邀請到論壇活動指導委員會成員香港中文大學卓敏物理學教授朱明中教授百忙中抽空出席是次活動，分享他於探索科學中遇到的趣事，並鼓勵學生對有興趣之事保持熱誠，而他對尋找個人路向的寄語令一眾學生獲益良多。參與獎勵計劃的中六生也互相分享了對科學範疇的興趣及如何克服所遇的困難。朱明中教授亦與香港中學校長會主席連鎮邦先生頒授證書，表揚參與獎勵計劃並獲指定積分的學生，當中有43名學生獲金獎證書，37名學生獲銀獎證書。我們再次恭喜得獎學生，希望他們能夠繼續裝備自己，踏上科研之旅！

所有前奏活動已圓滿結束，意味着首屆桂冠論壇即將來臨！過往曾出席前奏活動的邵逸夫獎得獎者，也會到訪香港，親臨這個世界級學術交流盛會，當中包括：
- 2021年度邵逸夫數學科學獎得獎者尚–米歇爾．比斯姆教授
- 2020年邵逸夫天文學獎得獎者羅傑．布蘭福德
- 2020年邵逸夫生命科學與醫學獎得獎者格羅．米森伯克
- 2017年邵逸夫天文學獎得獎者西蒙．懷特教授
- 2013年邵逸夫天文學獎得獎者史蒂芬．拜爾巴斯教授
- 2012年邵逸夫生命科學與醫學獎得獎者弗朗茲–烏爾里奇．哈特爾教授
屆時將有更多邵逸夫獎得獎者出席論壇，與來自世界各地約200位年輕科學家交流真知灼見，啟發科學靈感。敬請期待！

在密鑼緊鼓地籌備首屆桂冠論壇的同時，我們亦繼續開拓年輕一代與科學家交流的機會。香港桂冠論壇將首度與香港資優教育學苑合作，邀請論壇活動指導委員會成員香港中文大學卓敏物理學教授朱明中教授，擔任學苑於4月15日舉辦的天文學課程—宇宙的調查研究（第三階段）的研究成果發佈的嘉賓，聆聽參與課程的資優生的研究成果，並提供意見，使各資優生從中得到更多啟發。我們將會繼續與香港資優教育學苑合作，安排更多科學相關活動，令學員有更多交流機會。

另外，有關太陽系的網上活動「周圍都係科學 – 第三回合」已於3月16日順利舉行，得獎名單亦已於3月27日公佈。法國哲學家Blaise Pascal曾經說過：「當想到我短暫的生命會吞沒於永恆時間，以及我所佔據的狹小空間會消融在陌生的無限空間，我便感到驚慌。」宇宙很大，有無數與太陽系身處的銀河系相類似的星系，而地球只是圍繞着太陽系的太陽運行的其中一顆行星。透過有趣的遊戲，大眾可以認識自己身處所在的星系，進一步了解太陽系各個行星。這次是「周圍都係科學」的最後一個回合，桂冠論壇在此感謝所有活動參與者的支持。

更多有關論壇最新的消息和活動資訊，記得留意我們的網站、社交媒體和下一期通訊！

考量人口因素的低噪音低燃油起飛軌跡連續優化研究

過去數十年，隨著空中交通愈趨繁忙，降低飛機噪音是持份者需要面對的其中一項重大挑戰。但是要在飛行途中降低噪音，便可能會消耗更多飛機燃料，對於航空公司成本管理而言，這是一個必須考慮的因素。我們將會在本文提出一種規劃飛行航道的方法，當中的目標是降低人們感知到的噪音以及燃料消耗。我們將飛機的航跡分拆成地平面和高度兩條航道，以模擬航空運輸所面對的相關限制，並且會利用Dubins航道法及經改良的A*演算法，來找出地平面投影的最短航道，當中的演算法會根據飛行目的地、跑道角度、機場附近的飛機間隔、人口分佈，以及飛機轉向運動來考慮引導點。另外，我們亦會利用地平面航道計算出的距離，解構飛行運動的縱向公式來確定如何優化高度航道，從而降低人們感知到的噪音以及飛機燃料消耗。為了進行離散優化，我們設計了一個經改良的非支配型排序遺傳演算法II (NSGA-II)，從而在減少運算難度之下得到最佳高度航道的帕累托前沿(Pareto fronts)。透過模擬從香港國際機場起飛，飛到兩個強制位置報告點來展示這個方法的成效。之後，我們會將結果與快速存取記錄器 (Quick Access Recorder) 的數據以及標準儀表離場（SID）程序的路徑進行比較。雖然這個方法並未考慮在航空運輸期間某些會令離場航道規劃受到影響的因素，例如天氣情況以及空中交通組合，但是得出的地平面航道卻與SID的路徑十分相似。由此得出高度航道的帕累托前沿，顯示可降低燃料消耗以及人們感知到的噪音水平。另外，我們亦根據不同航線的相關飛行物理學，分析了如何在燃料消耗和人們感知到的噪音水平之間權衡利弊。

I.簡介

空中交通的迅速發展，及由此產生的飛機噪音的增加，導致居住在機場附近的居民飽受困擾，影響他們的睡眠，及出現與壓力有關的健康問題。這個問題可以透過飛機設計或空中交通管理等方法來解決。在飛機設計方面，我們可以設計新的飛機機體及引擎，以降低飛機發出的噪音。但自1980年代以來，要在不影響營運成本之下透過改變飛機設計來進一步降低噪音，是一件相當困難的事。至於空中交通管理方面，我們可以改變飛行航道以減少感知到的噪音，例如增加飛機起飛後的爬升率。雖然這個做法較為「務實」，但未能解決將飛機噪音降低的問題，同時可能會令燃料消耗增加。人們感知到的噪音以及燃料消耗，會受到引擎動力的設定以及飛機與觀察者之間距離的變化所影響，情況相當複雜。燃料消耗會直接影響航空公司的收入，同時亦與空氣污染及溫室氣體排放量成正比。因此，在優化航機的操作條件時，我們亦必須同時考慮人們感知到的噪音。

在實際情況下，機場四周的離場航道是以標準儀表離場（SID）程序作為指引。SID是指從離場航線開始的起點，直到航途階段中首個定位點／設施／航點的經編碼航行程序，不同的機場會有不同的SID。各國民航當局均按照ICAO Doc. 8168中訂明的設計標準來設計及公佈SID，當中考慮的因素包括但不限於跑道角度、地形、需避開的障礙物、飛機性能、空域管理以及環境問題。根據香港民航處(CAD)，在設計SID時，有關人員會先與持份者（包括營運商／機師及空中交通管制員）進行初步討論。之後，便會在模擬飛行中測試初步路徑在不同天氣和承載量下的可飛程度，再在發佈該路徑前透過實際的航行測試來加以驗證。Zachary等人、Prats等人、Torres等人、Ho-Huu等人、Filippone等人，以及Thomas和Hansman進行了優化計算的研究，以在定量標準下改良離場航道的設計程序。這些研究建議採用多目標或多層次的起飛航道規劃方法，當中同時考慮到燃料消耗和感知到的噪音水平。然而，據我們所知，這些研究並未根據航行目的地（即本研究考慮的強制性[ATS]位置報告點）、由航行資料彙編（AIP）提供的障礙物限制，以及人口和地形的資訊，來考慮引導點所產生的綜合影響。其中有部分研究亦未有將其取得的結果，與現有的SID路徑或航班數據進行比較。為了彌補這方面的不足，本文在同時考慮上述所有因素下，提出了一個旨在帶來低噪音和低燃料消耗的起飛航道規劃方法。

作者︰
香港科技大學機械及航空航天工程系助理教授Rhea Liem教授
香港科技大學博士後研究員Dajung Kim博士
副主編：
I Hwang

基於血液的 miRNA 測試：一種有望能及早檢測出多種癌症的工具

癌症是一個威脅全球的重大健康問題。根據世界衛生組織（WHO）的估計，2020年全球新增癌症病例約為1,930萬宗，與癌症相關的死亡個案為1,000萬宗，這代表自2010年以來全球癌症負擔增加了 28%（WHO，2020年）。

延遲診斷是治療癌症的其中一項最大挑戰，並因此會減低患者的治療效果。根據美國癌症協會的數據顯示，乳癌如能在早期階段發現，5年存活率達90%；然而晚期診斷的存活率卻只有15%（美國癌症協會，日期不詳）。

透過基於血液的測試以及其他嶄新的篩查方法，或能協助我們及早發現癌症，從而顯著改善患者的治療效果。舉例而言，一項在2018年於《科學轉化醫學》（Science Translational Medicine）期刊上發表的研究發現，一種能準確檢測8種常見癌症的血液測試，有可能在癌症病徵出現前4年發現癌症（Cohen等，2018年）。

癌症生物標記及其在早期檢測中的作用

研究人員發現，透過癌症生物標記，可在患者出現病徵前確認癌症（Smith，2020年）。因此，這種生物標記在早期癌症檢測方面起著重要的作用。隨著基因組學、轉錄組學和蛋白質組學技術的進步，研究人員已能識別這些生物標記。癌症生物標記存在於人體內的各種體液中，例如血液、尿液或唾液，透過分析便能了解有關癌症的形成以及各癌症階段的情況。

作者︰
Dr Clement Lim, Head of Medical Affairs (Early Detection), MiRXES

哈柏法：改變世界的化學反應

你可曾想過農業供應是怎樣餵飽正以幾何級數上升的世界人口嗎？氮是提高農作物產量至關重要的植物營養，因此其中一個關鍵是藉著施以氮肥為農作物提供氮。可是，這些氮又從何而來呢？

哈柏法

答案就是哈柏法，相信有修讀化學的同學對這個單詞並不陌生。簡單重溫一下，它由德國化學家Fritz Haber發明，亦使其在1918年被授予諾貝爾化學獎。與之前的同類方法相比，哈柏法能較節省能源地將氮氣轉化成氨，亦兼容大規模生產，製造出來的氨可被加工成硝酸銨（NH₄NO₃）或尿素（(NH₂)₂CO）等氮肥。

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

哈柏法有如此進步是因為它善用了勒沙得利爾原理（Le Chatelier's principle）（註1）。化學家衡量過反應的化學平衡和動力學後，決定在工業上採取高溫（大約450℃）和高壓（大約200 atm）以將氨的產量最大化。不過以上只是哈柏法冰山一角的簡介（亦相信你已經在課本看過更詳盡的介紹），讓我們深入探討這條簡短化學式背後的步驟吧！

作者︰
香港科技大學 《科言》學生編輯 梁卓霖

綠色彗星

彗星C/2022 E3 (ZTF)，2023年1月30日

於2022年3月由被茲威基瞬變探測器（Zwicky Transient Facility）發現的長週期彗星C/2022 E3 (ZTF)，在本年2月1日到達距離地球最近的位置，而它下一次接近地球，則會是五萬年後。當時使用望遠鏡觀測，可以看到其綠色的彗髮和彗尾。*這種綠色來自於當中含有的雙原子碳(C2)，在綠色光波長下非常明亮。

*資料來源：國家地理雜誌

鳴謝：香港中文大學Fishie Chung