关于香港桂冠论坛

欢迎大家来到香港桂冠论坛2023年3月份通讯。

为了让更多学生走出课室，走进科学世界，桂冠论坛于本年2至3月期间举办首届香港桂冠论坛新一轮前奏活动系列的第三个主题活动「探索新视野2023」，再度联同香港本地科学家/研究团队，为香港高年级中学生安排一连12场的实验室参观及分享会，而活动吸引超过300人参与。参与的学生及同行老师很高兴能够透过活动，参观实验室，体验先进设备，观摩科学家的工作实况，与科学家直接交流，及了解香港最新科研发展。桂冠论坛感谢各位学生及老师踊跃参与，亦再次感谢一众本地科学家/研究团队的支持，包括：香港中文大学卓敏物理学教授朱明中教授、病理解剖及细胞学系助理教授邓铭权博士及生命科学学院助理教授周熙文教授、香港大学病理学系黄泽蕾博士、香港科技大学生命科学部副教授张晓东教授、香港浸会大学数学系助理教授韩汝星博士、香港都会大学科技学院副教授史东甫博士、香港大学 – 巴斯德研究中心及免疫与感染研究中心。

而「伴你启航暨香港桂冠论坛中学生科学探索者奖励计划2022/23颁奖典礼」已于3月25日完满举行。活动当天，香港桂冠论坛秘书长杜彭慧仪女士鼓励学生持续对科学的热诚及为自己的理想发奋。我们十分高兴邀请到论坛活动指导委员会成员香港中文大学卓敏物理学教授朱明中教授百忙中抽空出席是次活动，分享他于探索科学中遇到的趣事，并鼓励学生对有兴趣之事保持热诚，而他对寻找个人路向的寄语令一众学生获益良多。参与奖励计划的中六生也互相分享了对科学范畴的兴趣及如何克服所遇的困难。朱明中教授亦与香港中学校长会主席连镇邦先生颁授证书，表扬参与奖励计划并获指定积分的学生，当中有43名学生获金奖证书，37名学生获银奖证书。我们再次恭喜得奖学生，希望他们能够继续装备自己，踏上科研之旅！

所有前奏活动已圆满结束，意味着首届桂冠论坛即将来临！过往曾出席前奏活动的邵逸夫奖得奖者，也会到访香港，亲临这个世界级学术交流盛会，当中包括：
- 2021年度邵逸夫数学科学奖得奖者尚–米歇尔．比斯姆教授
- 2020年邵逸夫天文学奖得奖者罗杰．布兰福德
- 2020年邵逸夫生命科学与医学奖得奖者格罗．米森伯克
- 2017年邵逸夫天文学奖得奖者西蒙．怀特教授
- 2013年邵逸夫天文学奖得奖者史蒂芬．拜尔巴斯教授
- 2012年邵逸夫生命科学与医学奖得奖者弗朗兹–乌尔里奇．哈特尔教授
届时将有更多邵逸夫奖得奖者出席论坛，与来自世界各地约200位年轻科学家交流真知灼见，启发科学灵感。敬请期待！

在密锣紧鼓地筹备首届桂冠论坛的同时，我们亦继续开拓年轻一代与科学家交流的机会。香港桂冠论坛将首度与香港资优教育学苑合作，邀请论坛活动指导委员会成员香港中文大学卓敏物理学教授朱明中教授，担任学苑于4月15日举办的天文学课程—宇宙的调查研究（第三阶段）的研究成果发布的嘉宾，聆听参与课程的资优生的研究成果，并提供意见，使各资优生从中得到更多启发。我们将会继续与香港资优教育学苑合作，安排更多科学相关活动，令学员有更多交流机会。

另外，有关太阳系的网上活动「周围都系科学 – 第三回合」已于3月16日顺利举行，得奖名单亦已于3月27日公布。法国哲学家Blaise Pascal曾经说过：「当想到我短暂的生命会吞没于永恒时间，以及我所占据的狭小空间会消融在陌生的无限空间，我便感到惊慌。」宇宙很大，有无数与太阳系身处的银河系相类似的星系，而地球只是围绕着太阳系的太阳运行的其中一颗行星。透过有趣的游戏，大众可以认识自己身处所在的星系，进一步了解太阳系各个行星。这次是「周围都系科学」的最后一个回合，桂冠论坛在此感谢所有活动参与者的支持。

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考量人口因素的低噪音低燃油起飞轨迹连续优化研究

过去数十年，随著空中交通愈趋繁忙，降低飞机噪音是持份者需要面对的其中一项重大挑战。但是要在飞行途中降低噪音，便可能会消耗更多飞机燃料，对于航空公司成本管理而言，这是一个必须考虑的因素。我们将会在本文提出一种规划飞行航道的方法，当中的目标是降低人们感知到的噪音以及燃料消耗。我们将飞机的航迹分拆成地平面和高度两条航道，以模拟航空运输所面对的相关限制，并且会利用Dubins航道法及经改良的A*演算法，来找出地平面投影的最短航道，当中的演算法会根据飞行目的地、跑道角度、机场附近的飞机间隔、人口分布，以及飞机转向运动来考虑引导点。另外，我们亦会利用地平面航道计算出的距离，解构飞行运动的纵向公式来确定如何优化高度航道，从而降低人们感知到的噪音以及飞机燃料消耗。为了进行离散优化，我们设计了一个经改良的非支配型排序遗传演算法II (NSGA-II)，从而在减少运算难度之下得到最佳高度航道的帕累托前沿(Pareto fronts)。透过模拟从香港国际机场起飞，飞到两个强制位置报告点来展示这个方法的成效。之后，我们会将结果与快速存取记录器 (Quick Access Recorder) 的数据以及标准仪表离场（SID）程序的路径进行比较。虽然这个方法并未考虑在航空运输期间某些会令离场航道规划受到影响的因素，例如天气情况以及空中交通组合，但是得出的地平面航道却与SID的路径十分相似。由此得出高度航道的帕累托前沿，显示可降低燃料消耗以及人们感知到的噪音水平。另外，我们亦根据不同航线的相关飞行物理学，分析了如何在燃料消耗和人们感知到的噪音水平之间权衡利弊。

I.简介

空中交通的迅速发展，及由此产生的飞机噪音的增加，导致居住在机场附近的居民饱受困扰，影响他们的睡眠，及出现与压力有关的健康问题。这个问题可以透过飞机设计或空中交通管理等方法来解决。在飞机设计方面，我们可以设计新的飞机机体及引擎，以降低飞机发出的噪音。但自1980年代以来，要在不影响营运成本之下透过改变飞机设计来进一步降低噪音，是一件相当困难的事。至于空中交通管理方面，我们可以改变飞行航道以减少感知到的噪音，例如增加飞机起飞后的爬升率。虽然这个做法较为「务实」，但未能解决将飞机噪音降低的问题，同时可能会令燃料消耗增加。人们感知到的噪音以及燃料消耗，会受到引擎动力的设定以及飞机与观察者之间距离的变化所影响，情况相当复杂。燃料消耗会直接影响航空公司的收入，同时亦与空气污染及温室气体排放量成正比。因此，在优化航机的操作条件时，我们亦必须同时考虑人们感知到的噪音。

在实际情况下，机场四周的离场航道是以标准仪表离场（SID）程序作为指引。SID是指从离场航线开始的起点，直到航途阶段中首个定位点／设施／航点的经编码航行程序，不同的机场会有不同的SID。各国民航当局均按照ICAO Doc. 8168中订明的设计标准来设计及公布SID，当中考虑的因素包括但不限于跑道角度、地形、需避开的障碍物、飞机性能、空域管理以及环境问题。根据香港民航处(CAD)，在设计SID时，有关人员会先与持份者（包括营运商／机师及空中交通管制员）进行初步讨论。之后，便会在模拟飞行中测试初步路径在不同天气和承载量下的可飞程度，再在发布该路径前透过实际的航行测试来加以验证。Zachary等人、Prats等人、Torres等人、Ho-Huu等人、Filippone等人，以及Thomas和Hansman进行了优化计算的研究，以在定量标准下改良离场航道的设计程序。这些研究建议采用多目标或多层次的起飞航道规划方法，当中同时考虑到燃料消耗和感知到的噪音水平。然而，据我们所知，这些研究并未根据航行目的地（即本研究考虑的强制性[ATS]位置报告点）、由航行资料汇编（AIP）提供的障碍物限制，以及人口和地形的资讯，来考虑引导点所产生的综合影响。其中有部分研究亦未有将其取得的结果，与现有的SID路径或航班数据进行比较。为了弥补这方面的不足，本文在同时考虑上述所有因素下，提出了一个旨在带来低噪音和低燃料消耗的起飞航道规划方法。

作者︰
香港科技大学机械及航空航天工程系助理教授Rhea Liem教授
香港科技大学博士后研究员Dajung Kim博士
副主编：
I Hwang

基于血液的 miRNA 测试：一种有望能及早检测出多种癌症的工具

癌症是一个威胁全球的重大健康问题。根据世界卫生组织（WHO）的估计，2020年全球新增癌症病例约为1,930万宗，与癌症相关的死亡个案为1,000万宗，这代表自2010 年以来全球癌症负担增加了 28%（WHO，2020年）。

延迟诊断是治疗癌症的其中一项最大挑战，并因此会减低患者的治疗效果。根据美国癌症协会的数据显示，乳癌如能在早期阶段发现，5年存活率达90%；然而晚期诊断的存活率却只有15%（美国癌症协会，日期不详）。

透过基于血液的测试以及其他崭新的筛查方法，或能协助我们及早发现癌症，从而显著改善患者的治疗效果。举例而言，一项在2018年于《科学转化医学》（Science Translational Medicine）期刊上发表的研究发现，一种能准确检测8种常见癌症的血液测试，有可能在癌症病征出现前4年发现癌症（Cohen等，2018年）。

癌症生物标记及其在早期检测中的作用

研究人员发现，透过癌症生物标记，可在患者出现病征前确认癌症（Smith，2020年）。因此，这种生物标记在早期癌症检测方面起著重要的作用。随著基因组学、转录组学和蛋白质组学技术的进步，研究人员已能识别这些生物标记。癌症生物标记存在于人体内的各种体液中，例如血液、尿液或唾液，透过分析便能了解有关癌症的形成以及各癌症阶段的情况。

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

哈柏法：改变世界的化学反应

你可曾想过农业供应是怎样喂饱正以几何级数上升的世界人口吗？氮是提高农作物产量至关重要的植物营养，因此其中一个关键是藉著施以氮肥为农作物提供氮。可是，这些氮又从何而来呢？

哈柏法

答案就是哈柏法，相信有修读化学的同学对这个单词并不陌生。简单重温一下，它由德国化学家Fritz Haber发明，亦使其在1918年被授予诺贝尔化学奖。与之前的同类方法相比，哈柏法能较节省能源地将氮气转化成氨，亦兼容大规模生产，制造出来的氨可被加工成硝酸铵（NH₄NO₃）或尿素（(NH₂)₂CO）等氮肥。

N₂(g) + 3H₂(g) ⇌ 2NH₃(g)

哈柏法有如此进步是因为它善用了勒沙得利尔原理（Le Chatelier's principle）（注1）。化学家衡量过反应的化学平衡和动力学后，决定在工业上采取高温（大约450℃）和高压（大约200 atm）以将氨的产量最大化。不过以上只是哈柏法冰山一角的简介（亦相信你已经在课本看过更详尽的介绍），让我们深入探讨这条简短化学式背后的步骤吧！

作者︰
香港科技大学 《科言》学生编辑 梁卓霖

绿色彗星

彗星C/2022 E3 (ZTF)，2023年1月30日

于2022年3月由被兹威基瞬变探测器（Zwicky Transient Facility）发现的长周期彗星C/2022 E3 (ZTF)，在本年2月1日到达距离地球最近的位置，而它下一次接近地球，则会是五万年后。当时使用望远镜观测，可以看到其绿色的彗发和彗尾。*这种绿色来自于当中含有的双原子碳(C2)，在绿色光波长下非常明亮。

*资料来源：国家地理杂志

鸣谢：香港中文大学Fishie Chung