地奧選訓筆記 Day 4 ~ Day 6

{%hackmd theme-dark %} <style> .markdown-body{ background: repeating-linear-gradient(-10deg, #303030 5px, #323232 15px); } .markdown-body{ text-shadow: 3px 3px 2px #333; } .markdown-body img{ width: 500px; } </style> # 地奧選訓筆記 Day 4 ~ Day 6 ## Day 4 天文陳炳志望遠鏡 ### 隨便記 * 德式赤道儀 * 笨重 * 叉臂式赤道儀 * 極區盲點 * 經緯儀 * 需要知道經緯度、時間 * 三顆馬達 * Backlash 齒輪爛掉 * 天文台屋頂形式 * 功能 * 保護望遠鏡 * 降低光害 * 穩定氣流 * 配合望遠鏡指向 * 圓頂 * 造價昂貴 * 八角 * 平頂 * 導星 * 大氣擾動 * 散斑 ### 望遠鏡三大作用 * 集光力收集光線與眼睛之比值與口徑平方成正比 * 分辨力最小分辨角 $\theta =1.22\times\frac{\lambda}{D}$ * 放大力與主鏡焦距成正比目鏡焦距成反比 ### 望遠鏡的性能 * 放大倍數 $\displaystyle M=\frac{F}{f}$ * 繞射極限 $\displaystyle\theta\propto\frac{\lambda}{D}$ * 底片尺度 $\displaystyle tan\frac{A}{2} = \frac{D}{2F}\rightarrow A\approx206,265\frac{D}{F}$(when $A$ is small) ### 光學望遠鏡名詞 * 口徑 * 焦平面 * 有效焦長 * 焦比:焦距/口徑 * 光軸 * 亮度 $\propto$ 焦比$^{-2}$ ### 像差 * 色像差 * 折射式望遠鏡 * 不同色光折射程度不同 * 焦比越小色像差越嚴重 * 解決方法：多鏡片組合、低色散材料 * 球面像差 * 慧形像差 * 像場彎曲 * 焦平面非平面 ### 反射鏡片 * 種類 * 拋物面鏡 * 平行光焦於焦點 * 球面鏡 * 成本低 * 鏡面材質 ### 光學望遠鏡種類 * Cassegrain * Ritchey-Chrétien * Maksutov * Schmidt * Schmidt-Cassegrain ### 可見光偵測器 * 人眼 * 瞳孔 $5mm\sim7mm$ * 曝光時間 $\displaystyle\frac{1}{20}s$ * 底片 * 溴化銀 * 藍光敏感 * 遇光照射離子化 $\Longrightarrow$ 金屬銀沈澱 * 用化學方法使銀顯現顯影 * 感光度 ASA * 高ASA 反差較大粒子粗 * DASA 反差小粒子係較適合放大 * 倒易率 * 量子效率 QE * 發生作用光子數 / 入射光子數 * 人眼1%、照相底片2-4% * DQE : 量測到光子數 / 入射光子數 * 光電效應 * 光訊號 $\Longrightarrow$ 電訊號 * 沒有光電效應就沒有近代天文學 * 沒有共產黨就沒有新中國 * 光電倍增管單電子 $\Longrightarrow 10^8$電子（QE 10% * 電視機 * 電偶合元件 CCD * 1970貝爾實驗室 * 光電效應光子變電子 * 半導體：價帶、傳導帶不相鄰但離不遠 * 線性、矩陣 * 單一像元光使半導體->電子+電洞如同電容器 Inversion layer * 電子轉化為讀數 * QE高 90~95% * 優點 * 高線性度 * 高量子效率 * 高動態範圍 * 數位訊號，易於處理 * 沒有化學程序、快速且安全 * 最新技術薄片式 backside CCD * 暗電流 * 熱擾動形成電子，不曝光也會有電流 * 每差七度暗電流差一倍（降溫重要 * 冷卻：液態氮、乾冰、熱電冷卻(耗電) * 暗電流大，動態範圍就會小 * 光二極體 Photodiode * CMOS互補性氧化金屬半導體 * 每個像元是一個光二極體，連接一個放大器 * 快速變化容易生熱 * 像元大小 $5\sim25\ mm$ ## Day 4 天文秦一男我今天講的你們以後用不到 ### 天文觀測的途徑 * 玻色子天文學（自旋整數 * 光子（電磁波） * 重力子波（重力波） * 粒子天文學 * 費米子（自旋非整數 * 質子、微中子、電子 * 大型分子 * 巨觀天體 * 彗星 ### 多信使天文學 ### 微中子曰學而時習之不亦悅乎 * 四大交互作用只參與弱交互作用 * 來源：太陽微中子、超新星爆炸 * 放射性歷史 * 1895 倫琴發現X-射線 * 1896 法國瀝青鈾礦底片感光 * 1897 湯姆森陰極射線管 * 1898 居里夫人 * 1903 拉塞福 gamma射線 * 1909 拉塞福 alpha粒子撞金箔 * 1911 拉塞福原子核模型 * 1931 查兌克發現中子 * 1932 安德森發現正子 * 1932 第一步粒子加速器 * 1934 荒勝文策台北帝國大學第二部粒子加速器 * 基本粒子 * 強子 * 輕子 * 介子 * 重子 * 基本交互作用 * 重力 * 電弱力 * 色力 * 微中子歷史 * beta 衰變能量守恆問題 * 1930 蘇黎世包立建議自旋二分之一粒子 * 1933 費米微中子理論 * 1956 發現微中子 1995諾貝爾物理學奬 * 微中子 * 太陽：$4\times10^{10}\ cm^{-2}$ * 宇宙背景微中子：$330\ cm^{-3}$ * 質子-質子連鎖反應額這邊Latex我不想打 * 能量高的通量較低 * 數以噸計四氯乙烯只發現三分之一太陽微中子問題 * 太陽微中子單位 SNU * 高能微中子切忍科夫輻射超光速運動（水中） * 天文學家往地底下看 * 神岡宇宙素粒子研究設施太陽微中子照片微中子震盪 * 一千噸重水、貝加爾湖、南極洲 ### 重力波士尼亞與赫塞哥維納 * 廣義相對論 * 相對性原理 * 等效原理 * 假設重力質量等於慣性質量 * （弱）自由落體運動時無法知道自身是受重力還是等加速度 * （強）任何實驗無法知道自身是受重力還是等加速度 * $\therefore$ 光遇重力必須彎曲 * 重力波 * 四極矩 * 1916 愛因斯坦預測存在 * 哪些天體？ * 木星繞太陽重力波相當於四台吹風機 * PSR B1913+16 重力波輻射=太陽電磁波輻射*0.02 間接證據 * QW150914 直接證據 * 如何測量？ * LIGO 額那個很有名大家都知道的那個 * LISA 太空中弄三個量低頻 ## .Day 5 地質賴昱銘火成岩 ### 岩石分佈 * 地表：$沈積岩:火成岩=3:1$ * 地殼：$沈積岩:火成岩=1:19$ * 地殼沈積岩：$頁岩:砂岩:石灰岩=16:3:1$ ### 地球分層 * 岩石圈(板塊)0~100 地殼＋岩石圈地函 * 軟流圈100~350 * ![](https://i.imgur.com/golJBmi.png) * 黃線為地溫梯度，紅線為岩石熔點 * 地殼密度2.8 * 海洋地殼 30~40km厚 1.8km沈積岩 * 大陸地殼 6~10km厚 0.3沈積岩 * 地函密度3.3~5.5 * 莫荷不連續面為化學成分的改變 * 上部地函 * 礦物 * 橄欖石 * 輝石 * 岩石 * 橄欖岩 * 純橄欖岩(橄欖石>95%) * 榴輝岩 * 過渡帶 * 同成分不同結構 * 礦物 * 橄欖石->似尖晶橄欖石->尖晶橄欖石 * 輝石->石榴子石 * 下部地函 * 礦物 * 尖晶橄欖石->鈣鈦礦、鎂方鐵礦 * 地核密度10.5 * 外核 * 鐵+2%鎳 * 內核 * 鐵鎳合金 ### 火成岩性質 * 成分 * 酸性 * 流紋岩or花崗岩 * 板塊內部 * 中性 * 安山岩 * 隱沒帶含水熔點低上部地函熔融 * 八種機制 * 基性 * 玄武岩 * 熱點、中洋脊 * 來自地函 * 形成環境 * 侵入岩 * 基質少 * 深成岩 * 岩漿緩慢移動擠壓圍岩 * 淺成岩 * 岩漿侵入通道常伴隨斷層 * 噴出岩or火山岩 * 熔岩 * 火成碎屑物 * 火山灰 * 火成岩的礦物出現和大小 * 凝固的速度與深度 * 多孔狀凝固最快 * 斑狀斑晶與石基皆含長石 * 等粒同種礦物顆粒大小相等 * 岩漿的冷卻速率 * 玻璃質 * x-ray繞射無法分辨礦物 * 半晶質 * 顯微鏡無法分辨礦物，但x-ray繞射可以 * 細晶質 * 肉眼無法分辨礦物，但顯微鏡可以 * 顯晶質 * 肉眼可分辨礦物 * 岩漿的原始成分 * 高二氧化矽 * 爆炸易生碎屑岩 * 高氣體 * 黏滯性高 * 低二氧化矽 * 低氣體 * 黏滯性低 * 岩漿噴發方式 * 頂陷式噴發 * 太古代地殼薄 * 大面積岩漿溢出 * 中心噴發 * 火山口火山錐 * 未噴發火山穹隆 * 裂隙噴發 * 中洋脊 * 噴出地表後與環境反應 * 流動構造 * 撞擊構造陸地上 * 枕狀構造海底 * 柱狀節理不一定在地表 * 洋蔥狀風化 * 岩漿混和(非合) 物理混合容積岩 * 深成岩產狀 * 整合 * 非整合 ### 岩漿 * 部分熔融 * 地函 * 溫度增加 * 地函柱 * 流體介入 * 隱沒帶 * 壓力減輕 * 中洋脊 * 地殼 * 底侵作用 * 拆沈作用 * 平衡結晶 * 結晶分化 * 包溫 * 重力沈澱 * 晶體浮力 * 壓濾作用 * 岩漿混染 * 外加物質加入初始岩漿 * 同化作用 * 擄獲岩 * 岩漿混合 * 岩漿混合 * 岩漿混和油水不相溶 ### 火成岩分類 * 野外方式 * ![](https://i.imgur.com/588Ynnp.png) * 實驗室版本（深成岩 * ![](https://i.imgur.com/BcDSRUC.png) * Q+A+P+F<10%時 * ![](https://i.imgur.com/nU85V5K.png) * 化學分類二氧化矽氧化鈉氧化鉀 * ![](https://i.imgur.com/96THDzO.png) ### 火成岩組織與構造 * textures 組織晶體間 * 自形半自形他形 * 等粒不等粒斑晶基質 * 聚晶斑狀岩漿內漂浮礦物聚在一起 * 文象組織透明石英花紋 * 離溶組織條紋組織鈉不規則排在鉀長石中 * 蠕蟲組織細小包裹體 * 輝綠組織嵌晶組織輝石斜長石互相包裹 * 粗面組織基質為細粒斜長石繞過斑晶 * 冠狀組織中心礦物周遭存在反應圈 * structures 構造巨觀 * 氣孔構造 * 杏仁狀構造 * 晶洞構造晶簇 * 球狀構造花崗岩常見 * 枕狀構造 * 流紋構造繞過氣孔、岩屑、斑晶 ### 分項介紹 * 花崗岩 * 正長石 * 斜長石 * 石英 * 雲母 * 輝石不常見 * 正長岩 * 正長石 65~100% * 二長岩 * 斜長石 50~100% * 正長石 10~35% * 閃長岩 * 角閃石 >35% * 輝長岩 * 無石英 * 超基性岩 * 橄欖岩 * 橄欖石 $>40\%$ * 輝石岩 * 流紋岩 * 石英安山岩 * 粗面岩 * 安山岩 * 黑色角閃石 * 黑色黑雲母 * 玄武岩 * 針狀斜長石 ## .Day 5 地物陳卉瑄地球內部構造 ### 探知地球內部物質 * 高溫高壓實驗 * 鑽石高壓砧 * 隕石 * 球粒石質隕石 * 地震波 ### 地球內部分層 * 核函交界不平滑 * Crust * Moho(5-70 km) * ocean: 0-5 km * coeanice crust 5-15 km * continental crust 20-70 km * 已有部分熔融（仍有彈性） * Low-Velocity Zone(80-300 km) * 流動性佳 * 有塑性 * LAB * 沿著軟流圈傳播之波速較快 * 660km以下不相變（鈣鈦礦 * 相變解釋過渡帶 * 地函 7~70/410/660/2900 * $D"$ 2004 後鈣鈦礦發現 125GPa * 各地不同 * 冷隱沒帶下沉波速快 * 熱夏威夷熱點底波速慢 * 熱南非底下巨型岩漿庫波速超慢 * 2016年 * 地核 85%-Fe, 10%-Ni, 5%-Si * 內核東西半球波速不同非均向性 * 目前內核模型：上內核、下內核、內內核 * ${\displaystyle v_{p}={\sqrt {\frac {K+{\frac {4}{3}}G}{\rho }}}={\sqrt {\frac {(1-v)E}{(1+v)(1-2v)\rho }}}}$ * ${\displaystyle v_{s}={\sqrt {\frac {G}{\rho }}}={\sqrt {\frac {E}{2(1+v)\rho }}}}$ * 孔隙壓？ ## .Day 6 大氣林沛練天氣學和天氣分析 ### 老師就是老師啦 ### SLP 和風場 * 冬天 * 蒙古高壓受青藏高原阻擋而增強 * 季風可以到赤道甚至另一半球 * 北美的冷高壓相對較弱 * 阿留申和冰島低壓強 * 夏天 * 大陸上為熱壓 * 海上副熱帶高壓 * 南半球洋面副熱帶高壓季節變化小 * 南半球海多陸少，季節差異較少 * ITCZ 在夏半球 ### 500 hPa 高度場 * 主要受地形（山）分佈和熱力作用影響 * $30^\circ$ 振幅最大 * $45^\circ$ 的山有駐留波 * $60^\circ$ 無駐波，只有東移的氣旋流 * 高緯度地區低壓 * 低緯度地區高壓 * 等壓面間厚度和溫度呈正比 $(PV = nRT)$ * 北極（高緯度）渦旋：等壓面像個漏斗 * 北半球冬季三個槽（三波形） * 等壓線密集，高空西風強 * 北半球夏季四波形 * 高空西風較弱 * 南半球較為對稱 * 冬夏差異不明顯 * 等高線皆是密集於極圈 * 偏離為季風等因素造成冷暖空氣移動到別處 * 等壓座標好處 * 原始方程組 * $\large \frac{\partial u}{\partial x} + \frac{\partial v}{\partial y} + \frac{\partial \omega}{\partial p} = 0$ * $\omega = \frac{dp}{dt}$ * 高度項用壓力取代，不用假設空氣不可壓縮 * 冷心高壓隨高度消散；暖心高壓不會 ### 1000 $\sim$ 700(300) hPa 厚度場 * 北半球夏季 * 冷槽在海洋上 * 暖脊在大陸上 * 南北之梯度比一月小 * 極大值在 $25^\circ N \sim 30^\circ N$ * 北半球冬季 * 冷槽在大陸東岸 * 暖脊在大洋東邊 * 南北梯度大（線密度高） * 極大值在 $5^\circ S \sim 10^\circ S$ ### 厚度場和熱力風 * 熱力風 * 地轉風隨高度增加速度加快熱量交換 * 暖平流 * 冷平流 * 臭氧加熱使中高緯夏天高處溫度溫暖 * 夏天低緯高層出現東風 * 西風在對流層頂有速度最大值 * 溫度梯度造成 * 航空推進 ### 對流層頂風場變化 * 冬天西風噴流明顯 * 夏天出現東風噴流 * 地形和沙漠影響 * 青藏高原熱源造成 * 薩哈拉沙漠使赤道附近不是最高溫 ### 正反氣旋的形成 * 斜壓性：溫度高度線有交角 * 斜壓 $\leftrightarrow$ 正壓 * 斜壓 Baroclinic $\rho = \rho(p, T)$ * $p = \rho RT$ * 風吹造成冷暖平流 * 熱交換 * 溫度梯度夠大就會有斜壓不穩定 * 正壓 Barotropic $\rho = \rho(p)$ ## Day 6 海洋黃千芬海洋聲學 ### 額 * 壓力波 * 電磁波在水中很難傳播 * 聲波衰減率很低 SOFAR channel 傳數千公里 * 海洋聲學 * 水聲海洋學 * 鯨魚、海豚、槍蝦發出聲音 * 找潛水艇 * 聲納量測地形 * 熱噴泉運動 * 暖渦冷渦 ### 海水聲學性質 * $c=c\ (S,\ T,\ p)$ * 聲速受溫度影響最大鹽度影響最小 * 經驗公式：$c=1448.96 +4.59T-0.053T^2+1.34(S-35)+0.016p$ * ![](https://i.imgur.com/exPRF8K.gif) * 混合層斜溫層深水層 * 量聲速剖面早上量中午量長不一樣 * 表示聲波 * 等效位面波前 * 同心球碰到海面、海床 * 聲線 * 直接用波前進方向 * 軍隊前進折射現象 Mother Nature likes to go slow * 司乃爾定律 $n_1sin\ \theta_1=n_2sin\ \theta_2$ * 在 $z_0$ 發射 $\theta_0$ 的聲波會在 $\displaystyle z=c^{-1}(\frac{c\ (z_0)}{cos\ \theta_0})$ 處轉折 * 波導類型 * 「折射-反射 RBR」、「反射-反射淺海環境 SRBR」 * 典型淺海 * 能量消散至海床不完美波導 * 傳輸損失 $\displaystyle TL(dB)=10\ log(\frac{距聲源1m處之聲強}{在接收機處之聲強})$ * dB是分貝 * 聲強正比於聲壓平方 * 聲強取對數再乘10 (=聲壓取對數再乘20) * 反射-折射表層波導 * 折射-折射 SOFAR channel (SOund Fixing And Ranging) * 簡稱太遠、#F * 越早到的越小聲因為走的路徑比較長的會走比較快那些聲音可能是電神玩馬力歐賽車都繞旁邊就雖然跑道比較長但有一堆加速板紅色或藍色的那種所以跑道比較長的走比較快 * ![](https://i.imgur.com/g6qwv2k.jpg) * 聲源深度300m 匯音區聲音重新在6km外匯集 ## 後續 https://hackmd.io/9xfMK_10S4el6KVV2ZXiiw

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