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title: 地奧選訓筆記 Day 4 ~ Day 6

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# 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
