火山

火山種類

• 裂隙噴發火山
  
   
• 盾狀火山
  Mt. Olympus (Mars)
  
   
• 複式火山
  Mt. Vesuvius (Italy)

火山帶

中洋脊

環太平洋火山帶

熱點火山

熱點火山

夏威夷！

地震的紀錄

地震儀器

地動儀

• 東漢時期張衡發明
• 現已失傳
• 可以測量出方位
• 看起來比較酷

地震儀器

地震儀

• 以波的形式測量地震

地震波

表面波

P、S波干涉而來

地震波

地震波

時間差警戒系統！

利用時間差推算距離

假設P波的速度為 \(7\) km/s, S波的速度為 \(4\) km/s，在測站發現測量到兩波的時間差為 \(9\)s，請問這個測站距離震源（不是震央！）多少公里？

假設答案為 \(x\)公里，則

• P波所花時間：\(\frac{x}{7}\)秒

• S波所花時間：\(\frac{x}{4}\)秒

\(\implies\) 時間差 \(\frac{x}{4} - \frac{x}{7} = 9\)

\( \implies x = 84\)（公里）

規模 vs 震度

地震多晃

放出能量

規模 vs 震度

地震多晃

放出能量

一個整數（0～7）

小數第一點（ex. 3.0）

單位為級

無單位

最高地動加速度（\(\text{cm/}\text{sec}^2\)）

每增加一級，能量多32倍！

地震災害（副作用）

• 海嘯

  • 311大地震

• 建築物倒塌

  • 維冠大樓

• 土壤液化

  • 呃 不知道

天氣

什麼可以左右天氣呢？

宙斯？

玉皇大帝？

什麼可以左右天氣呢？

洋菜？

什麼可以左右天氣呢？

地球自轉

人類活動

溫度

氣壓

⋯⋯

風

かぜ

風受什麼影響？

氣壓

風受什麼影響？

氣壓

風受什麼影響？

科氏力

地轉風 vs 地面風

會有地面的摩擦力

在高空！

地轉風

比較簡單

氣壓

科氏力

科氏力

地面摩擦力

反正就是扯後腿就對了，讓風速降低

大陸 > 海

地面風

比較煩

氣壓

科氏力

科氏力

科氏力

摩擦力！

天氣現象與他們的產地

有哪些想🉐️到的天氣現象？

有哪些想🉐️到的天氣現象？

水！

水！

雖然只佔了大氣的不到5%，但是是影響天氣的主要因素之一！

• 降雨
• 乾旱
• 溫差
• ⋯⋯

飽和水氣壓曲線

飽和水氣壓曲線

氣

液

恰飽和！

這個曲線只和氣溫有關，不管你在哪裡

飽和水氣壓曲線

人工造雨：凝結核

相對濕度

相對濕度 \(\doteq  \frac{\text{目前水氣壓}}{\text{飽和水氣壓}} \times 100\%\)

A點的相對濕度：\(\frac{15}{30} \times 100\% = 50\%\)

「體感」溫度、濕度會受這個影響

（縱使水氣其實不多，但是如果接近飽和也會覺得很潮濕）

乾濕球溫度計

數資班複試有考 D:

其實很少遇到？

乾球：目前室溫

濕球：水蒸發吸熱 \(\implies\) 降溫

越乾，蒸發越快 \(\implies\) 兩球溫差越大，越乾

乾 vs 濕空氣

濕（飽和）

上升變冷（體積變大，做功）

\(6\degree C/\text{km}\)

\(10\degree C/\text{km}\)

部分的水凝結，放熱

乾（未飽和）

乾 vs 濕空氣

飽和線

\(30\degree C\)

\(20\degree C\)

\(14\degree C\)

\(8\degree C\)

焚風

飽和線

\(30\degree C\)

\(20\degree C\)

\(14\degree C\)

\(8\degree C\)

\(38\degree C\)

雲的形成

雲其實就是浮在空中的水滴（不是水蒸氣！）

• 只要空氣提升，水氣凝結就可以了

低於露點溫度

雲的形成

雲其實就是浮在空中的水滴（不是水蒸氣！）

• 只要空氣提升，水氣凝結就可以了

低於露點溫度

雲的形成

雲其實就是浮在空中的水滴（不是水蒸氣！）

• 只要空氣提升，水氣凝結就可以了
• 因為是雲所以要在高空
  • \(\implies\)要上升的氣流把水帶上去

• 輻合作用
• 地面加熱
• 撞到山
• 鋒面提升

其他水的凝結

雲其實就是浮在空中的水滴（不是水蒸氣！）

• 只要空氣提升，水氣凝結就可以了
• 因為是雲所以要在高空
  • \(\implies\)要上升的氣流把水帶上去

• 地面冷卻（露、霧）

氣象觀測

地面觀測

高空觀測

衛星觀測

氣象雷達

地面觀測

雨量儀

百葉箱

風速風向儀

漆白色：減少太陽能吸收

面北：減少太陽能吸收

基本上想得到的都測得到

• 濕度
• 氣壓
• 風向、速
• 雨量
• 紫外線
• 氣溫
• ⋯⋯

例外：雲量、雲種需要人判斷

高空觀測

觀測氣球

可以觀測：

• 氣壓
• 氣溫
• 濕度
• 風向、風速（GPS）

一天觀測兩次（GMT +0 的00:00與12:00，臺灣時間的早上、晚上八點）

投落送

• 從飛機上送落
• 主要用於觀測颱風等

衛星觀測

可見光

紅外線光（IR）

衛星雲圖

可見光

紅外線光

衛星雲圖

可見光

越白：雲越厚

紅外線光

衛星雲圖

可見光

越白：雲越厚

紅外線光

越白：雲越高

衛星雲圖

紅外線光

越白：雲越高

• 用溫度來判斷高低的方式
• 類似紅外線額溫槍
• 越接近地面的雲，溫度越高
• 雪是白色的所以比較冷（？）

福衛七號（掩星測量）

• 打過去的電磁波會因為經過大氣而偏折
• 偏折程度受大氣情況（溫度、水氣等）影響
• 知道偏折程度就可以反推！

並不是一顆，而是六顆衛星！

雷達觀測

看起來最酷的觀測方式

這不是高爾夫球，是雷達！！！

發射無線電波，等雲層回波

頻率：雲的走向

震幅大小：雲的多寡

Doppler Effect （都卜勒效應）

如果波源/接受者有相對運動，接收到的頻率也會不一樣！

都普勒雷達

氣象雷達

回波圖

都普勒雷達圖

觀測站

遠離

靠近

天氣圖 & 鋒面

鋒面

鋒面

冷鋒

暖鋒

滯留鋒

囚錮鋒

冷暖鋒

有雲的地方就有雨

雨

雨

雨勢較強

比較快

雨勢較弱

比較慢

滯留鋒

雨

連日陰天下雨

滯留鋒 - 梅雨

連日陰天下雨 

5-6 月下雨

囚錮鋒

冷鋒速度 > 暖鋒速度

• 追上的時候就是囚錮鋒！
• 將暖空氣囚錮在上空

囚錮鋒

地面天氣圖的判讀

地面天氣圖的判讀

等壓線

低壓中心

高壓中心

颱風

亞熱帶氣旋

颱風

冷鋒

滯留鋒

暖鋒

囚錮鋒

還可以看出什麼？

• 天氣情況（陰晴）
• 相對風速
• 颱風
• 相對氣溫

還可以看出什麼？

• 天氣情況（陰晴）
• 相對風速
• 颱風
• 相對氣溫

晴空萬里

烏雲密佈

還可以看出什麼？

• 天氣情況（陰晴）
• 相對風速
• 颱風
• 相對氣溫

快

慢

還可以看出什麼？

• 天氣情況（陰晴）
• 相對風速
• 颱風
• 相對氣溫

this one （天兔颱風、ウサギ）

還可以看出什麼？

• 天氣情況（陰晴）
• 相對風速
• 颱風
• 相對氣溫

冷

暖

冷

還可以看出什麼？

• 天氣情況（陰晴）
• 相對風速
• 颱風
• 相對氣溫
• 風向！

還記得科氏力嗎？

• 天氣情況（陰晴）
• 相對風速
• 颱風
• 相對氣溫
• 風向！

還記得科氏力嗎？

• 天氣情況（陰晴）
• 相對風速
• 颱風
• 相對氣溫
• 風向！

右/左手定則

• 大拇指：中央氣流方向
• 其他手指：風向

北半球用右手、南半球用左手！

神奇氣象符號

颱風、災害

相同的東西，不同的名字

• 臺灣：颱風（Typhoon）
• 南亞、東南亞：旋風（whirlwind）
• 美國：颶風（Hurricane）

都屬於「熱帶氣旋」

望文生義（？）

颱風食譜

• 夠多的水氣（海洋上）
• 夠多的能量（熱帶）
• 夠多的旋轉（科氏力）
• 上下層大氣風向不能差太多

颱風的結構

大香菇

颱風眼

颱風眼：

• 氣壓最低
• but 微微下沈氣流！
• 天氣好！
• 沒有風雨

眼牆

眼牆：

• 對流最旺盛！！
• \(\implies\) 最壞的天氣！
• 天氣超爛！

颱風的消散

颱風食譜：

• 夠多的水氣（海洋上）
• 夠多的能量（熱帶）
• 夠多的旋轉（科氏力）
• 上下層大氣風向不能差太多

跑到陸地上（ex. 臺灣）或雨下光了

跑到高緯度，能量不足qq

颱風的影響

⋯⋯被地形、氣壓影響

• 被太平洋高壓牽著走！(P. 83）

也影響著臺灣的氣候⋯⋯

• 迎風面暴雨、淹水
• 背風面焚風！

（參考）各種路徑（？）

颱風引起的各種效應

共伴效應

引進西南氣流

海水倒灌

共伴效應

• 比較靠近冬天的時候，北方東北季風開始盛行
• 如果這時候又有颱風
• 兩個氣團抗衡並且相互捲在一起
• 滯留鋒形成
• \(\implies\) 長時間大量降雨！

引進西南氣流

• 颱風在臺灣北部
• 會把在臺灣西南的氣流捲進來
• 引起大量降雨

迎風面！

海水倒灌

通常呢，河流是自然的排水溝，但是當它直接對上了強大的颱風⋯⋯

海水倒灌

淡水河大致流向

海水倒灌

淡水河大致流向

強風暴雨！

海水倒灌

淡水河大致流向

強風暴雨！

杜鵑颱風

南方澳倒灌（宜蘭）

天文！！！！

地科最好玩沒有之一的單元

太陽系

(not not not to scale)

恆星vs行星

恆星

• 巨大
• 會進行核融合而發光
• 行星繞著我走

行星

• 較小
• 自己不會進行核融合
• 繞著太陽走

「行」星？

巨大的尺度 - 瑞典

(to scale, \(1 : 2 \times 10^7\))

Avicii Stadium: 太陽

地球

歐特雲 & 柯伊柏帶

\(2 \times 10^3\) ~ \(10^5\) AU，太陽引力影響範圍

太陽系

類地行星

類木行星

雪線

冥王星？

行星定義：

• 行星是環繞太陽（恆星）運行的天體
• 有足夠大的質量使自身因為重力而成為圓球體
• 能清除鄰近的小天體。

未能清除軌道內小天體的則被納入一個新創的分類，稱做矮行星。 

冥王星被降格了！！

在冰冷且致命的宇宙裡⋯⋯

是地球保護著我們！

宇宙 vs 地球

• 高能粒子（宇宙射線、太陽風）

• 隕石

• 高能電磁波（\(\gamma\)射線、X光、紫外線等）

• 大氣層吸收（帶電的磁場也會捕獲）

• 大氣層摩擦燃燒

• 地球磁場！

地球磁場

• 由地球內部的流動金屬驅動而形成的磁場
• 保護著我們！
• 並非一成不變，8300萬年來反轉了183次（Wikipedia）
• N極在南方！

地球磁場 - 范艾倫帶

• 被捕獲的帶電粒子被留的地方
• 大部分是太陽風與宇宙射線
• 會跑到南北極然後形成極光！

適居帶（Habitable Zone）

一個太陽系中，生物適合生存的地方

• 必須要有液態水（不可以太冷or太熱）
  • 水、金星太近；天王海王太遠
• 太陽輻射不可太多
  • 水、金太多
• 不同的恆星依照大小、強度有不同的適居帶
• 有助於發現地球以外適合人類居住的星球！

彗星

彗星

星空！

摸不到的顏色，是否叫彩虹？

天空中最亮的星⋯⋯

• 有些星明明很亮，但是太遠了
• 有些星明明不亮，但是很近
• 要怎麼區分這兩個呢？

亮度 vs 光度？

放出的能量（\(\text{W}\)）

在某個距離單位面積放出的能量（\(\text{W/}\text{m}^2 \)）

天空中最亮的星⋯⋯

• 有些星明明很亮，但是太遠了
• 有些星明明不亮，但是很近
• 要怎麼區分這兩個呢？

絕對星等

視星等

絕對星等

視星等

非線性——差\(5\)則差\(100\)倍

(差一則差約\(2.5\)倍）

\(1\)

\(2.5\)

\(40\)

\(100\)

\(6.25\)

0

-1

-2

-3

-4

視星等

從地球上「看起來」的亮度

視星等

從地球上「看起來」的亮度

但是恆星彼此距離不一樣啊！

絕對星等

把他全部放到一樣遠的地方比較

（10pc）

秒差距（pc）

超神公式

\(m - M = 5 \log d - 5\)

• \(M\)： 絕對星等
• \(m\)：相對星等
• \(d\)：距離（秒差距）

推導

其實好像沒有很難（？）

亮度比 \( 100^{\frac{m - M}{5}} = \frac{d^2}{100}\)

• 半徑\(r\)的圓球的表面積：\(A = 4\pi r^2\)
• 恆星視為一個散發能量的點，發散\(L\)的能量，則距離\(r\)的地方，單位面積會收到\(B = \frac{L}{4\pi r^2}\)的能量
• 亮度每差\(5\)就差\(100\)倍

公式可以幹嘛？

• \(M, m, d\)知道兩者可以求第三者

\(m - M = 5 \log d - 5\)

視星等越大，代表越遠，所以是\(m - M\)

Ex. 誰比較近？

Ex. 誰比較近？

變近了！

變遠了！

\(\text{Sirius} <10\text{pc}<\alpha\text{  Orionis} \)

Ex. 誰看起來比較亮？

Ex. 誰看起來比較亮？

天狼星看起來比較亮，而且差了約\(2.5^{2} = 6.25\)倍！

Ex. 誰放出比較多能量？

Ex. 誰放出比較多能量？

α Orionis比天狼星放出的能量多出超多！\(2.5^{7.5} \approx 965 \)

光度、亮度的數學表示

• 一顆恆星放出的能量越大，溫度越高
• 強度：\(I = \sigma T^4\)（單位面積能量）
  
  \(\sigma\)：波茲曼常數
  \(T\)：恆星溫度（\(K\)）
   
• 光度：\(B = 4\pi r^2 \times I\)，\(r\)為恆星半徑

黑體輻射定律

判定恆星溫度

黑體輻射圖

什麼是黑體？

何謂黑體

理想黑體

理想白體

吸收所有的能量

反射所有的能量

一般物體

吸收/反射部分能量

\(e = 0\)

\(0 < e < 1\)

\(e = 1\)

黑體不一定黑！

黑體吸收所有的能量

但是可以自己散發能量！

黑體輻射定律

判定恆星溫度

理想黑體輻射圖

對於一顆恆星，我們可以測量它每一個頻率所放出的強度

• 分析圖可以知道溫度！

黑體輻射定律

判定恆星溫度

理想黑體輻射圖

• 溫度越高，圖形會完全在溫度較低者上方
• 溫度越高，最高強度發生的頻率（\(I_{\max}\)）會遞減
  
  \(T \cdot I_{\max} = b\)
  
  呈反比！！\(b\)是一個常數，稱為韋恩位移常數
• 可以用這個來測量溫度

看顏色就好

判定恆星溫度

熾熱

冷卻

O  B  A  F  G  K  M

(Oh Be A Fine Girl, Kiss Me!)

天球

什麼是天球？

宇宙是一幅畫作

人在中心所看到的宇宙

• 如果地球不動而是外面的宇宙在轉的話，就會是這個模型
• 比較方便思考

天球座標

定位一顆星的方法

經度：春分點為\(0\)時，從\(0\)到\(23\)時。

天球座標

定位一顆星的方法

• 天北極為\(+90\degree\)
• 天球赤道為\(0\degree\)
• 天南極為\(-90\degree\)

黃道面

太陽所劃過的軌跡

各種點

春分點

夏至點

春分點

小細節

在這個模型中，天球是順時針旋轉的（因為地球是逆時針旋轉的）

天球一天旋轉\(360\degree\)，星星等會在上面走

• 想像成一個球型在旋轉的螢幕（？）
• 宇宙和恆星是背景，不大會動

周日、周年運動

天上的星星不說話

為啥會有這個東？

人站在地球上不同的地方會有不同的天頂

箭頭人 lol

星星繞著天北極走

一切的天體幾乎都是東升西落（地球自轉）

不同緯度的軌跡變化

北極星仰角是緯度的補角！

\(\theta\)

\(\varphi\)

\(\varphi\)

軌跡俯角就是緯度！

軌跡偏向判斷位置！

北半球偏南

南半球偏北

看軌跡判斷方位

p. 110

超漂亮的周日運動！

黃道十二宮

妳是什麼星座？

出生當日在天頂的星座（被太陽蓋住）

=半年後半夜在天頂的星座

恆星日/太陽日

恆星日

太陽日

兩次某恆星經過子午線的時間

兩次太陽經過子午線的時間

\(24\text{hr}\)

\(23\text{hr } 56\text{m}\)?!

恆星日/太陽日

恆星日/太陽日

公轉：\(360\degree/365 \approx 1\degree\)

想像成自轉 + 公轉

恆星日/太陽日

公轉：\(360\degree/365 \approx 1\degree\)

自轉需要多轉那\(1\degree\)，而恆星日不用

想像成自轉 + 公轉

太陽軌跡的變動

為什麼太陽會動？

Helios（赫利俄斯）

Ra（拉）

太陽軌跡在變？！

隨著季節的變動，太陽的方位居然會變？

為什麼？！

仔細觀察⋯⋯

仔細觀察⋯⋯

\(23.5\degree N\) 北回歸線

\(23.5\degree S\) 南回歸線

赤道

仔細觀察⋯⋯

已知：自轉軸和公轉軸的差角\(\theta\)

欲知：北回歸線的緯度\(\phi\)

節氣：夏至

\(\theta\)

\(\phi = \theta\)

仔細觀察⋯⋯

仔細觀察⋯⋯

公轉軸、自轉軸有夾角！

仔細觀察⋯⋯

公轉軸、自轉軸有夾角！

公轉軸

冬至

夏至

仔細觀察⋯⋯

公轉軸

夏至

太陽在我的南方？

太陽在我的北方？

仔細觀察⋯⋯

公轉軸

太陽在我的正上方？

秋分

太陽方位 - 結論

1. 太陽的昇起方位與日期有關
2. 夏至最北
3. 春、秋分時在中間
4. 冬至最南
5. 原因：自轉軸、公轉軸有夾角差

太陽方位 - 結論 II

如果夏至正午太陽在天頂

\(\implies\) 人在北回歸線！

太陽方位 - 晝夜長

如果太陽、地球的位置長這樣⋯⋯

則靠近太陽的半面被照亮！

太陽方位 - 晝夜長

然而，地球是這樣轉的：

太陽方位 - 晝夜長

也就是說，晝夜不一定永遠等長！

永晝

永晝

晝長夜短

晝短夜長

永夜

軌跡傾角與緯度

其實就只是天球的概念而已！

P. 116

永晝好酷

回歸線也好酷

Lahaina Noon

夏威夷的夏至，日正中天，沒有影子！

太陽方位 - 南北極圈

也就是說，晝夜不一定永遠等長！

\(\theta\)

\(90\degree - \theta = 63.5\degree\)

\(\theta\)

太陽方位 - 南北極圈

也就是說，晝夜不一定永遠等長！

\(\theta\)

\(90\degree - \theta = 63.5\degree\)

\(\theta\)

• 北極圈：在夏至那一天剛好永晝
• 北極：半年的永晝

總結論

• 一切都是自轉軸和公轉軸不一樣搞的鬼
• 夏至、秋分、冬至、春分（節氣）
• 日期不同造成太陽昇起不同
• 也造成日夜長短不一
• 極端：永晝，永夜（南、北極圈）

月相

明月幾時有？把酒問青天

？？？

？？？

最重要的一張圖

P. 119

最重要的一張圖

P. 119

面對太陽側照光

最重要的一張圖

P. 119

日期看農曆

最重要的一張圖

P. 119

因為人在地球上，所以會看到不同的東西

時間、日期的月相

如果知道農曆日期和時間就可以知道月相與月亮目前在天空中的位置！

時間、日期的月相

如果知道農曆日期和時間就可以知道月相與月亮目前在天空中的位置！

ex. 七號的晚上十二點

• 月相？
• 月亮在哪裡？

時間、日期的月相

七號的晚上十二點

• 月相？
• 月亮在哪裡？

時間、日期的月相

七號的晚上十二點

• 月相？
• 月亮在哪裡？

七號，上弦月

時間、日期的月相

七號的晚上十二點

• 月相？
• 月亮在哪裡？

七號，上弦月

E

W

在東方地平線

時間、日期的月相

七號的晚上十二點

• 月相？
• 月亮在哪裡？

七號，上弦月

E

W

在東方地平線

（地球逆時針轉，靠近太陽的是東方）

時間、日期的月相

七號的晚上十二點

• 月相？
• 月亮在哪裡？

七號，上弦月

E

W

在東方地平線

（地球逆時針轉，靠近太陽的是東方）

畫圖很重要！！！

時間、日期的月相

十五號的早上六點

• 月相？
• 月亮在哪裡？

二十四號的晚上六點

• 月相？
• 月亮在哪裡？

一號的中午

• 月相？
• 月亮在哪裡？

挑戰：

如果在某月某日妳在月球上，那地球的相長什麼樣子？

月球的遲到現象

月球的遲到現象

月球每天會晚50分鐘升起！

是不是跟什麼很像呢⋯⋯

月球的遲到現象

月球每天會晚50分鐘升起！

是不是跟什麼很像呢⋯⋯

之前提到過，星星每天會早4分鐘升起⋯⋯

月球的遲到現象

月球每天會晚50分鐘升起！

是不是跟什麼很像呢⋯⋯

又是自轉搞的鬼！

月球的遲到現象

公轉：\(360\degree\)/月  \(\approx 12\degree\)/天

自轉：\(360\degree\)/天  \(\approx 15\degree\)/小時

月球的遲到現象

公轉：\(360\degree\)/月  \(\approx 12\degree\)/天

自轉：\(360\degree\)/天  \(\approx 15\degree\)/小時

一天後

尚在東方

當天

月正中天

日蝕（Solar Eclipse）

日月食長什麼樣？

顧名思義，就是太陽或月亮看起來被吃掉了！

日環食

日全食

月食（血月）

日偏食

為什麼會有日月食？

為什麼會有日月食？

月亮擋住了太陽的光！

都差約 \(400\) 倍，所以有機會日全蝕！

為什麼會有日月食？

分析太陽的兩邊的光可以被哪裡的人看到

為什麼會有日月食？

本影：

兩邊都看不到，完全看不到太陽（A）- 日全蝕

為什麼會有日月食？

半影：

只看得到其中一邊，另外看不到（C）- 日偏蝕

為什麼會有日月食？

偽本影：

是中間被擋住，雖然看得到兩邊卻看不到中間（B） - 日環食

為什麼會有日月食？

為什麼會有距離的差別？

想想看！

為什麼會有日月食？

為什麼會有距離的差別？

• 月球、太陽並非圓形軌跡（是橢圓形！）
• 也就是說如果太陽比較近，月球比較遠的時候可能會有日環食，反之則可能會有日全蝕

為什麼會有日月食？

為什麼會有距離的差別？

• 太陽遠近：
• 夏至時在遠日點
• 冬至時在近日點

為什麼會有日月食？

為什麼會有距離的差別？

• 太陽遠近：
• 夏至時在遠日點
• 冬至時在近日點

日蝕的過程

日蝕很稀有！

紅線才看得到日全蝕

其他都在半影區，只有日偏食

維基百科：

• 平均約每18個月才會有一次日全蝕
• 同一個地方平均需隔360 ~ 410年才會有一次日全蝕！
• 一次日全蝕只持續數分鐘，沒了就沒了qq

2020.6.21 日環食 @ 嘉義

月蝕（Lunar Eclipse）

其實比日蝕簡單很多⋯⋯

月蝕長什麼樣？

月蝕又名「血月」

為什麼會有日月食？

日蝕是太陽被月亮擋住，那月蝕就是月亮被地球擋住！

本影

半影

為什麼月蝕是紅色的？

藍光等高頻率光較容易被散射掉

頻率較長的紅光被折射到月球表面

到底為什麼高頻率的光比較容易散射有點超出範圍XD 所以請姑且記起來吧 ><

天文多波段觀測

天文多波段觀測

我們仰望天空的時候，看到璀璨的星空只是宇宙想要告訴我們的極小部分

• 可見光佔約\(400\text{nm} ～  900\text{nm}\)而已，其他波段我們都看不到！
• 因為大氣干擾，所以許多波段是看不到的

光的不同波段

P. 124

頻率越小，能量越大！（\(E = h\nu\)）

光的不同波段

P. 124

頻率越小，能量越大！（\(E = h\nu\)）

無線電 > 微波 > 紅外線 > 可見光 > 紫外線 > X光 > \(\gamma\)-射線（記！）

光的不同波段

P. 124

頻率越小，能量越大！（\(E = h\nu\)）

無線電 > 微波 > 紅外線 > 可見光 > 紫外線 > X光 > \(\gamma\)-射線（記！）

波段與大氣透射率

哈哈我找到參考書上的圖了

從地球只能接收到可見光、無線電波這兩個頻率的電波！

地表觀測工具

ATLAS

(找可能撞擊地球的天體)

VLA（Very Large Array）

將很多望遠鏡拼成一個超大望遠鏡

Galileo Galilei（伽利略）的天文望遠鏡

外太空觀測工具

即將退役的哈伯（Hubble）天文望遠鏡

少了大氣的干擾（與保護），就有機會觀測全波段！

多波段觀測

不同的天體會放出不同波段的光，所以我們依照這個方式可以更進一步去了解天體！舉例來說，能量的多寡就決定了輻射的強度：

• 黑洞：會拋射\(\gamma\)-射線，極危險
• 超新星爆炸：數百萬\(\text{K}\)，以X光為主
• 高溫恆星：數萬\(\text{K}\)，以紫外線為主
• 低溫恆星：數千\(\text{K}\)，以紅外光為主
• 較冷天體：數百萬\(\text{K}\)，以微波以下波段為主

也可以用以上來了解一個星系的組成結構

太陽結構

P. 125 右下

免責聲明：這是我第一次看到這個，所以如果完全聽不懂的話請隨時發問！

太陽結構 - 內

內部主要可以分為三個結構：

• 核心：最熱的地方，進行氫原子核融合產生能量
• 輻射層：產生的能量慢慢爬出來，不過因為一直撞到東西所以需要花一百萬年！！！
• 對流層：以高溫蒸氣的方式將熱帶出輻射層

太陽結構 - 外

外部也可以分為五個結構：

• 光球層：就是我們一般看到的太陽表面，很亮！
  • 光球層上並非光滑的，會出現太陽黑子，越多太陽越活躍，週期約11年
• 色球層：非常不明顯，需要等到日全蝕遮住太陽才看得到玫瑰紅色的色球層
• 日珥：太陽拋射出來的物質
• 日冕：太陽大氣的最外層，可以視為色球層的延伸

望遠鏡合成口徑

• 望遠鏡的口徑越大，解析度越高，能看到越遠越微小的東西！
• 望遠鏡不夠大怎麼辦？

合成口徑！

• 將很多望遠鏡放在一個地方，可以形成一個等價與口徑是他們半徑的巨大望遠鏡！

望遠鏡合成口徑

• 將很多望遠鏡放在一個地方，可以形成一個等價與口徑是他們半徑的巨大望遠鏡！

望遠鏡合成口徑

• 放在地球的不同地方，就可以形成等價於擁有地球半徑的巨大望遠鏡！

大尺度結構

天文的最後一章 ;-;

如果想要跟外星人說地址...

臺北市XX區XX路X段X號

這連美國人都會很困惑吧，更不用說外星人！

如果想要跟外星人說地址...

臺灣臺北市XX區XX路X段X號

如果外星人不在地球呢？

如果想要跟外星人說地址...

地球臺灣臺北市XX區XX路X段X號

地球在哪裡？

如果想要跟外星人說地址...

太陽系地球臺灣臺北市XX區XX路X段X號

該不會要假設只能是本星系的外星人吧？！

如果想要跟外星人說地址...

本星系太陽系地球臺灣臺北市XX區XX路X段X號

該不會要假設只能是本星系的外星人吧？！

星系當作標準

星系

beeg

smol

宇宙

星系團

超星系群

纖維狀結構

星團

恆星

行星

人

星雲

這次討論的範圍

太陽系聯盟 —— 星團

• 由一堆恆星（系）所組成的相對小型結構，分成散狀與團狀兩種
   
• 散狀星團的星星通常較年輕，星星較少，通常分布在星系的旋臂
   
• 團狀星團的星星通常較老，星星較多，通常分布在星系中央（暈）

昂宿（ㄤˊㄙㄨˋ）星團

星雲

沒有法師，謝謝

• 由塵埃、冰、氣體等物體組成的宇宙雲狀物體，也有可能是超新星爆炸後的產物
  ​
• 很多都很漂亮！
   
• 依照生成來源分成瀰漫星雲和超新星殘骸
   
• 瀰漫星雲又可以依照透光量分成暗星雲、反射幸運、發射星雲

貓眼星雲

馬頭星雲

各種星雲

還是沒有法師，謝謝

超新星殘骸

反射星雲

暗星雲

發射星雲

最大的東西中的最小者

星系！

仙女座星系

距離我們最近（2500萬光年）的星系

本星系

我們住在這裡！

（畫是想像出來的）

Samsung Galaxy

星系結構

星系依照形狀可以分為：

• 橢圓星系 （E）
• 螺旋星系 （S）
• 棒旋星系 （Sb）
• 不規則星系
  （其他的太多了，省略 :P）

棒旋星系

橢圓星系

螺旋星系

不規則星系

星系結構

銀盤

銀核

銀暈

約1.5萬光年

星系以上的結構

其實課本都沒什麼提到（？）

• 星系會集結成星系團（我們在本星系團）
• 很多星系團會集結成超星系團
• 目前已知最大的被萬有引力所束縛的結構

星系以上的結構

其實課本都沒什麼提到（？）

• 星系會集結成星系團（我們在本星系團）
• \( 10^{14} - 10^{15}\) 太陽質量
• 直徑 \( 5 \times 10^6 \text{  pc}\)
• 大部分的質量都是由暗物質組成

纖維組織

宇宙洪荒，唯我獨尊

星空是時間隧道

因為光的速度有限，且宇宙天體間的距離極為龐大，所以我們看到的是若干時間前的那個天體的樣子！

2ly

看到的是 2 年前的光！

星空是時間隧道

假設有一個處在 6500 萬光年外的外星人在看地球⋯⋯

時間：6500 萬年前

恐龍的訊息自地球出發

星空是時間隧道

假設有一個處在 6500 萬光年外的外星人在看地球⋯⋯

時間：6500 萬年前

隕石撞擊地球

星空是時間隧道

假設有一個處在 6500 萬光年外的外星人在看地球⋯⋯

時間：現在

外星人終於看到地球上有恐龍了

!

星空是時間隧道

也就是說，我們所看到的星空是很久很久以前由星星所散發出來的光，現在他們怎麼樣我們無從而知。

大霹靂假說

也就是說，我們所看到的星空是很久很久以前由星星所散發出來的光，現在他們怎麼樣我們無從而知。

大霹靂假說

也就是說，我們所看到的星空是很久很久以前由星星所散發出來的光，現在他們怎麼樣我們無從而知。

大霹靂假說

宇宙從一個奇點（Singularity）爆發，開始有了時間、空間、溫度、質量等概念，不斷擴張至今

• 是什麼讓他有辦法擴張？
• 一直擴張會帶來什麼結果？
• 宇宙的Heat Death，Information Death

大霹靂假說

那⋯⋯擴張是什麼樣的概念呢？

可以將宇宙想像成氣球的表面，而氣球越吹越大！

這樣子，氣球上的兩個點會越來越遠

變成3D的話，大概就是擴張的概念了！

大霹靂假說

有什麼證據支持大霹靂假說呢：

• 紅移的概念
• 3K 背景輻射

紅移現象（哈伯定律）

還記得老朋友都卜勒效應嗎？

紅移現象（哈伯定律）

• 光是電磁波，也就是說也適用
• 其他的波源因為宇宙擴張遠離，所以波長被拉長
• 波長變長就會顯得變紅，故名紅移
• （如果是靠近的話也有藍移，但是幾乎不會發生）

紅移現象（哈伯定律）

此外，哈伯還發現，

離我們越遠的星系，遠離的我們越快

（考慮氣球的比喻就可以知道為什麼了）

且呈線型關係：

\(v = H_0 \times d\)

• \(v\) 是天體遠離我們的速度
• \(H_0\)稱為「哈伯常數」，會隨著時間變化（通常可以視為宇宙年齡的倒數，可能是巧合？）
• \(d\) 為天體與我們的距離

海洋

「海納百川，有容乃大；壁立千仞，無欲則剛。」

--林則徐

海水的運動

地球的表面是 \(70\%\) 的水，與其叫做 Earth 還不如叫做 Ocean...

而其中海水是波瀾的，是湧動的，是千變萬化的⋯⋯

也與地球、太陽、板塊、月球等系統息息相關⋯⋯

潮汐

波浪

洋流

波浪

想像地球是一個裝滿的水盆，那要怎麼做才會產生波浪呢？

• 你吹水面
• 撞到盆子的邊緣
• 搖動盆子！

波浪

想像地球是一個裝滿的水盆，那要怎麼做才會產生波浪呢？

• 你吹水面 - 風浪、湧浪
• 撞到盆子的邊緣 - 碎浪
• 搖動盆子！ - 海嘯！

• 風浪波速慢，波長短，易衰減
• 湧浪波速快，波長長，傳遞遠

波浪 ｜ 風浪、湧浪、碎浪

P. 148

碎浪：長江後浪推前浪⋯⋯

P. 148：\(\frac{\text{波高}}{\text{波長}} > \frac{1}{7}\) 稱為碎浪

• 注意「波高」的定義，與水深不同！

風浪、湧浪

水與地的交接 ｜ 沿岸流

水與地的交接 ｜ 瘋狗浪

海岸附近，水深 \(h\) 波速 \(v\) 可近似為 \(\sqrt{gh}\)

\(\implies\) 淺水波速較慢！

岬角

慢

中

快

水波疊起來朝岬角集中

很危險！

水與地的交接 ｜ 裂流

沿岸流相撞的地方，水流向外快速流出

水與地的交接 ｜ 裂流

要如何逃離裂流？

1. 直接朝岸上游

2. 先朝別的地方游

水與地的交接 ｜ 裂流

要如何逃離裂流？

2. 先朝別的地方游

裂流速度太快了！

• 先平行海岸離開裂流範圍再朝岸上游泳

潮汐現象

為什麼會有潮汐？ 

太陽、月亮的引力將水拉走！

因為 \(F = \frac{GMm}{R^2}\) 所以月亮影響較大

大潮vs小潮

因為 \(F = \frac{GMm}{R^2}\) 所以月亮影響較大

\(\implies\) 太陽還是有影響！

小潮（七號、二十四）

大潮（初一、十五）

潮汐的週期

滿潮

乾潮

隨著地球自轉，一天以內通常會有兩次滿潮（Gura）、兩次乾潮（Satoru）！

潮汐的遲到

滿潮

乾潮

因為月球在半天之內約轉 \(6\degree\)，所以會晚約 \(24\)  分鐘漲潮，每天的時間會晚 \(50\) 分鐘

Ex. 今天 \(12:50\) 漲潮，則明天約 \(13:40\) 也會漲潮

跟上潮流

P. 150

漲潮

乾潮

朝著中間！

朝著外面！

以台中為大致的分界

洋流

洋流？

• 海洋又不是死水！
• 水流也不是亂流的呀
• 所以它的流動是有跡可循的，稱為洋流

表層洋流 vs 溫鹽環流

表層洋流

溫鹽環流

季風吹拂

密度差異

成因

較快

很慢！

速度

區域

全球

範圍

表面

深層

深度

表層洋流

北半球：順時針

南半球：逆時針

重要的：親潮、黑潮、赤道洋流

表層洋流可以幹嘛？

調節水溫：溫流（ex. 黑潮）、涼流（ex. 親潮）等

能夠調節當地的天氣！涼流、溫流通過的氣候大不同！

臺灣附近的表面洋流

P. 152

臺灣附近的表面洋流 - 溫度

P. 152

夏天整個都很熱

因為有沿岸流，所以那邊特別冷；黑潮那邊保持夏天一般的熱

黑潮是在黑幾點的？

P. 152

黑潮的水超級清澈！

• 光會一直投射下去
• 就一直被吸收
• 所以反射回來的就是深藍
• 近似黑色的顏色！
• 所以叫做黑潮
• 報告完畢

湧升流

P. 153

深層的水被帶上來！這個就叫做湧升流

帶來深層的營養鹽、低溫海水等物質到表面

風將表面的水吹離

ex. 秘魯

溫鹽環流

P. 153

速度極慢，一次需要約\(1500\)年！！

• 調節世界氣候、補充鹽分等的重要系統

溫鹽環流

P. 153

地球的古氣候

年歲的痕跡

藏在哪裡呢？

我們可以透過什麼來知道古代的氣候長怎麼樣呢？

古代的氣候的特徵會留下什麼證據呢？

該找什麼，找到之後該看什麼呢？

至少有這些！

P. 155

古樹木年輪

珊瑚遺骸

胞粉化石

鐘乳石

冰芯

沈積物

氧同位素的作用

P. 156

• 氧有 \(^{18}O\)、\(^{16}O\) 兩種
• \(^{18}O\) 比較重 \(\implies\) 比較不容易蒸發

• \(\delta ^{18}O = \frac{[^{18}O]}{[^{16}O]}\)

海水中：

• 比較熱：\(^{18}O\) 易蒸發，\(\delta ^{18}O\) 小
• 比較冷：\(^{18}O\) 易蒸發，\(\delta ^{18}O\) 大

冰芯中：

• 比較熱：\(^{18}O\) 易蒸發，\(\delta ^{18}O\) 大
• 比較冷：\(^{18}O\) 易蒸發，\(\delta ^{18}O\) 小

蒸發

大海

冰

降雨

地球的長時間氣候變化

P. 156

• 冷暖在循環！
• 為什麼越古老看起來比較沒有動盪？
• 我們現在其實是偏冷（？）

什麼會影響氣候？

太陽輻射

• 地球幾乎所有的能量來源都是來自太陽
   
• 可能除了地熱之類的
   
• 極地照太陽比較少：冷
• 赤道照太陽比較多：熱

這用膝蓋想也知道吧 :D

反照率

還記得我嗎！

量測一個物體會吸收多少比例的太陽光

ex. 冰雪是白色的，反照率 \(0.95\)

柏油路很吸熱，反照率 \(0.05\)

反照率

P. 157

變溫暖

變寒冷

板塊作用

• 改變海陸分佈（？）
   
• 造山作用：改變河川、大氣走向

溫室作用

• 溫室氣體會吸收來自大地的長波（紅外線）輻射，讓熱沒辦法脫離地球
   
• 很糟糕⋯⋯嗎？
   
• 如果完全沒有的話⋯⋯？

常見的溫室氣體：二氧化碳（\(\text{CO}_2\)）、水（\(\text{H}_2\text{O}\)）、甲烷（\(\text{CH}_4\)）等

如果沒有溫室氣體？

• 我們根本沒有辦法留住什麼熱！
• 地球約變成 \(-18\degree C\) 的冰球
   
• 中生代的時候，很多火山運動，很多二氧化碳，溫度比現在還高！

常見的溫室氣體：二氧化碳（\(\text{CO}_2\)）、水（\(\text{H}_2\text{O}\)）、甲烷（\(\text{CH}_4\)）等

溫室氣體到底好不好？

• 溫室氣體就像是棉被一樣
• 要蓋但是不能蓋太厚！！
   
• 矽酸鹽類岩石風化會消耗二氧化碳
  
  
  
   
• 二氧化碳濃度似乎有週期性（？）

反應式超複雜qq，知道就好

日地關係變化

果然還是離不開天文～ P. 159

許多很小的微小差別經年累月可以有巨大的改變！這整個系統稱為「米蘭科維奇循環」

• 繞日軌道會變
   
• 自轉軸傾角會變（章動）
   
• 自轉軸指向會變（進動）

繞日軌道的變化

Source: 維基百科截圖

• 地球繞著太陽的軌跡不是都一樣的，會變！
• 離心率（\(e\)）：
  • 圓：\(0\)
  • 直線：\(1\)
  • 對於橢圓來說，\(0 < e < 1\)
• 離心率越高，收到的輻射就越不相等（遠時收到較少，進時收到較多）
• 週期 ~ \(10\) 萬年！

超機車，這個數字要記一下！

進動與章動

地球就像是陀螺儀一樣，同時自轉與公轉：

進動

紅色的是章動

章動

進動與章動

進動

進動：地軸指向在改變

• 會影響什麼時候是夏至、冬至
   
• 現在：近日點冬至，遠日點夏至
   
• 相反的話：北半球溫差變大
   
• 週期： \(2.6\) 萬年

進動與章動

章動

進動：地軸傾角在改變

• 很像地球在「點頭」！
   
• 會改變太陽能夠直射的範圍（\(21.4\degree\)~\(24.5\degree\)）
  • 角度小則有利冰原發展
  • 想像成烤東西，而角度小就是都不翻面，角度大就是有好好翻面
     
• 週期： \(4.1\) 萬年

冰期，間冰期

地球在「冰期」（很冷）與「間冰期」（暖和）來回震盪，週期約 \(10\) 萬年

• 現在我們在「間冰期」！

全球暖化

uh oh

從上次冰盛期說起⋯⋯

P. 161

• 自從上次冰期最盛（冰盛期），地球開始暖和起來
   
• 中間有一次 新仙女木事件 ：突然回冷！！！
   
• 和數百年前的 小冰期

顯示暖化的數據

P. 161 ~ P. 162

溫度距平變化

（和平均的差異）

北半球春雪覆蓋面積

北極海夏季海冰面積

全球平均海平面高度變化

人類運動的影響

P. 162

結論：我們造成暖化加劇

為什麼圖5-30紅色曲線會震盪？

各種協定書

本章節的重點（？）

1992

聯合國氣候變化綱要公約

好像就只是個公約而已

1999

京都議定書

目標：溫室氣體排放量為 1990 平均少 5%

各種協定書

本章節的重點（？）

2012

哥本哈根協議

先進國家承諾提供資金幫助開發中國家對抗氣候排放

2015

巴黎協定

超多主要目標的，反正是最新的那個（X

聖嬰現象

為什麼叫做聖嬰現象？

España: El Niño

在聖誕節前後，秘魯那邊會發生異常溫暖、漁獲減少、氣候異常等現象
 

El Niño - 聖嬰 - 指耶穌

聖嬰とってなに？

I have no idea if that's correct

地球系統學

地球系統學

太陽能收支系統

碳循環

碳循環

碳循環

水循環

碳循環

海洋的作用

「圈」的概念

以前

現在

岩石圈

大氣圈

水圈

生物圈

岩石圈

大氣圈

水圈

生物圈

冰凍圈

地球、大氣能量的收支

• 太陽輻射 為最主要的能量來源
   
• 太陽輻射：短波（UV）入
• 地球輻射：長波（IR）出
   
• 溫室氣體吸收地球輻射，加熱
   
• 地表再吸收一次那個能量