戀愛中的小行星 06 天文部分科普 - 地球科學討論

※ [本文轉錄自 C_Chat 看板 #1UsExyEi ]

作者: papertim (吃紙小鹿) 看板: C_Chat
標題: [20冬] 戀愛中的小行星 06 天文部分科普
時間: Thu Jun 4 20:54:12 2020

今天，是個重要的日子

沒錯，是我老婆八神疾風的生日!! 耶~~疾風生日快樂~~~



終於到一半的集束了，看來要在暑假前搞定難度有點高呢

不過後面有幾集劇情比較多，印象中應該不會有那麼多需要講的

這集天文的部分會稍微多一點，當中有關潮汐和月相的部分有些國高中地科應該有提過

如果對這部當中的地科知識有興趣的話
也可以看看小弟前面po的幾篇文章
第一集#1U8QvJpQ (C_Chat)
第二集#1UBm14c7 (C_Chat)
第四集#1Umg7Xyr (C_Chat)
第五集#1UqHTb90 #1UqN6enF (C_Chat) 第二篇是強者我同學的補充

第三集沒什麼需要補充的，就沒有特別寫

-----------那麼，正文開始--------------

第一、天文的部分

https://i.imgur.com/N0Dt93u.png
月球的表面
就像櫻井學姊在第四集說的，月球表面主要是輝長岩和玄武岩
這部分就不再多講

這裡想說的是關於月亮的"正面"和"背面"
應該不少人聽過，月球一直用同一面面對地球
因此會攏統的將面對地球的面稱作正面，地球看不到的面稱作背面
月球之所以會這樣並不是巧合，而是一種稱為潮汐鎖定的現象

=====================高中地科複習====================

所謂的重力會隨著距離增加而減少，因此重力作用在一個有體積的物體上時
靠近重力源的感受到的重力比較大，反之遠離重力源的一側感受到的重力較小
因此重力會對這個物體產生平行重力方向的拉力，這個力稱為引潮力

實際的例子就是地球的潮汐
靠近月亮這側的海水受到月球的重力最大，所以會比較靠近月球，海水面較高
遠離月亮側的海水受到的重力最小，會遠離月球，因此海水面也會比較高

不要小看引潮力，在天文上這是足以改變星體形狀，甚至破壞星體的力
最有名的就是1994年時，一顆叫"舒梅克－李維九號彗星"撞擊木星的狀況
這顆彗星在向木星墜毀前，因為木星強大的引潮力而被扯成21個碎片

=====================================================

除了影響星體的形狀以外，引潮力還會減緩天體的自轉速度
最終的平衡就是相近的天體永遠只用同一面面對對方，月球就是處於這個狀態
而且若互繞兩個天體質量相近，雙方的引潮力會互相鎖定
冥王星和他唯一的衛星冥衛一就是互相鎖定的狀態
因此冥王星永遠只有一面看到的衛星，而冥衛一也只有一面看得到冥王星

地球和月球之所以沒有互相鎖定，是因為地球的質量遠高於月球(相差81倍)
但實際上地球的自轉速度確實有被拖慢，在侏羅紀時期地球一年有超過400天

回到月球本身，因為月球一直以"正面"對地球，因此造就了兩面完全不同的形狀
在背面因為不受遮蔽，大量隕石撞擊遍布月球的背面
正面則因為較少受到隕石撞擊，多數低且平的"海"都位於正面
而背面因為有大量隕石坑所造成的輝長岩，顏色相對正面而言比較白

再看一下夢露畫的月球
https://i.imgur.com/N0Dt93u.png
圖中的月球左半邊有比較多的海，是正面
而右半邊比較多隕石坑，且顏色較白，是背面
這證明她對月球真的很有愛，連背面都畫得出來



買月球上的土地
https://i.imgur.com/YKU2aaH.png https://i.imgur.com/xphpw3g.png
這可不是她奶奶在胡扯，真的有公司在做這個買賣
美國的Lunar Embassy公司真的有在賣月亮上的土地
你可以用每畝45鎂的價格買月球的土地
而且除了月球，他們還有賣火星或其他小行星的土地XD
至於實際的效力可以參閱官網
https://lunarembassy.com/
簡單來說就是買個夢想，買個浪漫

據說當年是某位失業人士在家看著月球的時候，突然腦中浮現一句話
"那裏有好多土地啊"
於是就創立了一家公司來賣月球上的土地，據說已經賣到7%左右了
真他媽是天才



米拉家窗外的月相
https://i.imgur.com/LJ4g6OZ.png比較早
https://i.imgur.com/DBYpewK.png比較晚
可以看到隨著時間過去，月亮的位置是有在移動的
有興趣的可以停下來回想一下高中地科的月相
1.這裡的月相是什麼？
2.從月相看起來大概是農曆幾號？

這裡做得非常細緻
第一、在拿雙筒望遠鏡觀測時視野有些微的晃動，表示了手持望遠鏡不可避免的手震
第二就是月亮隨時間移動的軌跡，對比兩張圖可以看出月亮有往右下角移動
而月球的亮面是朝向移動方向的，也就是面向西方

如果國中月相部分有記得，應該就會知道亮面在西邊的是上弦月
由於上弦月是在正午左右出現在東方地平線，到了傍晚應該位於西方的天空
所以動畫當中月相以及月亮的移動軌跡是有對應到當下的時間

這裡講的月齡就是指月亮從新月起算經過了幾天，7.9確實是上弦月
由此可知農曆的日期大約是初八左右
順帶一提標準的上弦月是7.4日，所以這邊的月球亮面理論上應該比一半多一點
而動畫中的畫面確實亮面比一半多一點

此外因為這個時間可以從落地窗看到月亮，所以可以知道這面窗是面向西方的
因此可以看出月球落下的軌跡是偏南的，這也符合北半球看到的狀況

各位同學有答對嗎?

https://i.imgur.com/iwM2LI4.png
展版的岩石與化石由於有點太模糊，不那麼適合講解就算了(懶
值得提的是最右邊的展板當中的人造衛星就是在第四集提到過的隼鳥號
而他用的圖片就是下面這張JAXA官網介紹隼鳥號的圖片
https://i.imgur.com/mUIzmQF.png



M101星系，又稱風車星系，其實這張圖的資訊量也不小
https://i.imgur.com/IqC4svO.png

這先科普一下所謂的梅希爾星表
有個法國的天文學家叫梅希爾，當年在找彗星的時候經常會被一些其他天體誤導
於是他就整理了在天上會看到的一些"長得像彗星"的天體，並編列成表在1774年發表
最初這個星表上一共列了45個天體，經過兩次增補到達103個，後人又補到110個天體
由於星表的功用僅止於避免和彗星搞混，並沒有依照這些天體的性質做分類
這些天體包含星雲、星團、或是星系，其中主要是星團和星系
這裡的M101就是指這個星表當中第101個天體
值得一說的是，由於其年代較早沒有攝影技術，天體的定位也沒那麼統一
因此有不少天體是根據後來的觀測紀錄，跟梅希爾自己的筆記比對出來的
其中對應M102這個編號的天體還沒有一個定論XD

另外現在有一個更完整的"星雲和星團新總表"，代號NGC
共有7840個天體，完整度遠超梅希爾星表，但由於編號較長，不利於記憶
所以在科普書籍和文章中，還是會優先用M系列的代號稱呼知名的星系或星雲

再來把焦點拉回M101
M101是一個位於大熊座方向的漩渦星系，也就是北斗七星的斗柄附近
距離地球約2000萬光年，其亮度大約為7.9等，必須用望遠鏡才能看到
其直徑大約17萬光年，比銀河系大了將近一倍左右
由於是"正面"對著我們，角度非常漂亮，適合用於展示以及解說漩渦星系的結構

此外，右邊可以看到三張小圖，是用不同波長的電磁波觀測M101的照片
由上到下分別是X光波段、可見光波段以及紅外線波段
這三種波段的觀測目標不同

X光主要用於顯示星系當中超新星、黑洞、中子星這些大質量恆星產物的位置
可見光用於觀測一般恆星的分布狀況，以及星系大致上的結構
紅外線則是用於觀測叫低溫的恆星以及星際氣體的分布，可提升星系質量估計的準確度

由於X光和紅外線都不是肉眼可見的光
所以右上和右下的圖都是依據訊號強度上色的結果
左邊的大圖則是將三張圖疊起來之後的合成照片
這張參考的原圖應該是下面這一張
https://i.imgur.com/1FtdLEC.jpg



特洛伊小行星群
https://i.imgur.com/GMVpcAV.png
兩人背後的圖是太陽系當中小行星的分布
可以看到位於木星軌道上有兩塊小行星較多的區域，稱為特洛伊小行星群

這裡要提到一個物理學上的名詞叫"拉格朗日點"，科幻作品中也滿容易提及這個名詞的
其意義簡單來說就是，在行星軌道上有五個特殊點
當一個質量相對行星而言可忽略的物體位於這五個點的時候
太陽、行星給予的重力會到達一個平衡點
這時物體會和行星以相同的速度繞行太陽，也就是太陽、行星、物體的相對位置會不變
其中由於L3是在恆星的另一側，在行星上幾乎不可能觀測到位於L3的天體
因此地球的L3便成為科幻小說可以發揮的想像力的一個位置

而特洛伊小行星群就是位於木星軌道的L4和L5的位置
由於木星的質量極大，就有不少小行星因為重力的關係停留在其拉格朗日點上
理論上每個行星都會有對應的小行星群，也都叫特洛伊小行星
太陽系中對應木星的規模最大，因此在沒有特別說明的情況下就是指木星軌道上的這兩群



第二部分、地質相關的

N值與標準灌入試驗
https://i.imgur.com/A91UvlB.png
說實在當初看到這個詞的時候我的第一反應是：
日本高中生就懂這個，我大學四年是不是白念了啊?

簡單來講一下N值的概念
就是讓固定重量(63.5 kg)的鐵砧，在固定的高度(76.2cm)下自由落體擊打採集岩心搜集器
當搜集器陷入深度達到30.8cm時結束，擊打的次數即為N值
而N值越大表示這邊土壤的內聚力越高、越緻密
在工程前的地質調查應用非常廣泛



地課社張貼的礦物介紹的海報
https://i.imgur.com/8zRnJwq.png (圖的右側)
https://i.imgur.com/BOF32j6.png
由於動畫內文字模糊，圖片解析度也不高
靠google和直覺猜了半個小時，最後還是有兩個看不太出來

上排，由左到右
方解石 礦物形狀+字都很清楚，就是碳酸鈣的結晶，前面有介紹過
鈣鈾雲母 我也不知道這是啥，總之是一種雲母，靠模糊的假名硬google出來的
不確定 這種深藍色可能是藍銅礦，因為都是漢字，這麼模糊實在太難
石榴子石 形狀滿明顯的+等軸晶系，日文寫的應該是ざくろ石，漂亮的可以當寶石
綠柱石 六角柱狀+綠色+六方晶系，祖母綠的原礦
角閃石 字算明顯+單斜晶系+黑色柱狀，火成岩和變質岩中分布很廣泛的礦物之一

下排，由左到右
綠松石 說真的圖看不太懂，還是靠假名google出來的，第五集介紹過
石膏 這張圖我看過XD。常出現在沉積岩中，指示乾燥的沉積環境
不知道 靠各位強者了 上礦物學的經驗：六方晶系+六角柱狀+看不懂=磷灰石(?)
拓帕石 晶形+文字，前面也介紹過
普通輝石 文字寫得滿清楚的，廣泛分布於基性火成岩中
鈣沸石 靠假名硬google出來的，主要特徵是針狀的晶簇


最後來介紹一下岩心這個東西
https://i.imgur.com/8zRnJwq.png
這裡可以看到地科社在學校鑽出的岩心分為四段
而上方依據岩心觀察，將地下的岩石或土壤分段並繪製出來
地質學家就是根據這些土壤和岩層的上下關係推測這裡過去發生的事情
這就是地質學當中的核心學門：地質喇叭學

最上方的"盛土"其實就是人工填土，用來讓建地表面保持水平
在操場或人工建築附近，最靠近地表大多是這種人工填土

=======以下來示範一下地質喇叭學(隨便唬爛，請慎入)========
下方的泥和黏土是類似的東西，代表其中顆粒大小小於2微米
這樣的顆粒代表此地沉積時處於水力較小的環境下
從圖上的表現來看來看，這兩段主要的差異是顏色

上段的泥的顏色以黑色為主，顯示這段當中的有機質特別多，且氧化物較少
這代表這段土壤在推積時上方有不少植物，而且是在缺氧的環境堆積
由這樣的線索來看比較接近湖泊或是沼澤

相對而言黏土的顏色比較偏紅褐色，這些紅褐色最有可能是土壤之中的鐵質被氧化
顯示這段土壤曾經暴露在有氧的環境下，也就是曾經露出水面
考慮到其顆粒也很細，有可能是處於氾濫平原的區域

最下段的粉砂顯示這段時期的堆積環境比水力較大，可能是河流的下游

綜合以上所述，可以猜測這裡早期是位於河流下游
因為河道遷移而轉變為氾濫平原的沉積環境
之後又因為河道淤積使這個區域變成沼澤的沉積環境

======================喇叭結束==========================

好啦其實就這麼一小段沒有細節的岩心當然隨我胡扯
相信我這段岩心找10個地質系的可以有20個不同的故事
他旁邊的文字也有推測說這裡是田地，也算是合理的推測
畢竟在風化的黏土上方直接蓋上有機泥滿奇怪的，如果是水田造成的有機泥就滿合理的

唯一有一點不滿的是她們用的圖例
黏土當中有一點一點的，但是粉砂層當中卻是整塊純色的
一般而言顆粒比較明顯的砂層或是粉砂層比較會用有點點的圖例
像黏土這種顆粒較小的反而比較會用純色的圖例


-----------------------正文結束---------------------------

最後一段有考慮過要不要貼出來，因為打完自己看都覺得鳥鳥的
但最後覺得既然都唬爛出來了，就姑且貼出來讓大家笑笑，別太認真

礦物海報的部分我真的盡力了，如果有人能夠看出來也不妨幫我補充一下

最後還是想吐槽一下這傢伙說的東西
https://i.imgur.com/uYaYjTQ.png
誰來告訴我為什麼從小到大每間學校都有一樣的都市傳說
這難道是日本人留下來的傳統嗎？

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