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「爸,媽,我想要念地球科學系。」但地科系到底在做什麼?

陳柏成 (Po Cheng Chen)
・2016/07/19 ・3535字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 525 ・七年級

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升大學這件事,常常是高中生必經的迷惘。圖片來自:pixabay

作者/P.C

今天,我想要和大家分享自己求學生涯的一點小心得,也希望透過這篇文章,讓更多對於升大學選填志願仍舊迷惘的高中生們有一些些幫助。

身為一個過來人,我知道當高中生在面對升大學這件事時,苦惱的人還真是不少;成績好的人,似乎能選填的科系無非就是那幾個,又或是對於某些科系很感興趣,卻又不知骨子裡是賣什麼葫蘆,更別說還要考慮在長輩壓力下,慎重思考未來的工作出路了。

那麼地球科學系呢?這到底是一個什麼樣的科系?

那年還是高中生的我,僅憑著高中堂數不多的地科課,以及一廂情願想拯救地球的使命感,便毅然決然在學測放榜後以推甄的方式,來到了國立成功大學地球科學系(看到科系名稱有「地球」兩個字,便一股腦地覺得和拯救地球一定相關)。「拯救地球」這想法,還真不是開玩笑!當年因為氣候變遷的議題愈來愈受各方重視,小小年紀的我滿腔熱血,覺得應該要為這個環境付出什麼,於是就這樣一腳踏入了地球科學系。

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然而,不諱言的說,地球科學是一個冷門科系。還記得高中那年選填志願時,生物老師曾說,別忘了想想以後出路,想法變了你就會後悔了。而在高中升大學的那年暑假,去補習班應徵打工,也曾被裏面老師調侃地科系到底能有什麼用。碰到類似這些事情,心情固然沮喪,但我運氣也很好,至少爸媽是支持我的,只因為我說喜歡自然,想多關心地球環境。而在往後含研究所的六年地球科學求學生涯,終於有了一些心得,可以回饋給對地球科學有興趣,卻又因種種緣由仍舊迷惘的高中生們。

首先,地球科學這門學問一點都不小,相反的,它非常的大。舉凡大氣、地質、海洋、太空甚至各自之間的影響等等都是一門學問。地震發生了,和地球科學有關;聖嬰現象來了,和地球科學有關;磅礡的山巒層疊與美麗的礦物們和地球科學有關;甚至那些我們人類乃至整個生命演化的歷史,無一處不和地球科學息息相關,如影隨形。

念地球科學相關的人,首先觀察力會慢慢變得特別的敏銳。

記得我們大學時期,有別於其他科系,我們的特色之一便是常常到處遊山玩水!(真的是有山有水不誇張)而真實原因是在於,地球科學很重視觀察這件事情。那些書本上教的學問,遠不如你一次到野外好好認識來得痛快。野外課通常會去哪些地方呢?其實只要是大自然的環境,都有可能!例如我們會去某些根本渺無人跡的地方攀岩,或是某座水庫上做水質調查,也有可能正在溯溪,甚至跑到離島或是國外(如美國大峽谷)。只要你走的是地球科學相關的科系,這類的神奇經驗只會多不會少(出海、雷達觀測等等也有),有時自己回過神來,猛然發現自己身處在一個陌生的蠻荒之地上,都有種我是叢林冒險王藤岡弘的錯覺。

通常這帶來的附加價值是,別人系上是快畢業才來一次畢業旅行,我們則是三不五時就像畢業旅行,一次野外一天兩天一個禮拜甚至更久都有,那些在大自然環境裡與同學們產生的革命情感,是一輩子都忘不了的珍貴回憶。而透過這些直接面對大自然的過程,我們也漸漸從一些微小的事物,開始懂得如何推論背後的脈絡與始末。

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後來我才了解,這其實是一門非常重要的訓練過程;誠如正身為高中生的你,可能也有些感觸,現在的台灣教育太習於將滿滿的知識一次塞給學生,而其實知識,尤其是自然領域的知識,往往多數都是建立在最基礎的「觀察」而來。有了觀察,心中有了想法,於是有了假設,開始想要去驗證。如此反覆,才慢慢構成了現今的知識體系。每一步走來,都是多麼的不容易。

面對未來,我們都會徬徨,因為沒有人能夠預知下一步會發生什麼事情。如果你覺得你會喜歡地球科學,那麼卻仍猶豫不決是否就讀相關科系的原因會在哪呢?我想根據過去的經驗,大致可以先初分以下幾種可能:

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當年出野外一景,大家沿著河床觀賞大自然的奧妙。圖片來自:原作者

1. 未來的出路好嗎?有錢途嗎?

這真是一個值得引戰且重量級的問題。依我目前初略的認知,首先要取決於你的眼界有多高,企圖心有多強,心中的理想有多遠。其實我想說的是,在現在這個全球化時代,「出路」這件事,早已不再侷限台灣小小本島,更何況地球科學這門學問;但提及至此,你必須先了解自己對於地球科學的喜歡是哪一個層次?

舉例來說,有的人喜歡地球科學,是因為他喜歡接觸大自然,那麼或許他可以朝野外工作邁進;有的人則是喜歡將地球科學分享給更多人了解,那麼當教師或是其他教育推廣者都是不錯選擇;又或是其實你想研究更深層次的背後理論,那麼遁入學術巨塔絕對是值得你考慮的一個方向。但話先說在前面,不同的工作類型都有他的困難處與進入門檻,這裡就先不細說,只是先有一個初步的輪廓。

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以上是約略說明「出路」的部份,那麼錢途呢?

從這裡開始,引戰指數開始飆升。首先這要看你從什麼角度切入。如果你想要賺大錢,自然比對的對象就會是台灣一些比較熱門的行業,並依他們平均薪資作為參考。但不瞞你說,如果你的心中真的著重於「賺大錢」,那麼確實在目前情況下,念地球科學方面的科系在台灣相對能有的平均薪資比不上那些熱門行業。

可是這裡有3點值得注意的地方:

第一,如果你的眼界不只在台灣,那麼自然就另當別論。地球科學在別的國家,重視的程度與給予薪資依據國家政策與本身擁有資源,當然也就有所不同。舉例來說,澳洲就是一個相對適合依靠海洋潮汐或波浪提供能源的國家,再加上相關能源政策,需要擁有海洋方面背景的人自然會更多,薪資也因需求而相對優渥;又或是因應氣候變遷,國外早已有多個相關顧問公司,幫助企業提供解決方案,這些都是地球科學領域者可以努力的方向。

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第二,既然想要「賺大錢」,那麼其實大多數的行業都可能無法滿足你的要求,如果你同時又很有想法與野心,或許在你人生規劃裡再放上一個創業;在台灣,既然地球科學相對冷門,意味著創業所面臨的競爭數量低(但不代表市場大),至於該如何塑造,就還是得依靠自己的敏略度與積累的經驗甚至資金才行。

第三則是趨勢。縱使現在地球科學相對冷門,但未來呢?隨著氣候變遷與能源議題愈來愈受重視,將會需要更多地球科學領域人才。舉例來說,面對氣候變遷,目前主要手段一個在於減緩(mitigation),一個在於調適(adaptation)。這兩者的不同在於,前者直接透過某些原既有措施的降低或停止而達到效果(例如要求排碳大戶將排碳量降低等等),而後者則是著重於面對未來氣候演變,我們該如何規劃與因應。後者就非常需要地球科學領域的人才,因為唯有我們投入研究背後機制,才能有更多相對應的對策。

所以你問未來的出路好嗎?有錢途嗎?依目前即將升大學的你來說,極有機會趕上這波趨勢,但這也取決於你的眼界與理想有多遠,危機就是轉機,能不能掌握轉機就還是得靠你自己了。

2. 進去後都在學一些什麼?會不會其實我根本沒興趣?

解決的方法就是多問學長姐,或是很多網路資源可以搜尋。這裡提供一個最簡單也最容易深入了解的方法,那就是參加「系展」。以成功大學地球科學系來說,每年都會固定舉辦一次系展,內容自然著重於地球科學的不同領域介紹。而透過參與系展,你除了能更認識地球科學本身外,對於該校該科系的風氣與學習方向,也可以問現場的很多大哥哥大姊姊解說員們(甚至教授有時會在現場),他們一定都會很樂意為你解惑的。

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3. 出野外會不會很危險?一定要出野外嗎?

對於地球科學相關領域來說,野外其實是一門必修課,也就是在大學 4 年期間,你一定有機會參與野外的!至於會不會很危險,在大多數的情況下,老師和助教絕對比你還擔心這個問題,所以至少在大學時期不用想太多。不過如果之後想再深入就讀研究所的話,依據所選領域的不同,野外有時確實也會有其危險的地方。研究所訓練的是如何解決問題,而如果到博士階段更是要懂得尋找問題。於是野外地點可能往往變成是一些渺無人跡但卻又只有你需要去的地方(因為其他人研究方向與你不同),危險性自然也就更高了。但是透過這樣的訓練,你將會懂得如何在野外有更安全的生存方式,而多找伙伴一同參與也是一個好的選擇(同時也比較不無聊);其實只要你是一個具有冒險熱忱的人來說,這樣的生活反而還是一種享受呢!

所以啦~如果你已經對地球科學產生了興趣,卻仍有些迷惘,希望透過這篇文章可以讓你有更進一步的了解;當然囉,如果你仍有相關的問題想詢問,也非常歡迎你來信至 geostorycontactus@gmail.com,又或者到我們網站投稿自己對地球科學的一些想法,便有機會在平台上與大家一同分享了!

本文轉載自 GEOSTORY聽聽地球怎麼說

文章難易度
陳柏成 (Po Cheng Chen)
12 篇文章 ・ 5 位粉絲
熱愛自然科學,曾擔任PanSci實習編輯,現於美國夏威夷大學就讀博士班。如有任何問題,歡迎來信:consciencecpc@gmail.com

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備審卡關、筆記好難整理?國高中生必學,一個 prompt 讓 AI 幫你做科系探索!
泛科學院_96
・2024/04/13 ・450字 ・閱讀時間少於 1 分鐘

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這集來分享學生必學的 AI 工具與操作!

本來是想做寫作業的 AI prompt,但肯定會被罵翻……因此這次聚焦在如何用 AI 協助整理筆記、職涯探索、製作歷程檔案等事情上。

廢話不多說,讓我們開始吧 !

最後,附上本支影片的學習懶人包:

如果你有更多想要學習的操作技巧,歡迎在下面留言跟我們敲碗~有其他想要看的 AI 測試或相關問題,也可以留言分享喔!

更多、更完整的內容,歡迎上科學院的 youtube 頻道觀看完整影片,並開啟訂閱獲得更多有趣的資訊!

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泛科學院_96
28 篇文章 ・ 38 位粉絲
我是泛科學院的AJ,有15年的軟體測試與電腦教育經驗,善於協助偏鄉NPO提升資訊能力,以Maker角度用發明解決身邊大小問題。與你分享人工智慧相關應用,每週更新兩集,讓我們帶你進入科技與創新的奇妙世界,為未來開啟無限可能!

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大家都知道「地球在動」,但你怎麼知道?
賴昭正_96
・2023/06/19 ・6380字 ・閱讀時間約 13 分鐘

  • 賴昭正/前清大化學系教授、系主任、所長;合創科學月刊

在第一本書中,我將描述球體的所有位置,以及我歸因於地球的運動,因此本書可以說是包含宇宙的一般結構。 在剩餘的書中,我將其它恆星和所有球體之運動與地球的移動性聯繫起來,這樣就可以確定如果歸因於地球的運動,它們的運動和外觀可以保存到什麼程度。

-哥白尼(Nicolaus Copernicus,1473 – 1543)

隨便找個國中生問:「地球是宇宙的中心嗎?」相信他們都會回答說:「不是。地球除了自轉外,還在繞著太陽公轉。」可是如果你緊接著問:「你怎麼知道它在動呢?」相信大部分的國中生(甚至大學生)可能就不知道怎麼回答了:「嗯⋯這?⋯那?⋯??」

這事實上是一個非常難以回答的問題,因此雖然早在公元前 250 年希臘天文數學家阿里斯塔克斯(Aristarchus ,公元前 310 – 230)就曾經提出地球繞日說,但這一理論不但不為大眾所接受,還給他帶來了一生的嘲笑。

而希臘數學家蛇床子(Eudoxus of Cnidus,公元前 410 – 347)於公元前 380 年左右提出以不動之地球為中心的宇宙模型則幾乎統領了以後 2000 年的宇宙觀!

你該如何證明地球自轉?圖/envatoelements

1543 年,波蘭哥白尼基於在數學上處理起來比較簡潔,在德國紐倫堡出版六本題為《De Revolutionibus Orbium Coelestium》(論天體運轉)之書,提出日心系統,謂地球不在宇宙中心之特別位置,而是與其它行星一起在圍繞太陽的圓形軌道上運動。

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此後經伽利略(Galileo Galilei,1564 – 1642)、開普勒(Johannes Kepler 1571 – 1630)、及牛頓(Isaac Newton,1643 – 1727)等天文數學家的發展,地球繞日說不但慢慢地為天文學家所接受,也漸漸成為主流的宇宙觀。但這些發展似乎都是紙上談兵而已,並不是真正的觀察實驗結果。

有什麼方法可以證明地球是在動的呢?

加速度運動

相信大部分的讀者都有下面的經驗,那就是坐在平穩(等速)直線行駛的車廂內不會覺得火車在動;如果那個時候旁邊也有一輛類似的火車經過,我們根本無法知道到底是誰在動。

事實上不止不會覺得火車在動,伽利略早在四百多年前就告訴我們:不管在車廂裡做任何實驗都沒有辦法偵測出火車在動的(相對論)。但是如果火車突然加速,我們便可立即警覺到火車在動。

如果坐在等速前進的火車中你不會感受到火車在動。圖/envatoelements

圓周運動因為運動方向一直在改變,所以不是直線運動,而是一種加速度運動。坐遊樂場所裡的旋轉木馬之所以有被往外甩的感覺便是因為加速度造成的。地球的自轉及公轉都是圓周運動,我們不是也應該有被往外甩的感覺嗎?

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高中物理告訴我們圓周運動的加速度 a 為

上式中的 v 為圓周上物體的運動速度,r 為圓半徑。地球自轉運動最厲害的地方在赤道上, 將其值及地球半徑代入上式,得地球自轉在赤道上的加速度為 0.033 m/s2,只有重力加速度 9.8 m/s2 的 300 分之 1 而已。

這加速度需要 14 分鐘才能將車子或火車從零加速到時速 100 公里(「高性能」車子大約只需十秒鐘),我們能感覺出來嗎?此一往外甩的慣性力【常被稱為「離心力」(centrifugal force)與重力方向相反,因此如果有非常精確的體重機,原則上可以讓我們測出赤道上重量減輕,證明地球在自轉的。

將地球公轉的平均速度及半徑代入上式,則得地球公轉的加速度為 0.006 m/s2,與重力加速度一比更是微乎其微。所以想靠地球自轉及公轉的加速度來偵測地球在動顯然是相當困難的。

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恆星視差

坐火車的人都有這一經驗:窗外比較近的東西從眼前飛過,越遠的東西就越不動。所以如果火車是從左往右,當你比較圖一中遠近不同之 A、B 兩點的相對位置時,你將發現中非常遠的 A 點不動;但是比較近的 B 點則會從 A 之右邊 B’ 移到 A 之左邊 B”。事實上這視差與火車動不動無關,而是因 A、B、及觀察者三者的相對位置而異。

圖/作者提供

同樣的道理,因為地球繞太陽公轉,我們可以在兩個不同的軌跡點(例如夏至及冬至兩點)看到這「恆星視差」(stellar parallax)現象(圖一)。1838 年,德國天文學家貝塞爾(Friedrich Bessel)成功測量了天鵝座(Cygni)61 號恆星的視差,證明地球並不是一年四季都在同一個位置。當然,不在同一個位置表示「動過」,所以間接地證明了地球在動。

星光像差

站在大雨筆直而下的大街上時,你只需將雨傘直接舉過頭頂即可保持乾爽。可是當你開始走路時,你便必須將雨傘朝行走方向傾斜以免被淋濕,走得越快,傾斜度就需要越大。如果不知道雨是垂直而下(對地球而言),你將誤以為雨是從前方傾斜而至(對你而言)。

(左)在雨中靜止不動;(右)在雨中往右跑。 圖/作者提供

同樣的道理。當地球繞太陽公轉運動時,我們也可以檢測到與運動速度有關之入射星光的「傾斜」(見圖二)——在天文學上稱為「星光像差」(stellar aberration)。因為地球一年四季的運動速度不同,所以「像差」也將因之而異。。

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1725 年起,英國天文學家布拉德利(James Bradley)及同事一直在努力想測量天龍座伽馬(Gamma Draconis)的視差;他們雖然沒有找到預期的現象,但卻發現天龍座伽馬在三天內往「錯誤」的方向移動了驚人的弧度。在同事去世後不久,布拉德利終於意識到這無法用視差來解釋的現象是:因地球在恆星方向運動速率不同之「光像差」(light aberration)和光速有限所引起的。

布拉德利於 1729 年元月向英國皇家學會宣布此一首次確鑿證明地球在「動」的發現,提供了阿里斯塔克斯、哥白尼、和開普勒理論正確性的觀察證據。巴黎天文台台長德蘭布爾(Jean Delambre)認為這是「(18 世紀)最輝煌、最有用的發現」;在其 1821 年所出版之《18 世紀天文學史》中謂:「正是由於布拉德利的這⋯發現,我們才有了現代天文學的準確性。」 

圖/作者提供

傅科

最能夠直接證明地球每日自轉的實驗是「傅科擺」(Foucault pendulum)。法國人傅科(Léon Foucault,1819 – 1868) 小時候對學校功課沒興趣,喜歡自己在家建造玩具和機器。1839 年進入巴黎醫學院,看到血就昏暈,因此只好放棄從醫。但指導教授多內(Alfred Donné)慧眼識英雄,把他留聘為助手從事研究,兩人於 1845 年合作出版了《顯微鏡課程》(A Course of Microscopy)。

傅科與多內的合作開啟他作為科學傳播者的職業生涯:多內退休後,傅科成為具有影響力之《辯論雜誌》(Journal de Débats ) 的科學編輯,接替了多內向公眾報導最新科學領域發展的角色。透過每週生動地報導巴黎科學院會議,傅科很快引起了公眾和科學精英的注意,包括了法國具有影響力的數學家和政治家阿拉戈(François Arago)。

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圖/作者提供

1850 年傅科突發出奇想:如果能夠設計出一個鐘擺,其頂點雖可以隨地球上的支架移動,但能完全自由轉動(也就是與支架間的旋轉摩擦力為零);那麼鐘擺一旦開始擺動,因為不會跟著地球旋轉,地球將在其下方旋轉——但對地球上觀察者來說,將是擺動平面在旋轉。1851 年元月,傅科在家中地下室成功地建造了這樣一個鐘擺後,阿拉戈要求他在巴黎天文台也裝置一個。

不久後,巴黎的每一位科學家都收到了前往巴黎天文台參觀鐘擺的邀請。在天文台進行實驗證明地球確實在旋轉的 1851 年 2 月 3 日,阿拉戈也向科學院宣讀了現在稱為「傅科擺」的論文。幾週後,傅科在巴黎萬神殿(Panthéon)的圓頂上用一根 67 米長的金屬絲懸掛了一個重 28 公斤的黃銅塗層鉛擺,又復製了一個「傅科擺」(圖三,註 1)。

傅科擺的物理

台灣早期科教館曾經展示過「傅科擺」,現在已經找不到了。但相信許多讀者都曾在世界其它各地(如北京或廣州)看過。如果在北極的正上方掛一個「傅科擺」,我們很容易直覺地了解地球將在其下方以 24 小時的週期旋轉。將鐘擺掛在赤道上某一點的正上方,則它只受到地球自轉的前進推力(見後),筆者還可以了解(看出)地球在其下方不會旋轉;但筆者很難想像掛在台北的上空時,地球如何在其下方旋轉?

在忘寢廢食之苦思後,筆者終於領悟到伽利略 1630 年用來錯誤地「證明」地球在動的例子,事實上正是解釋 1851 年「傅科擺」的最佳工具。一個往東方前進之逆時針方向旋轉輪子,在任何一瞬間,對「一位靜止不動的旁觀者 A」來說(圖四左),最上方那一點的速度應該比中間點慢,最下方那一點則比中間點快(註 2)。

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但是對於與輪子同時前進、但不旋轉之中間觀察者 B 來說(圖四中),兩個向量相減的結果,上方那一點的速度將是往左,下方那一點的速度則是往右,這正是為什麼他只看到輪子在逆時針方向旋轉的原因。對一位隨輪子旋轉及前進之中間觀察者 C 來說,則輪子不轉不動:如果觀察者 B 不是一個數學點的話,將依順時針方向旋轉(圖四右,註 3)!

圖/作者提供

地球自轉造成台北 101 大樓往右的旋轉推力;大樓南方因為旋轉圈子比正上方的中間點大,速度因之比中間點快;反之,大樓北方則因為旋轉圈子較小,速度應比中間點慢(圖五白色箭頭)。所以對旁觀者 A 來說, 101 大樓中間點及南、北方兩點之表面速度如圖四左所示;圖四中則為觀察者 B 所看到的:整個台北(地球表面)在圍他逆時針方向旋轉。

住在地球上的我們當然是隨著台北地球表面旋轉的觀察者 C:整個台北不轉不動,B 在順時針方向旋轉;如果 B 是「傅科擺」(記得掛它的條件嗎?),則是鐘擺平面在順時針方向旋轉!同樣的原理我們可以推論到:「傅科擺面」在北極會順時針方向旋轉(週期 24 小時);在赤道上不旋轉(因南、北方兩點之速度一樣);越北的「傅科擺」週期越短(因南、北方兩點之速度差別越大,註 5)。

結論

在「加速度運動」一節裡,我們談到了地球的自轉及公轉所產生的效應在日常物體的運動中,因與其它力相比太小了,很難偵測到。但在長距離和長時間的大規模運動中(如大氣中之空氣或海洋中之水),它還是可能脫穎而出變得很明顯的,例如海邊高(低)潮之所以每天出現兩次,正是因為地球自轉的關係(註 2)。

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又如時常發生在台灣之熱帶氣旋(颶風)的形成,事實上也正是因地球自轉之故:在北半球產生逆時針的氣旋(註四),在南半球將產生順時針的氣旋。但赤道附近因旋轉太小,不會有颱風的。

除傅科擺外,要證明地球在動的原理似乎都很容易理解,但不容易執行;反之,傅科擺似乎容易製作,卻不容易理解。怪不得雖然早有人懷疑地球在動,但卻必須等了兩千年才能觀測到。即使在科技突飛猛進的今天,要證明地球在動似乎也不是幾個字就可以解釋清楚的,怪不得國中生(甚至大學生)只能支吾以對了。

*************** 猜猜看:旁觀者 A 是誰 ***************

我們在圖四及文中提到了「一位靜止不動的旁觀者 A」;不知讀者是否曾在心中質問「他是誰呢?」牛頓也曾想過這個問題:這位靜止不動的旁觀者在他心中是「絕對空間」——一個永遠存在那裡靜止不動的宇宙背景。

但是與他同時代的德國哲學家、科學家和數學家萊布尼茲(Gottfried Leibniz,1646 -1716)卻認為根本沒有這種空間,空間只是一種幻覺。對愛因斯坦發展廣義相對論有巨大啟發的馬赫(Ernst Mach,1838 -1916,奧地利物理學家兼哲學家)是一位十足的實證派人物,他認為任何可觀察到的現象都是相對於遙遠的恆星(或宇宙中所有的物體),因此從這裡得出地球在旋轉的結論是不合理的:我們怎麼知道不是恆星在旋轉呢?當太空沒有任何物體時,地球是否還在自轉呢?

德國哲學家、科學家兼數學家,萊布尼茲(Gottfried Leibniz,1646 -1716) 圖/wikimedia
奧地利物理學家與哲學家,馬赫(Ernst Mach,1838 -1916) 圖/wikimedia

他認為如果沒有其它物體比較,地球與靜止無異,旋轉沒有任何意義。因此對馬赫來說,加速不是絕對的、也是相對的!所以地球的自旋是相對於這「一位靜止不動的旁觀者」(遙遠的恆星)而言的,是它造成的!讀者相信馬赫的觀點嗎?或者根本沒有這個人(萊布尼茲幻覺空間)?或者還是比較相信牛頓的絕對空間? ⋯⋯甚或是因為我去看它,所以地球才在旋轉的近代量子物理觀?對這些爭論有興趣的讀者請參考《我愛科學》。

註解

  1. 原來之擺錘在 2010 年 4 月 6 日因電纜斷裂損壞無法修復,現在的鉛擺為複製品。
  2. 伽利略錯誤地認為這一快一慢的(地球)速度變化正是造成潮汐現象的原因;依照他這一個理論,海邊高(低)潮每天只出現一次,但事實上我們知道因為地球自轉的關係,高(低)潮每天出現兩次。牛頓正確地解釋了潮汐現象主要是因月球引力造成的。
  3. 如果 B 或 C 向前丟出去一顆石子,則 B 將看到該石子直線前進;但是因為「科氏力」(Coriolis force )的關係,C 將看到該顆石子沿右彎的曲線前進;詳見『「 離心力 」真的存在嗎?』。所以「科氏力」可用來解釋「傅科擺」在地球表面的軌跡(與地點緯度、從什麼地方啟動鐘擺、及鐘擺長度有關;加上鍾擺頂點雖然不隨地面旋轉,但並不是「絕對」靜止不動,而是隨地球自轉及公轉,因此細節上是很複雜的,以至於在網路上可以看到許多不同或不完全正確的軌跡圖)。
  4. 因為註 3 之「科氏力」。在網絡上可以看到不少用同樣的原理來解釋水槽、浴缸、或抽水馬桶排水時,在北半球的水流將是逆時針方向旋轉。筆者家中兩個抽水馬桶排水時都是逆時針旋轉,不知讀者府上是否也是一樣?但筆者覺得像加速度一樣,我們不可能偵測到地球自轉對這麼小之水體影響的,有興趣的讀者可參考英文《科學美國人》 2001 年的『有人終於以解決了「水流下排水管的方向是否會因您所在的半球而異」這個爭論?如果有,為什麼?』。
  5. 我們可以利用微積分來計算圖四中之旋轉速度。如果地球的半徑為 R,該中心點是地球表面緯度 Φ 上的一點,則其地球旋轉半徑應該是 Rcos(Φ),將它乘以地球自轉速率 ė,即得在該點的直線速度。其上下兩點的直線速度微差 dėRcos(Φ) 造成對該點的旋轉(圖四中),將它除以旋轉微半徑 RdΦ 則得附近表面對該點的旋轉速率: 。鐘擺的週期與之成反比;台北的緯度為 25°N,故「傅科擺」的週期為 56.8小時[=(24小時)/sin (25°)]

參考資料

賴昭正_96
42 篇文章 ・ 50 位粉絲
成功大學化學工程系學士,芝加哥大學化學物理博士。在芝大時與一群留學生合創「科學月刊」。一直想回國貢獻所學,因此畢業後不久即回清大化學系任教。自認平易近人,但教學嚴謹,因此穫有「賴大刀」之惡名!於1982年時當選爲 清大化學系新一代的年青首任系主任兼所長;但壯志難酬,兩年後即辭職到美留浪。晚期曾回台蓋工廠及創業,均應「水土不服」而鎩羽而歸。正式退休後,除了開始又爲科學月刊寫文章外,全職帶小孫女(半歲起);現已成七歲之小孫女的BFF(2015)。首先接觸到泛科學是因爲科學月刊將我的一篇文章「愛因斯坦的最大的錯誤一宇宙論常數」推薦到泛科學重登。

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30年來全球最大的火山爆發?日本都發布海嘯警報了,臺灣呢?feat. 不會冷&阿樹【科科聊聊 EP.77】
PanSci_96
・2022/01/28 ・2692字 ・閱讀時間約 5 分鐘

泛泛泛科學Podcast這裡聽:

你覺得「海嘯」和臺灣人的距離有多遠?1 月 15 日東加王國的海底火山大爆發,不僅炸毀了當地的無人島和海底電纜使得對外通訊全部中斷,火山灰、海嘯的威脅更使得環太平洋國家人心惶惶,臺灣的鄰居——日本甚至發布了大範圍的海嘯警報。

這個三十年來全球最大的火山爆發,究竟是怎麼一回事?們有辦法透過科學儀器提前偵測海嘯嗎?臺灣有沒有被海嘯侵襲的紀錄和可能性?讓我們一起和 y 編、泛科學專欄作者阿樹以及從事海嘯和地震觀測工作的不會冷,一起聊出這些問題的答案!

  • 00:36 引起全球矚目的「東加火山大爆發」

不會冷指出,東加火山在臺灣時間 1 月 15 日 12 點 15 分左右爆發後,有很多氣壓計都有顯示出異常的訊號,並引發地球科學社群的熱烈討論。傍晚時,國內的新聞媒體也開始陸陸續續出現海嘯相關的報導。 此次東加爆發的火山是由洪加湯加、洪加哈派兩座無人島組成,是一座大型的海底火山,上一次的噴發紀錄落在 2014 年附近,而這一次的大規模爆發其實有點出乎科學家的意料。阿樹補充道,以當前地球科學界而言,海底火山非常難以被偵測,不僅聲納所得出的精確度不高,就連許多監測陸地火山的方法如氣體、地表變形都難以應用,現在大都只能用地震資料來監測海底火山。

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  • 10:35 東加火山爆發後,發生了什麼事情?

阿樹表示,近日有許多媒體會以「 30年來全球最大的火山爆發」來形容東加事件,在此前就是 1991 年於菲律賓爆發的皮納土波火山,它與 1815 年印尼坦博拉火山引起的「無夏之年」一樣,當時都對地球的氣候造成了嚴重的影響。而根據科學家們的判斷,這一次東加海底火山爆發事件,並不會大範圍的改變氣溫或氣候,也不會對臺灣產生什麼顯著的災害,後續的觀測也顯示海嘯傳遞到臺灣時,浪高少於 30 公分。

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東加海底火山爆發,被地球科學家認為是當地「千年難得一遇」的大規模爆發事件。圖/NASA
  • 15:36 日本都發布海嘯警報了,臺灣卻沒什麼感覺?

不會冷指出,一般而言,比起地震、斷層、海溝引起的海嘯,火山爆發所導致的海嘯波長都會比較短,衰減的速度較快,也不會影響到太遠的地方。此外,以臺灣的海嘯預警作業而言,針對像是東加火山這種遠地的事件,就必須仰賴太平洋海嘯警報中心所提供的訊息,才可以評估要不要發布海嘯警報。

延伸閱讀:

台灣面臨海嘯威脅時,該如何應對?專訪海嘯專家吳祚任

逼逼逼~海嘯警報,別成國家級邊緣人!——《震識》

爆發當天,除了太平洋海嘯警報中心沒有立即的動作、美國地質調查所沒有上傳地震資訊,普遍認知上也大都不認為火山會引發嚴重海嘯,因此中央氣象局並沒有發布海嘯警報。反觀日本發布海嘯警報的作法,反而是違反經驗和常理的,而後續的觀測也顯示海嘯的高度並沒有日本預測的 3 公尺那麼驚人。

  • 22:05 海嘯不是一波高浪打來,而是永無止盡的漲潮

海嘯是週期很長、波長也長的水波,波長可以高達數公里到數百公里。當地震、斷層或海溝產生錯動時,容易使地表產生大範圍的形狀變化,進一步對海水造成擾動,最後就有可能形成「海嘯」。不會冷表示,由於海嘯的波長很長,所以其實海嘯不是大家想像的被浪打到,更像是一場永無止盡又快速的漲潮。如果只是浪高很高,波長很短,那就不是海嘯,而是瘋狗「浪」。

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  • 24:40 臺灣的海嘯紀錄竟然要去廟裡看?

阿樹指出,較近期的、討論較多的海嘯紀錄是 1867 年的基隆海嘯,但原因並不明,當時也沒有什麼科學儀器和資料留下來,只有一些歷史文獻記錄著當地有大水。不會冷說明,國內經確認的海嘯紀錄不多,但未經確認的海嘯文獻其實很多,像是屏東、臺東的廟誌都有許多像是「大水」逞罰不孝子、八重山地震引發 80 公尺高的海嘯紀錄,可惜的是,我們很難確認這到底是煞有其事,抑或只是古人們的誇大其實。

延伸閱讀:

面對海嘯有三寶,水門、堤防、趕快跑!──《課本沒教的天災日本史》

海嘯石辨認指南:颱風都能搬大石頭了,還需要海嘯嗎?

18 世紀臺灣西南沿海真的發生海嘯嗎?——《科學月刊》

你以為海嘯就像是一波大浪拍到岸上?不不不,這個觀念是錯誤的!圖/Flickr @Douglas Sprott
  • 29:00 「東部海很深所以不會有海嘯」是真的還是假的?

坊間傳聞,因為臺灣東部的海域很深,所以我們才不會面對來自東加的海嘯?這個說法是錯誤的!不會冷澄清,海嘯會有所謂的「淺化」現象,當水深越來越淺,波速會越來越慢,波長會越來越短,使得能量被累積、浪高也越來越高,而人類住在陸地上,只要海嘯來,就會經過淺化,不會因為東部的海深而沒有海嘯。

  • 34:18 經過東加火山事件,臺灣學到了什麼?

不會冷認為,當前中央氣象局的海嘯發布作業有極大的程度仰賴太平洋海嘯警報中心,也許未來在發布作業上可以有檢討和調整的空間,而近年氣象局也建置了海嘯浮標、海底電纜等等非常先進的儀器,這一次東加火山事件也可以成為這些儀器使用上的寶貴觀測經驗。

延伸閱讀:

臺灣會發生海嘯嗎?東部海域的地震「烽火台」海纜觀測系統

那些海嘯教我們的事

阿樹則感慨的說,相比起地震,臺灣人對於海嘯還是太陌生,從基礎研究、發布作業、預警配套到海嘯的科普教育,都非常的不足。從歷史的經驗來看,人們總是要經過一次嚴重的天災,才會懂得重視、懂得害怕,例如經過九二一大地震後,臺灣的防災教育、相關法規和研究才有了大幅度的進步,難道海嘯也要透過血淚才能得到教訓嗎?想必這是大家都不樂見的未來。

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「爸,媽,我想要念地球科學系。」但地科系到底在做什麼?
陳柏成 (Po Cheng Chen)
・2016/07/19 ・3535字 ・閱讀時間約 7 分鐘 ・SR值 525 ・七年級

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升大學這件事,常常是高中生必經的迷惘。圖片來自:pixabay

作者/P.C

今天,我想要和大家分享自己求學生涯的一點小心得,也希望透過這篇文章,讓更多對於升大學選填志願仍舊迷惘的高中生們有一些些幫助。

身為一個過來人,我知道當高中生在面對升大學這件事時,苦惱的人還真是不少;成績好的人,似乎能選填的科系無非就是那幾個,又或是對於某些科系很感興趣,卻又不知骨子裡是賣什麼葫蘆,更別說還要考慮在長輩壓力下,慎重思考未來的工作出路了。

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那麼地球科學系呢?這到底是一個什麼樣的科系?

那年還是高中生的我,僅憑著高中堂數不多的地科課,以及一廂情願想拯救地球的使命感,便毅然決然在學測放榜後以推甄的方式,來到了國立成功大學地球科學系(看到科系名稱有「地球」兩個字,便一股腦地覺得和拯救地球一定相關)。「拯救地球」這想法,還真不是開玩笑!當年因為氣候變遷的議題愈來愈受各方重視,小小年紀的我滿腔熱血,覺得應該要為這個環境付出什麼,於是就這樣一腳踏入了地球科學系。

然而,不諱言的說,地球科學是一個冷門科系。還記得高中那年選填志願時,生物老師曾說,別忘了想想以後出路,想法變了你就會後悔了。而在高中升大學的那年暑假,去補習班應徵打工,也曾被裏面老師調侃地科系到底能有什麼用。碰到類似這些事情,心情固然沮喪,但我運氣也很好,至少爸媽是支持我的,只因為我說喜歡自然,想多關心地球環境。而在往後含研究所的六年地球科學求學生涯,終於有了一些心得,可以回饋給對地球科學有興趣,卻又因種種緣由仍舊迷惘的高中生們。

首先,地球科學這門學問一點都不小,相反的,它非常的大。舉凡大氣、地質、海洋、太空甚至各自之間的影響等等都是一門學問。地震發生了,和地球科學有關;聖嬰現象來了,和地球科學有關;磅礡的山巒層疊與美麗的礦物們和地球科學有關;甚至那些我們人類乃至整個生命演化的歷史,無一處不和地球科學息息相關,如影隨形。

念地球科學相關的人,首先觀察力會慢慢變得特別的敏銳。

記得我們大學時期,有別於其他科系,我們的特色之一便是常常到處遊山玩水!(真的是有山有水不誇張)而真實原因是在於,地球科學很重視觀察這件事情。那些書本上教的學問,遠不如你一次到野外好好認識來得痛快。野外課通常會去哪些地方呢?其實只要是大自然的環境,都有可能!例如我們會去某些根本渺無人跡的地方攀岩,或是某座水庫上做水質調查,也有可能正在溯溪,甚至跑到離島或是國外(如美國大峽谷)。只要你走的是地球科學相關的科系,這類的神奇經驗只會多不會少(出海、雷達觀測等等也有),有時自己回過神來,猛然發現自己身處在一個陌生的蠻荒之地上,都有種我是叢林冒險王藤岡弘的錯覺。

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通常這帶來的附加價值是,別人系上是快畢業才來一次畢業旅行,我們則是三不五時就像畢業旅行,一次野外一天兩天一個禮拜甚至更久都有,那些在大自然環境裡與同學們產生的革命情感,是一輩子都忘不了的珍貴回憶。而透過這些直接面對大自然的過程,我們也漸漸從一些微小的事物,開始懂得如何推論背後的脈絡與始末。

後來我才了解,這其實是一門非常重要的訓練過程;誠如正身為高中生的你,可能也有些感觸,現在的台灣教育太習於將滿滿的知識一次塞給學生,而其實知識,尤其是自然領域的知識,往往多數都是建立在最基礎的「觀察」而來。有了觀察,心中有了想法,於是有了假設,開始想要去驗證。如此反覆,才慢慢構成了現今的知識體系。每一步走來,都是多麼的不容易。

面對未來,我們都會徬徨,因為沒有人能夠預知下一步會發生什麼事情。如果你覺得你會喜歡地球科學,那麼卻仍猶豫不決是否就讀相關科系的原因會在哪呢?我想根據過去的經驗,大致可以先初分以下幾種可能:

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當年出野外一景,大家沿著河床觀賞大自然的奧妙。圖片來自:原作者

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1. 未來的出路好嗎?有錢途嗎?

這真是一個值得引戰且重量級的問題。依我目前初略的認知,首先要取決於你的眼界有多高,企圖心有多強,心中的理想有多遠。其實我想說的是,在現在這個全球化時代,「出路」這件事,早已不再侷限台灣小小本島,更何況地球科學這門學問;但提及至此,你必須先了解自己對於地球科學的喜歡是哪一個層次?

舉例來說,有的人喜歡地球科學,是因為他喜歡接觸大自然,那麼或許他可以朝野外工作邁進;有的人則是喜歡將地球科學分享給更多人了解,那麼當教師或是其他教育推廣者都是不錯選擇;又或是其實你想研究更深層次的背後理論,那麼遁入學術巨塔絕對是值得你考慮的一個方向。但話先說在前面,不同的工作類型都有他的困難處與進入門檻,這裡就先不細說,只是先有一個初步的輪廓。

以上是約略說明「出路」的部份,那麼錢途呢?

從這裡開始,引戰指數開始飆升。首先這要看你從什麼角度切入。如果你想要賺大錢,自然比對的對象就會是台灣一些比較熱門的行業,並依他們平均薪資作為參考。但不瞞你說,如果你的心中真的著重於「賺大錢」,那麼確實在目前情況下,念地球科學方面的科系在台灣相對能有的平均薪資比不上那些熱門行業。

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可是這裡有3點值得注意的地方:

第一,如果你的眼界不只在台灣,那麼自然就另當別論。地球科學在別的國家,重視的程度與給予薪資依據國家政策與本身擁有資源,當然也就有所不同。舉例來說,澳洲就是一個相對適合依靠海洋潮汐或波浪提供能源的國家,再加上相關能源政策,需要擁有海洋方面背景的人自然會更多,薪資也因需求而相對優渥;又或是因應氣候變遷,國外早已有多個相關顧問公司,幫助企業提供解決方案,這些都是地球科學領域者可以努力的方向。

第二,既然想要「賺大錢」,那麼其實大多數的行業都可能無法滿足你的要求,如果你同時又很有想法與野心,或許在你人生規劃裡再放上一個創業;在台灣,既然地球科學相對冷門,意味著創業所面臨的競爭數量低(但不代表市場大),至於該如何塑造,就還是得依靠自己的敏略度與積累的經驗甚至資金才行。

第三則是趨勢。縱使現在地球科學相對冷門,但未來呢?隨著氣候變遷與能源議題愈來愈受重視,將會需要更多地球科學領域人才。舉例來說,面對氣候變遷,目前主要手段一個在於減緩(mitigation),一個在於調適(adaptation)。這兩者的不同在於,前者直接透過某些原既有措施的降低或停止而達到效果(例如要求排碳大戶將排碳量降低等等),而後者則是著重於面對未來氣候演變,我們該如何規劃與因應。後者就非常需要地球科學領域的人才,因為唯有我們投入研究背後機制,才能有更多相對應的對策。

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所以你問未來的出路好嗎?有錢途嗎?依目前即將升大學的你來說,極有機會趕上這波趨勢,但這也取決於你的眼界與理想有多遠,危機就是轉機,能不能掌握轉機就還是得靠你自己了。

2. 進去後都在學一些什麼?會不會其實我根本沒興趣?

解決的方法就是多問學長姐,或是很多網路資源可以搜尋。這裡提供一個最簡單也最容易深入了解的方法,那就是參加「系展」。以成功大學地球科學系來說,每年都會固定舉辦一次系展,內容自然著重於地球科學的不同領域介紹。而透過參與系展,你除了能更認識地球科學本身外,對於該校該科系的風氣與學習方向,也可以問現場的很多大哥哥大姊姊解說員們(甚至教授有時會在現場),他們一定都會很樂意為你解惑的。

3. 出野外會不會很危險?一定要出野外嗎?

對於地球科學相關領域來說,野外其實是一門必修課,也就是在大學 4 年期間,你一定有機會參與野外的!至於會不會很危險,在大多數的情況下,老師和助教絕對比你還擔心這個問題,所以至少在大學時期不用想太多。不過如果之後想再深入就讀研究所的話,依據所選領域的不同,野外有時確實也會有其危險的地方。研究所訓練的是如何解決問題,而如果到博士階段更是要懂得尋找問題。於是野外地點可能往往變成是一些渺無人跡但卻又只有你需要去的地方(因為其他人研究方向與你不同),危險性自然也就更高了。但是透過這樣的訓練,你將會懂得如何在野外有更安全的生存方式,而多找伙伴一同參與也是一個好的選擇(同時也比較不無聊);其實只要你是一個具有冒險熱忱的人來說,這樣的生活反而還是一種享受呢!

所以啦~如果你已經對地球科學產生了興趣,卻仍有些迷惘,希望透過這篇文章可以讓你有更進一步的了解;當然囉,如果你仍有相關的問題想詢問,也非常歡迎你來信至 geostorycontactus@gmail.com,又或者到我們網站投稿自己對地球科學的一些想法,便有機會在平台上與大家一同分享了!

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本文轉載自 GEOSTORY聽聽地球怎麼說

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陳柏成 (Po Cheng Chen)
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熱愛自然科學,曾擔任PanSci實習編輯,現於美國夏威夷大學就讀博士班。如有任何問題,歡迎來信:consciencecpc@gmail.com