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科學實驗室 / 地球科學
地球科學實驗

地震波陰影帶與地球內部

從震源向四面八方發射 P 波與 S 波:S 波進不了液態外核、P 波被折射轉彎,地表出現收不到訊號的「陰影帶」。拉動地核半徑,自己重演 1906 年發現地核的推理。
t = 0.00 s

實驗數據

尚無記錄。調整參數、完成一次量測後,按「記錄本次數據」把結果存進表格。

實驗參數

觀察波型
外核半徑(假設值)
真實值 3480 km——先拉到別處,再用陰影帶把它找回來

地表測站觀測

S 波陰影帶起點
P 波陰影帶
假設外核半徑
km
實際觀測(地球)
S:>103°
P:103°–142°

畫面符號圖例

  • ★:地震震源
  • P 波/S 波:兩種地震波的路徑
  • P 波陰影帶/S 波陰影帶:地表收不到該波的角度範圍
  • ✕:外核(S 波無法通過液態外核)

實驗任務

  1. 看見陰影帶:按下開始,看 P 波(藍)與 S 波(紅)從震源散開。 S 波碰到液態外核就被吃掉、P 波被折射轉彎——地表哪些角度收不到訊號?對照灰色陰影弧。
  2. 反推地核大小:調整外核半徑,觀察 S 波陰影帶起點角度跟著變—— 調到陰影帶起點剛好等於實際觀測的 103°,記下你找到的半徑。 這正是 1913 年古騰堡測地核深度的方法。你的答案跟真實值 3480 km 有落差: 因為本模型射線走直線,真實地函波速隨深度增加、射線會向上彎——這就是模型簡化的代價。
  3. 液態的證據:勾選「假想固態外核」。S 波陰影帶還在嗎? 由此理解為什麼「S 波陰影帶存在」是外核為液態的關鍵證據(S 波無法在液體中傳播)。
  4. P 波為什麼也有陰影帶:P 波明明穿得過外核,為何 103°–142° 之間還是收不到? 盯著進入核的 P 波路徑——折射讓它「跳過」了一段地表。

模型與假設

S 波陰影帶:S 波(剪力波)無法在液體中傳播,凡是路徑會穿過外核的方向都被吸收, 震央角距 >103° 的測站收不到 S 波——這是外核為液態最直接的證據。
P 波陰影帶:P 波進入外核時速度驟降(約 13.7 → 8.0 km/s),向法線偏折, 出核後「跳過」了 103°–142° 的地表,形成環狀陰影帶。
簡化:採兩層模型(地函均速 11 km/s、外核 P 波 8 km/s),層內走直線; 真實地球速度連續變化、射線是平滑曲線,且未含內核(雷曼 1936 年靠陰影帶內的微弱訊號發現內核)。