地球概论课后习题答案教学文稿.docx
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地球概论课后习题答案教学文稿
地球概论课后习题答案
第一章(地理坐标与天球坐标)参考答案
1.1 地理坐标:
纬线和经线、纬度和经度、整圆与半圆……
1.2 地球上的方向(地平面):
南北极、南北半球、东西半球、东方西方
2.1 引出两个重要概念:
天球周日运动、太阳周年运动
2.2 天球坐标:
天球大圆及其两极
地平圈:
Z、Z′;子午圈:
E、W;天赤道:
P、P′
卯酉圈:
S、N;黄道:
K、K′;六时圈:
Q、Q′
2.3 天球坐标:
天球大圆的交点:
子午圈与地平圈:
S、N;子午圈与天赤道:
Q、Q′
子午圈与卯酉圈:
Z、Z′;子午圈与六时圈:
P、P′
天赤道与地平圈:
E、W;天赤道与黄道:
、
黄赤交角(ε=23°26′)
2.4 第一赤道坐标系:
时角,右旋坐标系,与天球周日运动(地球自转)相联系,
天球周日运动方向向西,时角向西度量。
第二赤道坐标系:
赤经,属左旋坐标系,与太阳周年运动相联系,
太阳周年运动方向向东(地球向西),赤经向东度量。
2.5 第二赤道坐标系(δ,)、黄道坐标系(,)均以为原点,所以有:
(0°、0h)、(0°、0°)
2.6 在黄道坐标系中:
P(90°-ε,90°);在第二赤道坐标系中:
K(90°-ε,18h)
2.7 西南方半空(地平坐标系)
2.8 当δs=hs,ts=As时,地处南、北两极(即地平坐标系与第一赤道坐标系完全重合在一起)
2.9 已知:
S=t=Q=6h38m,t★=21h50m,故根据公式:
S=t★+★有:
★=-15h12m(8h48m)
2.10 t=2h39m
2.11 90°-35°+ε=78°26′,90°-35°+ε=31°24′
2.12(答案顺序)太阳黄纬()、太阳黄经()、太阳赤纬(δ)、太阳赤经()
春分():
0°、0°、0°、0h;夏至():
0°、90°、ε、6h
秋分():
0°、180°、0°、12h;冬至():
0°、270°、-ε、18h
2.13(答案顺序)高度(h)、方位(A)、赤纬(δ)、时角(t)、赤经()
天顶Z:
90°、任意、31.5°、0h、9h5m;天底Z′:
-90°、任意、-31.5°、12h、21h45m
天北极P:
31.5°、180°、90°、任意、任意;天南极P′:
-31.5°0°、-90°、任意、任意
东点E:
0°、270°、0°、18h、5h45m;西点W:
0°、90°、0°、6h、3h5m
南点S:
0°、0°、-58.5°、0h、9h5m;北点N:
0°、80°、58.5°、12h、21h45m
上点Q:
58.5°、0°、0°、0h、9h45m;下点Q′:
-58.5°、180°、0°、12h、12h
第二章(地球的宇宙环境)参考答案
3.1 恒星--(如同太阳)
发光:
质量巨大/中心温度很高/热核反应/能量释放;
光谱信息:
表面温度、物理性质、化学成分、运动方向,
确定恒星光度,比较视亮度,推知恒星距离等。
3.2 亮度与光度--恒星的明暗程度,恒星本身的发光强度。
视星等与绝对星等--亮度等级(m)和光度等级(M)。
M=m+5-5lgd(d指该恒星的距离),因为大部分恒星的距离都在10秒差距之外,故有M>m。
3.3 (天球周日运动、太阳周年运动、夜半中星)
3.4 0等星。
5.1等,天空全黑时可见
3.5 赫罗图是根据恒星的光谱型和光度绘制的坐标关系图,表明恒星温度越高,其光度就越大;
可求主序星的位置,反映恒星的演化历程。
3.6 银河与银河系;河外星系和总星系
4.1 太阳距离、大小和质量测量方法:
(P37第18-34行)
太阳半径R等于太阳平均视半径(16′)乘日地距离。
利用太阳半径可求太阳大小;
利用万有引力可求太阳质量:
M=RV2/G (R=1.496×1011m,V=2.978×104m/s,G=6.67×10-11m2/kg)
4.2 太阳大气:
太阳可直接观察到外部等离子体层次;
太阳风:
日冕高速膨胀,行星际空间不断地得到从太阳喷发出来的高速离子流。
太阳活动:
太阳磁场支配下太阳外层大气的剧烈运动;
对地球影响:
黑子/气候,耀斑/无线电通讯,磁暴/极光等。
4.3 哥白尼“日心”体系:
把周日运动归之于地球绕轴自转,而把周年运动归之于地球绕太阳公转;
行星的复杂的环状视运动,则是地球和行星同时绕太阳公转的复合运动的结果。
唯有月球才是唯一绕地球运动的卫星。
日心说是整个近代天文学的基石。
开普勒定理(即行星运动三定理):
轨道定理、面积定理、周期定理。
牛顿对开普勒定理的发展:
他指出天球轨道可以是任意圆锥曲线,速度是决定轨道形状的必要条件;
他用数学方法证明了在引力作用下行星绕太阳运动的面速度不变;他修正了第三定理公式。
牛顿由于发现了万有引力定理而创立了科学的天文学。
4.4 绕日公转周期:
125a;与太阳的平均距离:
4AU
4.5 行星分类:
(地球轨道/小行星带/质量和化学组成)
4.6 彗星--在偏心率很大的轨道上绕太阳运动的冰冻物质;
星体--太阳系中围绕太阳运动的微小颗粒;
流星--流星体进入地球大气,摩擦发光在天空中划出一道闪量的余迹。
没有大气可以看到彗星,但不能看到流星。
4.7 康德“星云说”基本论点:
太阳系由弥漫星云物质演化而来,形成太阳系的动力是自引力
(星云各部分之间相互吸引的力)。
意义:
在僵化的的自然观上打开第一个缺口,关于第一次推动的问题被取消了,
地球和整个太阳系表现为某种在时间的进程中逐渐生成的东西。
5.1 月球有时会遮掩太阳、行星和恒星,却从没被别的天体遮掩过。
月球距离地球最近,是地球唯一的天然卫星,和地球相互绕转产生月相变化,因此产生古代历法。
且对地球的潮汐现象有着主导作用。
5.2 地球和月球的半径之比
5.3 大81倍
5.4 同步自转--月球自转和绕地公转具有相同的方向和周期。
5.5 2×3.7=7.4min(无升起现象)
5.6 恒星月是月球在白道上连续两次通过同一恒星所需的时间;塑望月是月相变化的周期。
恒星月是月球绕转地球的恒星周期,长度为27d43m12s;
塑望月是月球同太阳的会合周期,长度为29d12h44m3s。
5.7 上弦月傍晚(日落)中天;下弦月早晨(日出)中天;半夜满月位于南方上空(中天)。
5.8 满月或将满月--太阳与月球之间的距角为180o。
5.9 上弦月--月落时太阳在下中天,月球在太阳东侧(后升后落)
5.10 判断1:
首先,否定(c)和(d),因为月亮凸向上方意味着太阳尚未西落;
其次,月亮的赤纬是:
δm=±ε±5o9′,我国位于北半球中低纬度,绝大部分地区只能朝南看月亮。
(b)图中的月相是新月,与题词中所说的"残月"不符,故只有选(a)。
判断2:
直接根据“晓风”二字判断当时为凌晨,当你朝南看时只有(a)符合,亦即:
太阳位于东方地平以下。
第三章(地球的运动)参考答案
6.1北半球右偏(南偏),南半球左偏(北偏),赤道不偏,7.5º/h
6.2南北两极在地面上的移动叫极移。
南北两极在天球上的移动,反映了地轴在宇宙空间的运动叫做地轴进动。
进动造成天极的移动,但不涉及地极在地面上位置的变化。
6.35º/20ˊ=15a。
在地球形状变圆、黄赤交角(ε)变小、地球自转的速度变快时,岁差(p)将会消失。
6.4地球越扁,合力矩力臂的长度差越大,则进动越快。
月地距离越近则引力越大,合力矩越大,故进动越快。
地球的密度大时,合力矩对地球作用的效果就不明显,则进动慢些,地球自转快些时,自转力矩与合力矩相抵消一部分,所以变慢些。
6.5因为黄赤交角(ε)和地球椭圆轨道这两个因素同时存在,以致太阳每日的赤经差因季节而变化,所以视太阳日长度因季节而变化。
因为黄赤交角和地球椭圆轨道这两个因素同时存在并互相干扰,前者使视太阳日长度发生±21s的变化;后者使真太阳日发生±8s的变化。
二者之中,前者是主要的,因此视太阳日的变化,大体是二至日最长,二分日最短。
因为视太阳日长度因黄赤交角和日地距离而变化,二者的叠加主极发生南至后,这是因为,地球过近日点在冬至后不久。
6.6V(φ)=V*cosφ=456m/s*cosφ。
在同一纬度处地球自转速度随高度的增加而增大。
当φ=60º时地球自转的速度减为在赤道的一半。
6.7天顶赤纬等于当地纬度,而该恒星又刚好位于当地的天顶,所以恒星的赤纬也等于δ行星分类
6.8天体中天时,其时角等于0或180º。
因为时角的起点和方位角的起点都是午圈,所以其方位角也为0º或180º。
不是所有天体都一样,只对于恒星。
6.9因为恒星离北天极23º<(90º-31º)所以它永远位于上海的地平之上。
7.1光行差
7.210秒差距、0.1等。
7.3恒星的黄纬愈高,光行差椭圆的偏心率愈小与恒星年视差椭圆相同;但光行差大小恒为20º与恒星的距离远近无关。
而恒星的年视差与恒星的距离远近有关。
在年视差图中,恒星的视位置沿轨道半径方向,偏离其平均位置;而在光行差图中,恒星的视位置沿轨道的切线方向,偏离其真位置。
二者的偏差有90º之差。
7.4e=(1/q-1/p)/(1/q+1/p)
7.5当行星和太阳的黄经相等时,二者处于地球的同一侧,就是行星同太阳会合,叫做行星合日,被称为会合运动。
会合周期起决于两天体公转周期之差,差愈大,它们的会合周期便愈短。
地内行星的公转速度大于地球,它在天球上相对于太阳来说是东行,其会合运动的表现为上合-东大距-下合-西大距-上合的依次出现和反复循环。
地外行星的公转速度小于地球,它在天球上相对于太阳是西行,其会合运动表现为合-西方照-冲-东方照-合的依次出现和反复循环。
7.6该行星是地外行星,因为地内行星同太阳的黄经差被限定在某个范围内(且<90º)内。
7.7686日,1/780=1/365-1/P
7.8在日心天球上,行星和地球的运动永远是顺行(向东),只有在地心天球上,行星才会发生逆行。
这是因为,行星和地球的公转,存在着速度的差异,这种速度上的差异,在地球赶上和超越地外行星(冲日前后),或被地内行星(在下合前后)赶上和超过的短暂时间内,就表现为它们的逆行。
7.9从一次星月相合到下一次星月相合,是一个恒星月,月球绕地球360º;从这一次日月相合到下一次日月相合,是一个朔望月,月球绕地球389º。
这29º的差值是地球公转造成的,它使朔望日比恒星月约长2.2d,即月球绕地球29º所需的时间。
54′
第四章(地球运动的地理意义)参考答案
8.1太阳赤经变化最快:
二至点前后;太阳赤纬变化最快:
二分点前后。
8.2半昼弧公式:
cost=-tgφtgδ
(1)t:
日没时的太阳时角,即半昼弧的长度;
(2)昼夜等长:
若φ=0°,即在赤道上;若δ=0°,即在春秋二分时;
(3)昼长夜短:
φ和δ同号;昼短夜长:
φ和δ异号;
(4)极昼:
φ和δ同号且互为余角;极夜:
φ和δ异号且互为余角。
8.3哈>北>上>新>雅>开>墨
8.41/7>1/6>1/8>1/5>1/9>1/4>1/10>1/3>1/11>1/2>1/12>1/1
8.5正午太阳高度公式:
H=90°-φ+δ
(1)90°-φ:
二分时的正午太阳高度;
(2)正午太阳当顶:
当φ=δ时,H=90°
正午太阳高度为零:
当φ-δ=90°时,H=0°
(3)H=90°-φ+δ=90°-66°34´+23°26´=46°52´
(4)46°52´=90°-φ-23°26´=>φ=19°42´
(5)36°34´=90°-30°+δ=>δ=-23°26´,南回归线附近,在12月22日观测的。
8.6根据题意,δ=0°,H=45°,所以φ=±45°(即45°N或45°S)
8.7
(1)H=90°-φ+δ=90°-53°30´+23°26´=59°56´
8.8
(1)约280°;
(2)南半球;(3)向北移动;(4)向赤道移动
8.9
(1)季节的半球性因素:
昼夜的长短和正午太阳高度是半球性的,主要影响太阳热量在南北半球之间的分配;
季节的全球性因素:
日地距离变化决定全球所得太阳辐射热能总量。
(2)按距日远近是季节变化的全球性因素,而起决定作用的是半球性因素。
尽管过近日点时,全球接受的热量较多,但较多的热量大多集中在南半球。
北半球这时昼短夜长,正午太阳高度小,是冬季。
8.10昼夜等长;四季变化不明显
8.11全球性夏季或冬季
8.12热带变宽,为45°×2=90°;寒带也变宽,半径为45°;温带消失
9.1
(1)历法问题的复杂性,在于回归年和朔望月这两个周期都太零碎,且彼此不能通约。
历日制度在回归年和朔望月之间,即在历月和历年之间,总是顾此失彼,必然有所侧重。
正是由于这个原因历法一般分为三类,太阴历,太阳历和阴阳历。
(2)a.阴历。
历月,它按照朔望月的长度来定历月:
大月30日,小月29日;通过大小月的适当安排,使其平均历月接近朔望月。
历年,12个历月的累积为它的历年。
概括地说,阴历的基本原则是:
平均历月=朔望月;平均历年=朔望月×12。
b.阳历。
概括地说,阳历的基本原则是:
平均历月=回归年÷12;平均历年=回归年。
c.阴阳历。
概括地说,阴阳历的基本原则是:
平均历月=朔望月;平均历年=12.3683朔望月=回归年。
(3)无必要
9.2用来指导农业生产;以月相定日序。
逐一推算日月合朔的日期和时刻,把每次合朔的日期定为初一;根据先后两次合朔所包含的日数多寡,来确定月的大小:
如果包含30日,当月就是大月;如果只含29d,便是小月。
干支纪年法:
我国古代以天为主,地为从;天同干相联,叫天干;地同支相联,叫地支。
两者合称天干地支,简称干支。
天干共有10个(甲乙丙丁戊己庚辛壬癸),地支有12个(子丑寅卯辰巳午未申酉戌亥),天干和地支循环搭配为甲子、乙丑、丙寅……亥癸,正好以六十为一周,周而复始,用于纪年、纪月、纪日和纪辰。
9.3下弦月
9.4夏历月序大小月
三月小月
四月大月
五月小月
闰五月小月
六月大月
七月大月
9.5
(1)儒略历:
365d为1a(平年),每4a一润,润年为366d;平均历年为365.25d。
格里历:
格里历对儒略历的置润法则进行了调整,改4年1润为400a97润,以消除新的误差,使春分固定在3月21日;凡遇世纪年必须能被400整除才算润年,如1700年、1800年、1900年不再是润年。
(2)为了宗教事务上的方便。
旧历由于每年有0.0078d的误差,自公元325年到1582年,春分日从3月21日提前到了3月11日,使复活节的推算在3月21日和真正的春分日之间无所适从。
为了克服这个混乱的状况,格雷果里决定修改儒略历。
(3)使当时的春分回到3月21日;使以后的春分固定在3月21日。
(4)十月革命按照旧历发生在10月25日,而按照新历是同年的11月7日。
(5)1643年1月4号
9.6平年364天,五年一闰,闰年365天。
一年4个大月,8个小月
10.1根据S=α*+t*得,S=α*+t*=14h22m+13h02m=27h24m,所以有S=3h24m
10.2
(1)视太阳时:
以真太阳时角推算的时刻叫做视太阳时。
特点:
流逝不均,但可以直接测定。
平太阳时:
以平太阳时角推算的时刻叫做平太阳时。
特点:
流逝均匀,但只能根据恒星时或视时推算。
(2)时差:
真太阳和平太阳之间的时刻差。
时差的周年变化是视太阳日周年变化的结果。
具体变化情形可以用视午和平午的比较来说明。
如图4-37(P131)所示,在视太阳日长于平太阳日期间,视午逐日推迟,时差逐日便笑。
在这段时期的终了,视午最迟,时差达极小值。
反之,在视太阳日短于平太阳日期间,视午逐日提早,时差逐日变大。
在这段时期的终了,视午最早,时差达极大值。
时差的极大值和极小值,都是视太阳日和平太阳日的差值累积。
所以,视太阳日和平太阳日的差值的极大值和极小值,分别只有+29s和-21s;而时差的极大值和极小值,却分别可达+16.4m和-14.4m。
10.3
10.4两者都是
10.5h55´12"
10.6E67°34´
10.7
原因:
在全球范围内建立一个既有相对统一性,又保持一定地方性的完善的时间系统。
内容:
划分标准时区和设立日界线。
划分时区:
国际经度会议所划分的标准时区,只作理论性规定,这样的时区叫做理论时区;目前世界各国所采用的标准时区称为法定时区。
区时:
各个时区采用各自中央经线的地方平时,为全区统一的标准时间,即区时。
在时刻和经度的关系上,区时显然不同于地方时。
地方时直接决定于经度:
任何两地的经度差,都等于它们的地方时刻之差。
区时则不然,两地的区时之差,决定于它们的时区之差,而不直接决定于两地的经度。
例如,115°E和125°E,两地经度相差10°,但它们属于同一时区(+8区),因而有相同的区时;而110°E和120°E两地,经度同样差10°,而区时相差1小时。
10.8法定时:
各国为了自身的便利,在制定标准时时,根据具体情况对理论上的标准时进行各种调整。
它们被称为法定时。
“北京时间”不同于“北京地方时”。
后者是东8区的区时。
10.9日界线:
日期进退的界线。
180°经线是它的最佳选择,这是因为:
它不仅可以避免环球航行中发生的日期混乱,而且还可以避免时刻换算中出现的日期混乱。
日期进退:
东12区比西12区要早1d。
因此,轮船或飞机越过日界线时,要变更日期:
自东12区向东经过日界线,日期要退回1d;反之,自西12区向西经过日界线,日期要跳过1d。
10.1010月29日,星期六
10.11
协调世界时:
它是一种介于原子时和世界时之间的时间标准来播发信号。
它以原子时为基础,但在时刻上尽量接近世界时。
实际上是原子时的秒长和世界时的时刻相互协调的产物。
它可以最大限度地满足不同部门对时间的要求。
协调方法:
一是调整原子钟的速率,将原子秒长每年订正一次,使它的长度接近当年的平太阳秒长,在一年内保持不变,并使协调世界时与世界时的时刻差值,保持在0.1秒以内。
另一种方法是拨动原子钟的指针。
它保持原子时的秒长不便,而对它的时刻则按照实际情形适当进行调整。
第五章(地球和月球)参考答案
11.1月球体积小。
11.2日全食。
11.3不能。
11.5日月食的发生,要求日月相合(或者相冲)于黄白交点或其附近。
这个附近有一定的限度,它就是食限。
大小决定于黄白交角的大小,月地距离和日地距离的远近。
食季是有可能发生日、月食的一段时间。
取决于食限。
34.6天。
11.6这是因为。
月食时见食的地区广,日食地球上只有狭窄地带可见。
11.7不可能,多次月食需要在年初、年终发生一次。
11.8食季固定,食限变小。
11.9朔望月、交点月、近点月和食年组合成一种共同周期,即它们的最小公倍数,叫做沙罗周期。
取最小值。
沙罗周期并非是太阳日的整数倍,相互对应的二次日食或月食,并不发生在一日内的同一时刻,它的不足一日的尾数0.32日,即1/3天,使相互对应的二次日食或月食,在时刻上推迟约8小时,因此在经度上偏西约120。
。
沙罗周期并不严格等于交点约、近点月和食年的整数倍,因此相应的日食月食不可能完全一样。
12.1从全球范围来看,潮汐现象首先是地球的变形现象。
假如地球本来是个正球体,那么它在自转过程中,由正球体变成明显的扁球体,又要在公转中变成不很明显的长球体,后者是周期性变形,成为潮汐变形。
12.2地球各个部分受到太阳的差别吸引,其中,地心受到的太阳引力,不论方向还是大小,无疑都是全球的平均值。
同这个平均引力相比较,各地实际上受到的太阳引力,总是存在一个差值,这个差值就是使地球发生潮汐变形的直接原因,因此被称为引潮力。
万有引力定律。
12.3因为太阴日长度为24小时50分,因此逐日推迟。
朔望时,月球,太阳,地球成一条直线,月球和太阳的垂点最接近,因此太阳潮最大程度加强了太阴潮,从而形成大潮。
上下弦,月球,地球,太阳成三角形,月球和太阳的垂点相距最远,太阳潮最大限度的牵制和削弱太阴潮,形成小潮。
12.4减弱。
太阳潮大,3.6倍。
太阳日内有两次高潮和低潮。
是。
12.5大小相同。
潮差变大。
12.6若月球的赤纬不等于零,它的两个垂点便分居在南北两半球,以至同一纬度的顺潮与对潮有所不同,造成一日内两次高潮之间的差异,成为日潮不等。
其他日起,在纬度&≥90。
-δ范围内,纬线全线位于顺潮(或对潮)半球内,以致那里每太阴日只有一次张潮和落潮,这样的潮汐称为全日潮。
其发生范围视月球的赤纬而定。
第六章(地球的结构和物理性质)参考答案
13.1大地水准面:
以某种假想的方式,把静止的海面“延伸”到陆地低下,形成一个全球性的封闭曲面;
人们通过观察发现地球是曲面,如登高可以望远,观看远方驶近的船只总是先见船桅后见船体等;
近代测量表明地面各部分有大致相同的曲率,说明地球是个球体。
13.2在自转的地球上,每一质点的圆周运动的中心都在地轴上,惯性离心力(F)的方向都垂直并背离地轴。
把F分解为垂直和水平方向的两个力,水平分力(f)都指向赤道。
正是在指向赤道的力f的作用下,地球物质有向赤道聚集的趋势,使得地球形成扁球体;
由于地球是个扁球体,其经线曲率自赤道向两极减小,所以一地的地理纬度总是大于地心纬度,在赤道处两者相等为零;由于经线曲率自赤道向两极减小,南北纬45o是两种纬度间差值持续增大的重点,又是持续减小的起点,于是在那里出现极大值。
13.3参考扁球体:
具有扁球体的严格规则,而其形状和大小又十分迫近大地水准面;
北半球高纬地区和南半球低纬地区,大地水准面高出参考扁球体;北半球低纬地区和南半球高纬地区,大地水准面稍低于参考扁球体;北极的大地水准面高出参考扁球体约10米,而南极的大地水准面低于参考扁球体约30米。
不确切的“梨形地球”:
1大地水准面对于参考扁球体的偏离,忽视了扁球体的“扁”和赤道半径与极半径近21Km的巨大差异;2过分夸大了南北极间40米差值的比例尺。
14.1地震波是一种弹性波,分为体波和面波,体波在地球内部自震源向全球传播。
面波沿地球表面自震中向四周传播;体波又分为纵波(P)和横波(S),纵波(P)是一种压缩波,是质点以波的传播方向往复运动,使介质发生周期性的压缩和膨胀〉。
横波(S)是一种剪切波,是质点垂直于波的传播方向振动,使介质发生周期性的变形。
地震波的传播速度因地内物质的弹性和密度而不同,所以能反映地球内部的结构。
14.2地球内部的圈层;地壳、地幔、地核(外核和内核);地壳和地幔之间,在地面以下20-30Km为莫霍面,在那里纵波(P)和横波(S)的波速急剧升高;地幔和地核之间约2900Km处为古登堡面在那里纵波(P)波速急剧下降,横波(S)消失;外核和内核之间约5100Km为利曼面在那里纵波(P)波速急剧加速,横波(S)又出现。
地幔和地核之间的古登堡面,在那里纵波(P)波速急剧减速并急剧改变前进方向,以致纵波无法到达地面形成P波影区。
S波在这个界面消失,以致地面形成S波影区。
根据地震波在底层中的传播特点,P波在固体中的速度大于液体中的速度及S波在液体中速度为零,可以推断地曼、地壳是固体,地曼距地面200Km处为一软流圈,外核是液体,内核实固体。
14.3地表的海洋面积为3.61×108Km2,占地球表面积70.8%,陆地占29.2%。
地球总体是海洋包围陆地。
地球上
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