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回复时间:2005-2-1 14:53
15 什么是黑洞?



  为了了解什么是黑洞,让我们先从太阳这样的恒星谈起。我们知道,太阳的直径为1,392,000公里,它的质量为地质质量的330,000倍。在这样大的质量、从表面到中心的距离这样长的情况下,位于太阳表面的任何东西所受到的引力大约相当于地球表面引力的28倍。
  任何一颗普通的恒星都会由于下述两种因素的相互平衡而保持其通常的大小。其中一个因素是恒星中心有非常高的温度,因而会使恒星的物质经常处于膨胀的状态。另一个因素就是它本身具有很大的引力,从而会使恒星的物质倾向于收缩而挤压在一起。

  但是在恒星生存期的某一阶段,其内部温度将会降低,这样一来,引力将会成为一个主导的因素,结果,这颗恒星就会开始坍缩,在这个过程中,恒星内部物质的原子结构会遭到破坏。这样一来,原子将不复存在,替代它的将是一个个电子、质子和中子。这颗恒星将会坍缩到这样一种程度,这时电子的相互排斥力将使该恒星不能够再进一步坍缩。

  这颗恒星于是就成为一颗"白矮星"。像太阳这样的恒星一旦坍缩成为一颗白矮星,它的全部物质将被挤压成为一个直径只有大约16,000公里的球体,它的表面引力将变成地球表面引力的210,000倍(因为它的质量虽然没有变,但是从表面到中心的距离则大大缩短了)。

  在某些条件下,引力将变得如此之大,甚至能战胜电子之间的排斥力。结果,这颗恒星将会再度坍缩,并迫使其全部电子和质子彼此结合为中子,这样一来,这颗恒星将一直收缩到所有的中子都彼此接触为止。到了这一步,这个中子结构物又将会抵制进一步的坍缩,这颗星于是成为一颗中子星。这样的中子星将把太阳的全部质量压缩在一个直径只有16公里的球体内。结果,它的表面引力将是地球引力的210,000,000,000倍。

  在某些条件下,引力甚至能进一步战胜中子结构的抗拒。这时候,再也没有任何东西能够抵抗得住它的进一步坍缩了。结果,这颗恒星就会坍缩到体积等于零,而它的表面引力就会无限地增大。  根据相对论,一颗恒星所发射出来的光,当它克服该恒星的引力场而向外射出的时候,将会失去一定的能量。引力场越大,所失去的能量也越大。这一点已经由科学工作者经
过天文观测和实验室实验得到证实。

  由太阳这样的普通恒星发射出的光,它失去的能量是很有限的。由白矮星发射出的光会失去较多的能量;由中子星发射出的光会失去比这更多的能量。当这颗中子星进一步坍缩时,就会出现这样一种情况:从它的表面向外射出的光将会失去它的全部能量,从而根本不可能逃逸出去。

  一个比中子星坍缩得更厉害的天体,它的引力场将是如此之强,以致任何靠近它的东西都将被它所捕获,并且再也不能从它里面逃逸出去。这就如同被捕获的物体落进一个无底洞的情况一样。而且,正如上面所说,甚至连光也不能逃逸出去,因此,这个坍缩了的天体将是黑的。正因为它既像个无底洞,而且又是黑的,所以天文学家就把它叫做"黑洞"。

  天文学家目前正在宇宙的各个角落寻找可证明确有这种黑洞存在的证据。


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回复时间:2005-2-1 14:55
16 恒星的温度能达到多少度?


  这个问题的答案取决于你所说的是什么样的恒星,以及你所指的是恒星的哪一个部位。

  在我们能观测到的恒星中,99%以上都和太阳一样,属于称为"主序星"的一类。至于恒星的温度,我们一般是指恒星的表面温度。下面我们就从这里谈起。

  任何恒星都具有一种在其自身的引力作用下发生坍缩的倾向,但是当它坍缩时,它的内部会变得越来越热。而当它的内部温度越来越高时,这颗恒星就有一种发生膨胀的倾向。最后,两种倾向会达到平衡。结果,这颗恒星便达到了某种固定的大小。一颗恒星的质量越大,为了平衡这种坍缩所需要的内部温度就越大,因而它的表面温度也就越高。

  太阳是一颗中等大小的恒星,它的表面温度为6000℃。质量比它小的恒星,其表面温度也比它低,有一些恒星的表面温度只有2500℃左右。

  质量比太阳大的恒星,其表面温度也比太阳高,可达10,000℃、20,000℃,甚至更高。在所有已知的恒星中,质量最大、因而温度最高、亮度最大的恒星,其稳定的表面温度至少可达50,000℃,甚至可能更高。也许可以大胆地说,主序星的最高的稳定表面温度可以达到80,000℃。

  为什么不能再高呢?质量再大的恒星,其表面温度会不会比这还要高呢?到这里,我们不得不停下来。因为,一颗普通恒星,如果具有这样大的质量,以致它的表面温度竟高达80,000℃以上,那么,这颗恒星内部的极高温度就会使它发生爆炸。在爆炸时,也许在瞬间会发出比这高得多的温度,然而当它爆炸之后,剩下来的将是一颗更小和更冷的恒星。

  但是恒星的表面并不是温度最高的部分。热会从它的表面向外传播到该恒星周围的一层很薄的大气层(亦即它的"日冕")。这里的热量从总量上说虽然不算大,但是,由于这里的原子数量同该恒星本身的原子数量相比是很少很少的,以致每一个原子可以获得大量的热供应。又因为我们以每一个原子的热能作为测量温度的标准,所以,日冕的温度高达1,000,000℃。

  此外,恒星的内部温度也比其表面温度高得多。要使恒星的外层能够战胜巨大的向里拉的引力,就必须是这样。已经查明,太阳中心的温度大约为15,000,000℃。

  自然,那些质量比太阳大的恒星,它们不但表面温度更高,中心温度也同样会更高。同时,对于具有一定质量的恒星来说,其核心的温度一般总是随着它的年龄的增长而越来越高的。有一些天文学家曾试图计算出,在整个恒星爆炸的前夕,其核心的温度可以达到多少度。我所看到的其中一种估算,认为最高可达到6,000,000,000℃。

  那些不属于主序星的天体,其温度有多高呢?尤其是那些在六十年代新发现的夭体,其温度可达到多少度呢?例如脉冲星的温度可能达到多少度呢?有些天文学家认为,脉冲星实际上就是非常致密的"中子星",这种中子星的质量虽然和一颗普通恒星一样大,但是它的直径只有十几公里。这样的中子星的核心温度会不会超过6,000,000,000℃这个"最大值"呢?此外,还有类星体,有人认为类星体可能是由数百万颗普通恒星坍缩而成的,既然如此,这种类星体的核心温度又有多高呢?

  所有这些问题,迄今为止,还没有人能够回答。

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回复时间:2005-2-1 14:57
17 在一颗恒星上,聚变反应可以进行到什么程度?


  我们知道,当质子和中子相互结合而形成原子核时,这样的结合不但是一种较稳定的结合,而且所含有的质量要比同样一些质子和中子单独存在时所含有的质量少。因此,在发生这样的结合时,多余的质量就会转变为能量而被发射出去。

  一千吨氢(氢核由单个质子组成)可以转变为993吨氦(氦核由两个质子和两个中子结合而成)。失去的这7吨质量将作为同它等效的能量而被释放出来。

  凡是象太阳这样的恒星都会辐射出以这种方式形成的能量,太阳每秒钟会把大约630,000,000吨氢转变为略少于625,400,000吨氦。换句话说,它每秒钟会失去4,600,000吨质量,然而即使在这种惊人速率下,太阳仍然含有足够多的氢,以保证这种过程继续不断地进行数十亿年之久。

  不过,太阳的氢供应量总有一天会消耗殆尽。这是不是说,到了那一天,这样的聚变过程将会终止,太阳从那时起将会成为一颗冷星呢?

  情况并非如此,因为氦核并不是质子和中子的一种最"节约"的组合方式。氦核还可以经过聚变转化为更加复杂的原子核,例如可以经过聚变而成为象铁原子等一类很复杂的原子核,同时发射出更大的能量。

  由此可见,前面所说的那1,000吨氢聚变为993吨氦之后,还可以进一步聚变为991.5吨铁。也就是说,当氢聚变成氦时会有7吨质量转变为能量,而当氦聚变为铁时,只有1.5吨的质量转变为能量。

  然而,到了氢原子都聚变为铁原子,聚变过程就到头了。因为在铁原子核中,质子和中子是以最稳定的形式组合在一起的。铁原子的任何转化,不论是转化为较简单的原子,还是转化为更复杂的原子,总是吸收能量、而不是放出能量。

  因此可以说,当一颗恒星发展到"氦阶段"时,它已经用掉了五分之四可资利用的聚变能,而当朝着"铁的阶段"发展时,它放出剩下的那五分之一的聚变能,全部聚变能到此就用完了。

  但是再往后又将发生什么情况呢?

  在一颗恒星超过氦阶段继续向前发展的过程中,该恒星核心的温度将会变得越来越高。有人提出一种理论说,当恒星发展到铁阶段时,其核心的温度将会高到足以引起产生大量中微子的核反应。由于中微子不会被星体物质所吸收,所以它们一旦形成,就会以光速向四面八方飞奔,并把能量一起带走。这样一来,恒星的核心就会失去能量,并且很快就突然冷却下来,结果,这颗恒星就会坍缩成一颗白矮星。

  在坍缩过程中,它的外层,由于仍然含有许多没有铁原子那么复杂的各种原子,因而将会全部立即发生聚变,并爆炸而成为一颗"新星"。由此产生的能量将会形成一些比铁更为复杂的原子,即周期表中位于铁以后的各种原子——一直到铀原子和超铀原子为止。

  含有重原子的这种"新星"的碎屑将和星际气体混合在一起。由这类气体所形成的恒星就是"第二代恒星",正因为如此,所以在"第二代恒星"中才含有少量在恒星本身的聚变反应中绝不可能形成的各种复杂原子,太阳就是这样的第二代恒星,而这也正是地球中为什么会有金和铀这类元素
的原因。


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回复时间:2005-2-1 14:59
18 所有恒星所发出的全部能量都到哪里去了?


  恒星可以通过以下几种不同的方式发射出能量。

  第一,恒星会发射出无质量的电磁辐射——光子,这种电磁辐射包括从能量最大的γ射线到能量最小的射电波(甚至一个冷的物体也会发射出光子;物质的温度越低,光子也越弱)。可见光就是这类辐射的一部分。

  第二,恒星还会发射出中微子和引力子等无质量的粒子。

  第三,恒星还会发射出各种具有质量的带电高能粒子,主要是质子,但同时也包括数量较少的各种原子核及其它各种粒子。它们就是宇宙射线。

  恒星发射的所有这些粒子(光子、中微子、引力子、质子等等),只要当它们是单独出现在宇宙空间的时候,它们将是稳定的。就我们所知,它们可以在数十亿年的时间内不发生任何变化地通过数十亿光年的真空。

  由此可见,恒星所发射的一切粒子只要没有遇到任何会把它们吸收掉的物体,就会一直存在下去。拿光子来说,几乎任何东西都能把它们吸收掉。能量很大的质子就较难被别的东西阻挡和吸收,至于中微子,那就更难被别的什么东西阻挡和吸收了。关于引力子的情况,直到目前为止,人们尚未弄清。

  假如我们的宇宙中,除了以固定不变的位形分布的恒星以外,什么东西也没有的话,那么,由某一颗恒星所发射出的每一颗粒子,除非它遇到了另一颗恒星并被吸收掉,否则,都一定会在宇宙空间"旅行"。在这种情况下,所有的粒子将只会从一颗恒星"旅行"到另一颗恒星,这样,总的说来,每一颗恒星都应当能够收回它所发射出去的全部能量。从这种假定出发,宇宙似乎应当会永远不变地继续下去。

  但是以下三个事实的存在、使实际情况不会象上面所说的那样。

  第一,宇宙并不是单由恒星所组成,而是包含有大量的冷物质,从巨大的行星直到星际尘,当这些粒子遇到冷物质时,粒子就被吸收,冷物质则发射出能量较小的粒子以作为交换。这就意味着,总的来说,冷物质的温度会逐渐上升,而恒星所含的能量会逐渐减少。

  第二,恒星以及其他天体发射出来的某些粒子(如中微子和引力子)被物质吸收的几率是如此之小,以致在宇宙的整个生存期间,业已被吸收的只占其中很小的一部分。这就意味着,在恒星发射出来的全部能量中,有很大一部分仍在宇宙空间中"旅行",而这同样也等于说,恒星所含有的能量正在逐渐减少。

  第三,宇宙正在膨胀。这就意味着星系与星系之间的空间正在逐年扩大,因此甚至象质子和光子等一类能被其他物吸收的粒子,平均说来,也要旅行更长的路程才遇到其他物体而被吸收掉。正因为如此,恒星所吸收的能量抵偿不了它所发射的能量的倾向正在逐年加大。同时,为了填补因宇宙膨胀而增大的这部分宇宙空间,就一定会有额外的能量(亦即快速的高能的、但尚未被吸收的粒子)进入到这部分宇宙空间。事实上,这个道理是很明显的,只要宇宙还在继续膨胀,总的来说,它将会继续变得越来越冷。

  当然,如果宇宙有朝一日开始再一次从膨胀转为收缩的话,情况就会倒转过来,到那时,宇宙将会开始再一次逐渐变热起来。


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回复时间:2005-2-1 15:00
19 什么是太阳风?


  1850年,一位名叫卡林顿的英国天文学家在观察太阳黑子时,发现在太阳表面上出现了一道小小的闪光,它持续了约5分钟。卡林顿认为自己碰巧看到一颗大陨石落在太阳上。

  到了20世纪20年代,由于有了更精致的研究太阳的仪器。人们发现这种"太阳闪光"是普通的事情,它的出现往往与太阳黑子有关。例如,1899年,美国天文学家霍尔发明了一种"太阳摄谱仪",能够用来观察太阳发出的某一种波长的光。这样,人们就能够靠太阳大气中发光的氢、钙元素等的光,拍摄到太阳的照片。结果查明,太阳的闪光和什么陨石毫不相干,那不过是炽热的氢的短暂爆炸而已。

  小型的闪光是十分普通的事情,在太阳黑子密集的部位,一天能观察到一百次之多,特别是当黑子在"生长"的过程中更是如此。像卡林顿所看到的那种巨大的闪光是很罕见的,一年只发生很少几次。

  有时候,闪光正好发生在太阳表面的中心,这样,它爆发的方向正冲着地球。在这样的爆发过后,地球上会一再出现奇怪的事情。一连几天,极光都会很强烈,有时甚至在温带地区都能看到。罗盘的指针也会不安分起来,发狂似地摆动,因此这种效应有时被称为"磁暴"。

  在本世纪之前,这类情况对人类并没有发生什么影响。但是,到了20世纪,人们发现,磁暴会影响无线电接收,各种电子设备也会受到影响。由于人类越来越依赖于这些设备,磁暴也就变得越来越事关重大了。比如说,在磁暴期内,无线电和电视传播会中断,雷达也不能工作。

  天文学家更加仔细地研究了太阳的闪光,发现在这些爆发中显然有炽热的氢被抛得远远的,其中有一些会克服太阳的巨大引力射入空间。氢的原子核就是质子,因此太阳的周围有一层质子云(还有少量复杂原子核)。1958年,美国物理学家帕克把这种向外涌的质子云叫做"太阳风"。

  向地球方向涌来的质子在抵达地球时,大部分会被地球自身的磁场推开。不过还是有一些会进入大气层,从而引起极光和各种电现象。向地球方向射来的强大质子云的一次特大爆发,会产生可以称为"太阳风暴"的现象,这时,磁暴效应就会出现。

  使彗星产生尾巴的也正是太阳风。彗星在靠近太阳时,星体周围的尘埃和气体会被太阳风吹到后面去。这一效应也在人造卫星上得到了证实。像"回声一号"那样又大又轻的卫星,就会被太阳风显著吹离事先计算好的轨道。


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回复时间:2005-2-1 15:02
20 太阳还能使地球上的生命维持多久?



  据我们所知,只要太阳保持着目前的能量辐射状态,就能使地球上的生命存在下去。我们可以确定出这个状态能持续多久的上下限。

  太阳的辐射是在氢聚变成氦的过程中产生的。太阳要产生这么强烈的辐射,聚变物质的数量一定也该是很大的。实际上也是如此。在每一秒钟里,就有630,000,000吨氢聚变成625,400,000吨氦;其余的4,600,000吨则转化为辐射能,永远不再属于太阳了。这些能量中有一小部分射到地球,就足以维持我们这个星球上的生命了。

  从太阳每秒钟消耗的氢的数量来看,它似乎不会维持很久。但是,这是由于没有考虑到太阳的巨大质量的缘故。太阳的质量为2,200,000,000,000,000,000,000,000,000吨(即二千二百亿亿亿吨)。这个质量当中大约有百分之五十三是氢。这就是说,太阳目前约含有1,160,000,000,000,000,000,000,000,000吨氢。

  如果你想知道的话,不妨告诉你:太阳质量的其余部分几乎全都是氦。比氦更复杂的原子,占太阳质量的百分之零点一弱。氦比氢更致密些。在相同的条件下,氦原子的质量是同量氢原子的质量的四倍。如果换算成体积——所占据的空间,太阳大约有百分之八十是氢。

  如果假设太阳最初全部由氢组成,而且它一直以每秒钟六亿三千万吨的速率把氢转变成氦,并将保持这种速率的话,那么,我们就可以计算出:太阳已经辐射了大约四百亿年,并将继续辐射六百亿年。

  实际上,事情并不如此简单。太阳是一颗"第二代的恒星",它是由在好几十亿年前就已燃烧光、并已爆炸掉的恒星所留下的尘埃和气体所组成的。因此,在一开始时,太阳的组分中就含有大量的氦,几乎跟现在一样多。这就是说,用天文学的尺度来衡量,太阳只辐射了一段很短的时间,它的氢储量减少得不多。太阳可能还不到六十亿岁。

  此外,太阳也不会一直保持目前这种辐射速率。氢和氦在太阳里并不是均匀地混合着的,氦集中在太阳的核心部分,而聚变反应则发生在这个核心的表层。

  随着太阳不断辐射,氦所构成的核心会越来越大,在它的中心,温度也会越来越高,最后,这个温度会高到足以使氦原子变成其他复杂原子的地步。到那个时候,太阳将放出比目前更强的辐射来。不过,随着氦聚变的开始,太阳就会开始膨胀,并逐渐变成一颗红巨星。那时地球上将热得无法忍受,海洋就会煮干。据我们所知,这颗行星就不复是生命的适宜住所了。

  据天文学家估计,太阳将在从现在算起的八十亿年后进入这一新阶段。不过,八十亿年也还是一个相当长的时间,因此眼下还没有必要惊慌。


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回复时间:2005-2-1 15:04
21 如果太阳的表面温度是白热的,太阳黑子为什么又是黑的呢?如果黑子真是黑的,它们就该也是冷的。太阳上的东西怎么会是冷的呢?


  这个问题看来确实象是一个难题。事实上,在十九世纪初期,就有一位伟大的天文学家赫歇耳曾断言说,既然黑子是黑的,它们就必定是冷的。为了解释这一点,他只能说,太阳并不是里里外外都很热。不错,它有一个白热的大气层,但在大气层的下面,则是太阳那冷的固体部分,人们可以透过太阳大气层的缝隙看到这个固体部分。这些缝隙就是我们所说的黑子。赫歇耳甚至认为,太阳内部的固体表面上冷到可以允许生物在那里生存。

  但是,这种看法是错误的。现在,我们很清楚地知道,太阳通体都是热的。事实上,我们看到的太阳表面是太阳上最冷的区域,但即使在那里,对生物来说,也肯定是太热了。

  辐射和温度是密切相关的。1894年,德国物理学家维恩研究了在不同温度下发射出来的各种光辐射。他的结论是:在理想的情况中,在每个特定的温度下,每一个物体都会辐射出特定波长范围内的光,而与物体本身的化学组成无关。

  随着温度的升高,峰值辐射的波长会变得越来越短,对于任何物体都是如此。在摄氏六百度左右,就会有相当多的辐射进入可见光的频率范围,于是物体就会呈现暗红色。当温度再升高时,物体就变为鲜红色,然后变为橙红色、白色和蓝白色。如果温度足够高,辐射频率就会大部分位于紫外区,甚至比这还要高。

  仔细地测量了太阳峰值辐射的波长(它位于黄光区域内),我们就可以计算出太阳表面的温度,这个温度大约是6,000℃。

  太阳黑子并不处于这一温度上。它们比这个温度要低不少,我们认为,在黑子的中心部分,温度只有4,000℃。太阳黑子很可能是一团膨胀的巨大气体。这种膨胀在太阳上造成了一定的温度降,正象电冰箱里的情形一样。要使一个巨大的黑子能抵御住从四下里温度更高的地方传递进来的热量,保持住数日或数周的低温,需要有一个巨大的热泵才行。不过,关于太阳黑子生成的机制,天文学家至今仍未找到完全满意的解释。

  即使是摄氏四千度,太阳黑子也应该很明亮。它应该比地球上的弧光灯还要亮许多,而弧光灯已是亮得不能用眼睛去直视它了。

  其实,太阳黑子也确实比弧光灯亮,这一点已经用仪器检测出来了。问题出在这里:我们的眼睛是不能看出光的绝对强度的。我们在判断亮度时,靠的是与四周环境的比较。太阳表面上那些温度较高的正常区域的亮度,是黑子中心低温区域亮度的四至五倍,与前者相比,后者在人眼中就显得是黑的了。这种黑只是光学上的错觉。

  这一点有时在日蚀时可以看出来。在太阳明亮的圆面上,掩蚀太阳的月亮朝向我们的一面的确是黑的。当月球的边缘掩过一个巨大的太阳黑子,使我们能在月亮的衬托下来观察黑子的"黑"时,我们就能够看出,黑子实际上并不黑。


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回复时间:2005-2-1 15:06
22 为什么所有行星的轨道都近似地位于一个平面上?


  对于行星都在同一个轨道平面内这一点,最合理的天文学推测是:它们是由同一薄层物质生成的。
  目前流行的理论认为,太阳系原先是一团巨大的尘埃和气体,最开始时是旋转的球体。在它本身所具有的重力影响下,它逐渐凝聚起来,因此旋转会加快,以保持角动量的守恒。

  随着这团星云越来越凝聚,转得也越来越快,由于离心力的作用,一部分物质会被从赤道平面上甩出去。这部分被甩出去的物质只占整体的百分之几,它们在星云中心的主体位置外围形成一个巨大的薄层。由于某种原因(至于具体是什么原因,大家还没有一致的看法),从这一薄层物质中,又凝聚出各个行星,而星云的中心主体则变成了太阳,各行星在原来的薄层的位置上继续运转。正因为如此,它们几乎都在同一个平面——太阳的赤道平面上旋转。

  由于同一个原因,各行星在凝聚的过程中所形成的各个卫星,一般也都在同一个平面上,它们也与各个行星的赤道平面相合。

  至于例外的情况,则被认为是整个太阳系形成许久以后发生的剧烈变故造成的。冥王星在与地球运转平面成十七度角的平面上运行(其它各行星都没有这样倾斜的轨道)。有些天文学家认为,冥王星原先可能是海王星的一颗卫星,后来有某种大变故使它摆脱了海王星。海王星目前的一颗最大的卫星"特瑞敦"并不在海王星的赤道平面上运行,这也是这颗行星发生过大灾变的另一个证据。

  木星有七颗位于外围的小卫星不在它的赤道平面上。土星的最外面一颗卫星也是这样。这些卫星可能在形成太阳系时都不是在它们目前所处的位置上形成的,而是很久以后才被这些大行星俘获过来的小行星。

  在火星和木星之间运行的小行星当中,有许多小行星的轨道平面都有很大的倾角,这也同样是发生过灾变的迹象。这些小行星原先很可能是一颗和各行星在同一个平面里运行的较小的行星。在太阳系形成后许久,可能是一次爆炸或一系列爆炸使这颗苦命的行星裂成许多小块,走上各自的轨道,其中有许多和原先的轨道大不相同。

  彗星有各种各样的运行平面。对此,有些天文学家认为,在太阳系的边远处——离太阳大约有一光年上下——存在着一个延伸得很远的彗星星云。它们很可能是在发生普遍的收缩和赤道平面上出现薄层物质之前、就由原先的球状星云的外层凝聚成的星体。

  当一颗彗星由于偶然的机会,从这个球层上掉了下来,落入太阳系内部时(这可能是由于遥远恒星的引力影响),它就会在任何一个平面上绕太阳运行起来。




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回复时间:2005-2-1 15:08
23 冥王星与其它各行星有什么不同?为什么会有这些不同?



  冥王星因为是离太阳最远的一颗行星而引人注意(它离太阳的平均距离约58亿公里)。不过,总得有那么一颗行星是最远的,冥王星不过刚好处在这个位置上而已。

  然而,事情还不止这样,冥王星具有一些不寻常的特性因而与其他大行星很不相同,这使它引起了天文学家很大的好奇心。例如:
  (1)冥王星有比其他各大行星形状更扁长的椭圆轨道。正圆的偏心率为零,地球轨道的偏心率只有0.017,这使它近于是个正圆。然而冥王星的偏心率却为0.25。有的时候,它离太阳会近到43亿公里;有的时候却远达72亿公里。事实上,当冥王星离太阳最近时,它要比海王星还接近太阳,因此有一段时间它不再是最远的一颗行星。现在它正在向比海王星还靠近太阳的位置运动,它将把这种地位保持四十年上下。

  (2)冥王星的轨道在所有大行星当中是最倾斜的。如果在太阳的一侧把所有的行星在它们的轨道上排成一列的话,它们差不多刚好一个挨着一个,只有冥王星是例外。冥王星的轨道平面与我们的地球轨道平面成17度角,因此,它既可能高踞于其它行星的总平面之上,也可能远远落在它们的总平面之下。因此,它从来不会在跨越海王星轨道时与海王星碰撞——离海王星远着呐。

  (3)除冥王星外,八大行星可分成两类。第一类是靠近太阳的四颗行星:水星、金星、地球和火星,这些行星都比较小,密度比较大,相对来说没有多少大气。此外,还有四颗较远的行星:木星、土星、天王星和海王星,它们是大行星,密度小,大气层很厚,冥王星不属这些"气儿吹成的大块头"之列,但却象内行星一样,是一个小小的致密世界。它所处的位置确实有些不相称。

  (4)除水星和金星外——它们离太阳太近了,万有引力效应会使它们的运动减慢——其他行星都可以说是绕着自己的轴心迅速转动着的。它们的运转周期从10小时到25小时。但是,冥王星的自转周期是153小时——差不多是七天。

  为什么一切都是这样地走极端呢?冥王星这样与众不同是什么原因呢?

  有人提出了一个特别有意思的设想。这种设想认为:冥王星在一开始并不是颗行星,而是海王星的一颗卫星,而在某种宇宙灾变中,它从自己的卫星轨道上被抛了出来,成了独立的行星。

  这样的爆炸(如果真的是爆炸的话)完全能够把它送上一个倾斜的、不匀称的轨道,但这个轨道还会把它带回自己原来从海王星抛出去的地方。

  作为一颗卫星,它可以是小而致密的,无须象真正的外行星那样一定得是那种气儿吹成的大块头。而且,它还能以自己在海王星重力作用下绕海王星运行时所具有的旋转速度自转下去(卫星一般都是这样的,我们的月亮就是如此)。这时,冥王星就很容易以七天为自己的自转周期了(月亮的自转周期是四个星期)。当冥王星从海王星那里被甩出去时,它可以保持自己的自转周期,同时以最特殊的身份成了一颗行星。

  不过,糟糕的是,所有这一切都只是臆测。对于冥王星是否曾是海王星的卫星,我们并没有过硬的证据。即使算是说对了的话,我们也还不知道冥王星是被什么灾变把它搞成现在这个样子的。

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回复时间:2005-2-1 15:09
24 彗星为什么有尾巴?


  彗星把人类恐吓了许多年代。偶尔,天空中会莫明其妙地出现一颗彗星。它的形状和其他任何天体都不相同。它模模糊糊,轮廓并不清晰,而且还拖着一个不甚分明的尾巴。在某些富于想象的人看来,这个尾巴很象是一个哭泣着的妇女的散乱头发("彗星"一词就是从拉丁文的"头发"一词变来的),因此,人们认为它预示着大难将临。

  到了十八世纪,人们终于确认出,某些彗星在固定的轨道上绕着太阳转动,不过,这些轨道一般都是非常扁长的。当彗星在轨道的远端时,人们看不到它们。只有当它们位于近端时——这在几十年中才有一次(也许是上百或上千年)——它们才成为可以看见的天体。

  1950年,一位名叫奥尔特的荷兰天文学家提出,有团巨大的星云,其中可能包含着几十亿颗小行星,在距离太阳一光年或甚至更远的地方运行。它们比冥王星这颗最远的行星还要远一千倍,而且,尽管它们为数甚众,我们却全然看不见它们。每隔那么一段时间,可能在邻近恒星的引力作用下,一些小行星在轨道上的运动会放慢下来,并开始朝太阳的方向落下。偶尔会有某个小行星深深地钻进太阳系的内部,在离太阳几百万公里的近处翱翔,自此之后,它就将保持自己的新轨道,成为我们所看到的彗星。

  几乎与此同时,美国天文学家惠普勒也提出,彗星主要是由低沸点的物质(如氨和甲烷)构成的,同时也包含有细碎的石砾。这团彗星云在远离太阳的时候,氨、甲烷和其他物质都凝固成为坚硬的"冰块"。

  这种冰冷的彗星结构,在外层空间迅速运行时是稳定的。但是,一旦它们慢了下来,向太阳靠近时,又会出现什么情况呢?当它进入太阳系内层时,会从太阳接受到越来越多的热量,使得冰块开始变成蒸汽,原先被凝在冰块表层的石砾颗粒得到了自由,结果,彗星的核心就被一团尘埃和蒸汽所形成的云雾包围起来。越靠近太阳,这团云雾就越稠密。

  太阳朝四面八方刮着太阳风——一种向外奔涌的亚原子粒子云。太阳风对彗星有一股作用力,这种力超过了彗星本身的微弱引力,彗星内的尘雾云就开始被太阳风吹出来,向背离太阳的方向伸展。随着彗星接近太阳,太阳风加强了,尘雾云就成了背离太阳方向的一条长尾。离太阳越近,尾巴就越长,然而,这种尾巴是由极其稀薄的分散物质构成的。

  自然,彗星一旦进入太阳系的内层空间,就不会长期存在下去。每靠近太阳一次,就造成一次物质损失。这样,转了几十次以后,彗星就变成了很小的石头核,或者干脆碎裂成小陨石团。有一些这样的陨石团正在确定的轨道上围绕太阳运行。当它们在地球的大气层里穿过时,就会出现壮观的"流星雨"。这些流星雨无疑是彗星的遗骸。


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回复时间:2005-2-1 15:11
25 为什么月球总是以固定的一面对着地球?


  月球的引力造成地球两侧海水的升涨,形成每日两次的涨潮。随着地球从西向东自转,这两次涨潮——一次永远冲着月亮,另一次则背着月亮——在地球上从东向西移动。

  潮水在地球上运动时,会在白令海和爱尔兰海这样的浅海海底掠过。这样会造成摩擦,把转动的能量变成热。由于地球的转动能就这样慢慢地消耗着,我们这颗星球的绕轴自转就会放慢。潮汐对地球旋转所起的作用就像一副车闸,结果,每隔一千年,地球上的一天就会延长一秒钟。

  在月球引力影响下位置升高的不只是海洋。地球的固态地壳也相应发生变化,不过不那么容易注意到就是了。岩层会沿着地球产生两次轻微的凸起,一次朝着月亮,一次在地球的另一面。在岩石绕着地球凸起的过程中,岩层之间的摩擦力也消耗着地球的转动能量。当然,这种凸起并不造成岩石环绕地核的转动,但是,当我们这个行星运动而使各个不同的部分在月亮下面经过时,这种凸起会此起彼伏。

  月球上没有大海,没有潮汐。然而,它的固体表面层会对地球的引力发生反应——地球的引潮力比月球对地球的引潮力大八十倍,因此,月面凸起的程度要比地面大得多。同时,如果月球也是以二十四小时为周期自转的话,月球上所到的潮汐摩擦力就要比地球上强烈。此外,由于月球的质量比地球小许多倍,要是它的自转周期与地球相同,它在开始时所具有的总能量就要小得多。

  随着月球上较小的初始转动能量在地球所引起的较大凸起中迅速消耗掉,它的自转周期相对说来就会以很快的速度变长。它的自转速度一定早在几百万年前就减慢到月球的一天等于地球的一个月那么长的地步了。到了这时,月亮就会永远用同一面对着地球。

  这时,月面的凸起就被"冻结"起来,有一处凸起就在我们所看到的这一面的正中央,永远对着我们。另一处就在我们所看不到的那一面的正中央,永远背着我们。在月球运行时,这两处都不再变动位置,于是不再有升降变动,也就没有摩擦效应来改变月球的自转周期了。因此,月球将永远保持着以同一面朝向我们的状态。你瞧,这并不是出于巧合,而是引力和摩擦作用的必然结果。

  月球的情况是较为简单的。在一定条件下,潮汐摩擦力可以造成更复杂的稳定条件。例如,近八十年来,人们一直认为水星(离太阳最近的行星,受太阳引力的影响最强烈)也象月球以一面朝向地球一样,总是以一面对着太阳。实际上人们已经发现,在水星的情况下,摩擦效应能造成周期为58天的稳定自转,这刚好是水星绕太阳公转周期——88天——的三分之二。


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回复时间:2005-2-1 15:12
26 在月球上发现的"质集"现象是怎么一回事?


  只要能够假设宇宙间所有各个物体的质量都集中在一点,牛顿的万有引力定律就可以用十分简单的公式表达出来。如果物体是在很远的地方,我们就可以作这种假设。但是,物体彼此离得越近,就越需要把质量是分布在一个大区域里这一点考虑进去。

  即使在这种情况下,只要能保证如下两点,结果也还是很简单的:(1)物体是一个圆球;(2)它的密度沿半径方向对称分布。所谓"沿半径方向对称分布",是指这样的情况:如果物体在中心上密度很大,而在离开中心时密度变得越来越小,那么,无论我们从中心点沿哪一条半径向外走,它的密度都以同样方式减小。即使密度有什么突变,也没有什么关系,只要这种变化在从中心向各个方向走时都同样发生就行。

  所有天体,只要它们足够大,就几乎都满足这两个条件。它们在形状上一般都很接近于球体,密度也差不多总是沿半径对称的;当然,在天体彼此相隔十分近的时候,应该允许出现一定的偏差。在研究月球和地球间的引力效应时,就要考虑到地球不是个正球体,它在赤道区域内有些隆起。隆起部分的多余物质产生了自己的微小的引力效应,这是必须考虑进去的。

  二十世纪六十年代,美国把几只空间容器("月球轨道探测")发射到围绕月球运行的轨道。由于详细地掌握了月球的大小和形状,火箭专家相信自己能够精确地计算出这些容器环绕月球的速度该有多大。然而,使他们惊讶的是,他们发现这些空间容器在轨道的某些地方走得太快了一点。

  人们对这些轨道进行了详细研究,结果发现,空间容器在飞越月球上广大的叫做"海"的地区——这是一些平坦的地区,几乎没有火山——时,速度会稍稍变快一些,这只能是由于月球的密度沿半径并不十分对称而造成的。在这些"海"中,一定存在着太多的质量,所以产生了事先没有预料到的附加引力效应。于是,天文学家开始谈起"质量集中",或者简称为"质集"的现象来了。

  质集是什么原因造成的呢?

  现在有两种理论。有些天文学家认为,这些平原地区是由极大的陨石在月球上碰撞出来的特大号环形山,这些陨石可能埋入地下,至今仍在那里。它们的主要成分可能是铁,比普通月面物质的比重要大得多,因此会呈现出质量高度集中的异常现象。

  第二种理论认为,在月球的早期,月面上的"海"真的是海洋。在海水被蒸发到星际空间之前,海底积聚了厚厚的沉积物,这些物质现在还在那里,造成了多余质量的集中。

  将来进一步对月球进行探索,准会确定出这两种理论是否有一个是正确的,以及是哪一个是正确的。一旦知道了真情,它又会再告诉人们许许多多关于月球(以及地球)的早期历史。


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回复时间:2005-2-1 15:14
27 人们已经先后六次登上月球,在那里都发现了些什么呢?


  从某种角度来看,由于人们已做的工作毕竟有限,因此不应对这几次月球探险抱有过多的指望。我们已做到的,充其量只是在相当于南北美洲总面积那样大的月球上,从相距很远的六个地点挖得了一些月面物质而已。宇航员每次来至月面上,都会有一些惊人的发现,但是,这离解答月球之谜可以说还相隔十万八千里呢!

  何况,天文学家和地质学家也只不过刚刚着手工作。对月球上岩石的研究需要进行好几年。这一课题可能会有很大的用处,因为在这些岩石中,有一些是在太阳系开始存在的最初几亿年里生成的,它们已有四十亿岁上下了。在地球上,迄今仍没有找到这种早期生成、并且无变化地保留了下来的物质。

  由于人们对月面物质化学成分进行研究的结果,有一点已经很清楚了,这就是:月球上各种元素的分布与地球上有显著的不同。同地球相比,月面岩石中那些倾向于形成低熔点化合物的元素——如氢、碳、钠、铅等等——的含量很少;而生成高熔点化合物的元素——如锆、钛和各种稀土金属——在月壳中的含量则比地球多。

  用推理的方法对这一现象进行解释时,我们可以假设月球表面曾有过很高的温度,而且这一高温时期相当长,以致低熔点化合物大部分蒸发散逸掉了,高熔点成分则原封不动地留了下来。由于在月球上发现大量的玻璃状物质——这似乎表明月面大部分曾熔化过,后来又重新凝固起来——这种推论就得到了进一步的支持。

  但是,这些热量是从哪里来的呢?可能来自早期大陨石对月球的撞击,也可能来自火山的大喷发。如果热源是这两者,熔凝效应会是区域性的。但是,到目前为止,人们得到的证据表明这一现象在月球上是普遍存在的。

  也许,这一效应的产生是由于太阳曾有过一段很长的高热时期。如果真是这样,地球过去也会处于同样的高温之中。尽管地球与月球不同,有大气层和海洋保护着它,但也应该能在地球上找到这一高热时期的证据。目前尚未发现这种证据,不过,这可能是由于地球上没有一块岩石能从太阳系历史的最初几亿年就一直无变化地保存下来的缘故。

  第三种可能性是月球曾一度比现在离太阳近得多。起先,它可能是具有狭长椭圆轨道的行星,轨道的一端离太阳就象水星离太阳那样近。这时,月球表面就会受到太阳的强烈焙 。

  在轨道的另一端,它可能离地球的轨道比较近。在过去的某个时候,也许就在十亿年前,这种状况使得它被地球俘获过来,因而把它从行星变成了卫星。

  不管是什么原因,月球的这种被烘烤过的表面有一点使人们很失望:它增大了在月球表层几公里深度内不会有水分存在的可能性,这意味着在月球上建立移民点要比有水源时困难得多。

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回复时间:2005-2-1 15:16
28 火星上有生命吗?


  说真的,对这个问题,我们现在还回答不出来,除非科学家登上火星并进行研究,否则,我们可能永远不会知道。

  不过,根据目前我们所掌握的知识来看,火星上是有希望存在生命的。诚然,火星探测器"水手九号"从火星上方1600公里的位置上,对火星的所有区域进行了观察,并没有发现什么生命迹象。但是,如果用同样的方法,在同样的高度向地球窥探,也同样不会发现地球上的生命迹象。

  火星的大气十分稀薄,只有地球上大气密度的百分之一,而且,它的成分几乎都是二氧化碳。还有,火星离开太阳的距离是地球的一倍半,那里的温度会象地球南极洲地区夜间的温度那样低。而在它的两极地带,低温会使二氧化碳冻结成为固体。

  如果没有特殊的保护措施,人类是无法在这种环境里生存的。事实上,地球上的任何动物都无法在那里生存。到火星上去的"地球人"只能在室内或地下洞穴里生活,然而,这是不是就意味着火星上不存在能适应火星条件的高级生命形态呢?应该说,存在的机会是很小的,但不能完全排除。

  那么,简单的生命形态——象地衣一类的植物和细菌类微生物——会不会存在呢?它们存在的机会要大得多,或许,火星上的环境对它们还是相当不错的哩。大家知道,过去人们曾希望月球上有可能存在着简单的生命形态,这种希望现在正在逐渐破灭,但火星上的条件要比月球上好得多。火星离开太阳比月亮离太阳远,又有一层可以起一些保护作用的大气,因此,火星所受到的会把形成生命所必须的复杂分子破坏掉的强烈太阳辐射会少一些。

  还有,由于火星比月球冷,又比月球大,它就更能成功地把造成生命起源的挥发性物质保留下来。火星上有丰富的二氧化碳,肯定还含有水分。有了这些东西,生命就能够形成,既然地球上有某些十分简单的生命形态可以在类似火星的条件下继续生存下去,那么,从一开始就适应于火星上的条件的生命形态,就更应当如此了。

  "水手九号"所拍摄的照片表明,火星上的条件不一定总象目前那样严酷:火星上有火山地带,有一座大火山叫尼克斯·奥林匹亚,这座山的直径比地球上的任何一座火山都要大上两倍。这表明火星从地质学上说是一个活跃的世界,它正处在变化之中。

  火星上有一些曲折的线条,大家都觉得这些东西看起来像是河道,有的天文学家甚至认为,这些线条的外表就能说明,不久以前(从地质学上说),这里有水流过。还有一点,火星两极的冰冠看起来似乎有周期性的消长变化。

  可能火星会交替着经历两种状态。一种是漫长的冬天,这时候,大部分大气都冻结了,只剩下极其稀薄的一点儿(目前正是如此);另一种是漫长的夏季,这时候,全部大气都将化为气体,大气层会跟地球的一样稠密。

  也许,火星上的生命目前正在火星的土壤里休眠,一到长夏来临,大气浓厚起来,水也流动起来时,那里的生命就会比我们目前所想象的更加欣欣向荣地生长起来。

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回复时间:2005-2-1 15:18
29 如果火星上存在着简单生命,是否真正值得跑这么远的路去看上一趟?



  对这个问题,科学家会毫不迟疑地用最大的嗓门回答:"那还用说!"

  地球上所有的生命形态,都毫无例外地是在蛋白质和核酸的巨大分子的基础上形成的。它们全都借助于同一类化学反应,起控制作用的也是同一类的酶。地球上的所有生命,都是由一条线上发展下来的各个变种。

  如果火星上有生命,无论它们是何等的简单,都有可能是另一条线上的一系列变种。这一来,我们一下子就把生命的种类扩大了两倍,还有可能立刻获得对生命本质的更为根本的了解。

  即使火星上的生命被证明是建立在与地球上相同的那一线上,在细微之处也会存在着有趣的不同。比如说,地球上所有的蛋白质分子都是氨基酸构成的,所有的氨基酸(除一种外)都可以是左旋的,或右旋的。在所有与生命无关的现象中,这两类氨基酸都是同样稳定的,也以同样的数量存在着。

  然而,在地球上的蛋白质中,所有的氨基酸,除了最无关紧要的最稀少的例外几种,都是左旋的。这就是说,蛋白质分子能够形成纯净的一串;而如果有些氨基酸是左旋的,另一些是右旋的,那就不可能形成这种纯净的蛋白质。然而,如果这一串都是由右旋氨基酸所组成,那也同样是纯净的。

  那么,为什么生命出现在左旋系统中,而不出现在右旋系统中呢?这是不是纯属偶然呢?地球上的第一息生命是偶然地成为左旋物体的呢,还是由于这里面有什么本质上的不对称性,使得左旋系统成为必然呢?火星上的生命有可能解答这个问题,以及其它类似的问题。

  就算火星上的生命确实和地球上的生命属于同一条线,在各个细节上也相同,单凭能知道这一点,去火星走一走也是值得的。这个事实本身就是有意思的证据。它表明地球上所存在的这些生命,可能是任何一颗行星——哪怕它们与地球很少有相似之点——所能具有的唯一生命形态。

  除此之外,从生物化学的角度来看,如果火星生命也和地球生命一样,是以碳元素为基础的,它们的生命物质的分子结构可能比世世代代生长在地球这个环境更适宜之处的任何生命都原始得多。如果是这样,火星就成了一座实验室,我们在那里可以观察到(可能)曾经在地球上存在过的生命的雏形。我们甚至可以用它们来做实验——在地球上,我们也可以这样做,但会多花掉许多时间——以探索潜藏在复杂的地球生命内部的基本真理。

  纵然火星上根本就不存在生命,在那里的土壤中,也很可能存在着有机物的分子。它们虽然并没有生命,但却可能正在向生命之路迈进。它们可能会说明在地球上出现第一个足够复杂的、可以被称为是生命的东西之前,地球所经历过的所谓"化学进化"这一阶段的本质。

  无论我们对于火星生命能了解到什么,都非常有可能帮助我们对地球上的生命有更为清楚的理解(就像学了拉丁语和法语,会有助于使我们对英语了解得更清楚些一样)。肯定地说,如果我们去火星是为了比在地球上更多地了解地球本身的话,这就足以使我们尽力去这样做了。

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回复时间:2005-2-1 15:20
30 海洋是什么时候形成的?又是怎样形成的?


  二十世纪初,人们曾认为地球和其他行星是由太阳所抛出的物质生成的。在人们的想象中,地球是逐渐冷却下来的,从白热到红热,再到一般的温度,最后降到水的沸点。当它冷却到一定程度时,地球那炽热的大气层中的水分就开始凝结起来,于是开始下雨了——下了又下,接着还是下。滚开的大雨降到滚烫的地面上,嘶嘶响着,向四处迸溅,这种令人难以置信的雨下了许多许多年,我们这个星球的高低不平的地面终于冷却得可以容纳这些雨水了,这就出现了海洋。

  这种说法戏剧性十足,然而却几乎完全是错的。

  现在,科学家相信,地球和其他行星不是由太阳生成的,而是在太阳自身开始生成那个时期内,由物质微粒聚集而成的。地球从来没有达到太阳那样的温度。但是,由于形成地球的这些微粒互相撞击的能量,它会达到相当高的温度。这个温度足以使得原先所有的大气和水蒸汽跑掉,因为地球的相对小的质量无法把它们留住。

  换句话说,新生成的地球是个固体块,既没有大气,也没有海洋。那么,大气和海洋又从何而来呢?

  在构成地球的岩石物质中,会有水分(还有气体)与岩石松散地结合在一起。在地球重力的作用下,这些岩石越来越紧密地重叠在一起,温度也越来越高,于是,水蒸汽和气体就从岩石中嘶嘶地被赶了出来。

  这些气泡不断生成、汇集,使新生的地球发生大量的地震。逃逸的热量造成猛烈的火山喷发。在数不清的年月里,水不是从天而降,反过来,倒是从地壳里呼啸而出,然后冷凝下来。海洋不是从上方,而是从下部生成的。

  现在,地质学家还有争论的问题,主要是海洋生成的速度有多大。水蒸汽是不是在十亿年或更短的时间里就全部跑了出来,因此,海洋从开始有生命以来就是现在这个样子呢?或者,这个过程进行得十分缓慢,因而海洋在各个地质年代一直在扩展,直到现在也仍在扩展?

  那些认为海洋早已形成,并且它的大小长久以来一直是稳定的人们指出:陆地的大小一直是目前的样子,它们在过去——即假设海洋比现在小得多的年代——也似乎并不比现在大多少。

  与此相反,那些坚持海洋一直在增长的人们则指出,即使到了现在,火山在喷发时也仍然把大量的水蒸汽散布到空气中来,这些水蒸汽不是来自海洋,而是来自深处的岩石。此外,在太平洋里有一些平顶的海底山峦,它们的顶部原先可能和海面一样高,现在却在海面以下三百米处了。

  还有一种折衷的看法认为,海洋一直在持续增长,但是,由于水量不断增加,它的重量把海洋的底部压了下去。简单地说,海洋越长越深,而不是越长越宽。这种说法既可以解释海底山峦的下降,又能说明大陆并没有改变。


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回复时间:2005-2-1 15:20
31 海洋是不是越变越咸?它们会不会变得咸到把所
   有生物都给咸死?

  地球上存在着水的循环。每年大约有12.5万立方公
里的水从海洋表面蒸发掉。这些水会以雨的方式落下来。再
以各种方式回到海洋里。
  循环的这两个分支——蒸发和回降——在一个方面是不
平衡的:在海水的各种成分中,只有水本身能够蒸发掉,所
以,雨水几乎是纯净的水。然而,降回地球的雨水先是降到
陆地上,它们从土地上流过,从中带走了一些可溶性物质,
一直带到大海。以河水为例,它会含有万分之一的盐。这是
尝不出来的,但已是足够重要的了。
  这样,海洋似乎会不断地从陆地上得到微量的盐类和其
他化学物质,但在蒸发过程中却根本不会把它们丢失掉。我
们有理由认为,海洋一定是在变得越来越咸,当然,这是很
慢的过程,但是在经历过上百万年的地质年代后,积累起来
的盐就很可观了,比方说,现在的海洋中确实就含有3.5%
的可溶性物质,其中大部分是食盐。
  河水也会将盐类带入内陆湖泊,这些湖泊与海洋不相通。
在这里,可溶性物质也象在海洋中一样地积聚起来。如果湖
泊位于炎热地带,平均蒸发率比海洋还高的话,可溶性物质
就积聚得更快。结果,这些湖泊会变得比海洋还要咸。位于
以色列和约旦边境的死海含有25%的溶解物。那里的水是
如此的咸,以致一切生命都不能在里面生存。
  海洋是不是也不可避免地面临着这种没有生命的结局呢?
  如果没有什么能减少海洋中含盐成分的过程,结果可能
就会如此。不过,这类过程是存在的。比如,狂风巨浪会把
海水卷到陆地上,溶解的盐类也随着海水上岸,散布在陆地
上。
  更为重要的是,当有些溶解物质达到一定的浓度以后,
就会互相结合成不溶性化合物,沉入海洋的底部:还有一些
物质,虽然本身不是不溶性的,却能与海底的物质结合起来。
还有,一些物质能够被海洋生物的细胞所摄取。
  这样,现在海洋中含有的可溶性物质就远远少于过去几
十亿年里被河流携带进来的物质。而在另一方面,海洋的底
部还有很丰富的各种物质,比如,在海底分布着大量各种金
属结核,它们一定都来自陆地。
  此外,随着年代的变迁,海洋的浅湾地带有可能由于地
壳的升高而与海洋隔断。这一部分的水逐渐蒸发掉,留下大
量的溶解物质,于是,它们又回归到陆地上。岩盐矿——从
这里可以得到大量食盐以及少量其他物质——就是这类干涸
掉的小块海洋的残迹。
  那么,总的结果是什么呢?归根结底,在长远的历程中,
海洋是在一点点地咸起来呢?还是在渐渐变得淡些呢?或者
它是有时向这方面发展,有时又向另一方面变化,而总的说
来又保持平衡呢?对于这个问题,地质学家现在还不能肯定。

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回复时间:2005-2-1 15:21
32 海洋里真的有金子吗?

  当然有的,为什么不呢?
  雨水在不断从陆地向大海汇流的过程中,会把它所遇到
的所有物质都溶解掉一些。所溶解的物质总量不大。其中有
一些物质比另一些物质难于溶解,这些溶解物进入海洋后,
有一些沉降到了海底。
  然而,自海洋出现后的几十亿年里,已经有很多很多的
溶解物质被倾倒进大海。因此,每一种元素都以化合物的形
式在海水中大量存在着,并和海中的水分子混合在一起。
  海水中约有3.25%是溶解了的固态物质。海水共有
13.6亿立方公里,总重量达一百五十亿亿吨。如果把所
有的固体物质从其中分离出来,会有五亿亿(50,000,
000,000,000,000)吨。当然,这里面有四
分之三是食盐,但在其余的四分之一中,每样东西都有一些。
  例如,这里存在着许多镁化合物,足以从中获得一千九
百万亿(1,900,000,000,000,000)
吨金属镁。海洋中的这一储备足以满足我们相当长期的需要、
特别是因为我们提取出来应用的东西,最终又都会被冲洗到
海水中去。
  不过,海洋中的镁并不象陆地上那样以富含镁的矿藏的
形式不均匀地分布在海洋各处,它是均匀地散布在整个海洋
里的。这就是说,即使提取的效率达到百分之百,从一立方
米海水中也只能得到一公斤镁。从海水中经济地提取镁的方
法已被发现了,现在,人们正很合算地从海水中按自己的需
要来取得它。
  另一种以可观的数量存在于海水中的元素是溴(这是氯
的一门亲戚,不过不象氯那么普遍)。从海洋里溶解的溴化
物中,可以提取出一百万亿(100,000,000,
000,000)吨溴。这差不多是镁含量的二十分之一,
所以,要从二十吨的海水——大约二十立方米——才能得到
一公斤溴(以百分之百的效率)。这样做也是有利可图的,
而海洋也正是世界上溴的主要来源。
  氯和溴的第三门亲属是碘。它比前两者更为稀少,在整
个世界上是这样,在海洋里也是如此——它在海水中的含量
还不及溴含量的千分之一,其总数达八百六十亿吨。这个数
字听起来仍显得不小,但这意味着在两万多立方米海水中才
有一公斤碘。这一含量太低了,无法以合算的方法直接提取。
幸而,海藻类植物替我们做了这件工作,从海藻的灰里;就
能便宜地得到相当数量的碘。
  海水也给我们带来了黄金。海水中的黄金总量大约在六
百万吨到一千二百万吨之间。如果我们在这段文字的开始就
把这个数字告诉大家,那它听起来会显得挺多。至少有六百
万吨呢!而且还可能是它的两倍,可不得了!
  但是,现在我们可以懂得这个数字并不很大。既然要从
二百到四百立方公里海水里才能捞到一公斤黄金,那么,为
了得到一公斤黄金所要付出的费用会远远超过一公斤黄金的
价格。所以,黄金还是被人们留在海里了。


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回复时间:2005-2-1 15:21
33 如果冰冠融化了,将会发生什么情况?

  地球的陆地上承载着近3,800万立方公里冰(约有
百分之八十五在南极洲)。由于水比冰的密度大些,这些冰
融化以后,会变成大约3,400万立方公里的水。
  自然,如果这些冰融化了,它们大部分会从陆地流到大
海。海洋总表面积是3.62亿平方公里。如果海洋的面积
不变。这3,400万立方公里融化了的冰将会均匀地铺盖
在海洋上,这就是说,海平面会升高约100米。
  不过,海洋的表面积不是一个不变的数字。如果海平面
上涨的话,海水会沿着海岸上的低平地势漫过来,占领成百
万平方公里的陆地。这意味着海洋面积会增大,而新的水层
不会有原来那么厚。而且,新增加的重量会把海洋的底面压
下去一些。然而,即使是这样,海平面仍可能会上升六、七
十米,这足以漫到纽约帝国大厦的第二十层,同时把地球上
人口最密集的地区淹没。
  在地质史上,陆地上的积冰曾有过很大的变化。在冰河
时期的鼎盛阶段,高达千百米的冰川曾向前推进,而覆盖了
成百万平方公里的土地,海平面则大大下降,使目前的大陆
架地区都见了天日,成为干燥的地面。
  另一方面,当陆地上的积冰融化殆尽的时候——融化过
程每次持续千百万年——海平面就升高了,这时陆地的面积
就缩小了。
  这两种局面都未必是什么灾难。在冰河盛期,千百万平
方公里的土地被冰所覆盖,使陆上生物无法生存。而另一方
面,千百万平方公里的大陆架露了出未,成了可居住的地方。
  反过来说,当冰消融后,千百万平方公里的土地会被水
淹没,使陆上生物无法生存;而在另一方面,由于不再有冰,
又由于陆地面积的减小使陆地上的气候更为稳定,沙漠也减
少了。因此,在剩下的陆地上,可供生活的土地的百分比也
增加了。至于海洋的体积变化,相对来说是很小的(至多为
百分之六或百分之七),所以,海洋生命不会受到多大的影
响)。
  如果海面的升降过程是在几千年或几万年内发生的——
过去一直就是这样的——人类是能够应付这种变化的。然而,
麻烦有可能出在这里:人类的工业技术活动一直在把灰尘和
二氧化碳吐到大气中去。灰尘会挡住一部分太阳辐射,使地
球降温;而二氧化碳却会把热量留下来,使地球变暖。在这
两种效应中,如果有一种在未来的时间里大大占了上风,地
球的温度就有可能相对迅速地上升或下降。那样,或许大陆
上将出现冰川、或许冰冠会融化入海。这两者都可能在一百
年左右发生。
  因此,造成灾难的将是变化的迅速程度,而不是变化本
身。


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回复时间:2005-2-1 15:21
34 供我们呼吸的空气是从哪里来的?

  据天文学家推测,行星是由一些巨大的气体和尘埃旋转
形成的,而构成这些气尘云的各种元素,其比例一般等于它
们在宇宙中通常占有的百分比。行星中约有百分之九十的原
子是氢,还有百分之九是氦,剩下的则包括其他所有元素
——主要是氖、氧、碳、氮、氩、硫、硅、镁、铁和铝。
  地球的固态球体本身是各种岩石的混合物,由通过化学
力结合成紧密分子的镁、铁、铝的硅酸盐和硫化物所组成。
多余的铁则慢慢地沉到岩层下面,形成炽热的金属核心。
  当地球的这些固体成分聚拢在一起时,也会捕集到一些
气态物质,这些气体会存在于固体微粒之间,或者与固体形
成松散的化学结合。这些气体中有氮、氖、氩的原子——它
们不与其他元素化合。此外还有氢原子。氢或自己成对地结
合成氢分子(H2),或与其他原子化合。它能与氧化合生
成水(H2O),与氮化合生成氨(NH3),或与碳化合
生成甲烷(CH4)。
  随着构成地球的物质的不断堆积,压力就会越来越大,
火山喷发也会越来越猛烈,这些气体就会被挤压出来。氢、
氦和氖的分子由于太轻,地球留不住,就迅速地逃逸掉了。
剩下来的就组成了大气。它们是水蒸汽、氨、甲烷,再加上
一点儿氖。水蒸汽的大部分(不是全部)冷凝下来,就形成
了海洋。
  木星和土星等行星所具有的也是这种大气,不过,由于
它们的质量相当大,能够把氢、氦和氖保留下来。
  但是,内行星的大气层已开始进入化学进化阶段了。来
自离得很近的太阳的紫外线,把水蒸汽的分子破坏成氢和氧
的分子。氢逃逸掉了,而氧却留了下来。它们越聚越多,并
且与氨和甲烷发生化合。氧与氨化合时,生成氮和水;氧与
甲烷化合时,生成二氧化碳和水。渐渐地,内行星大气层的
成分就从氨加甲烷变成了氮加二氧化碳。今天,火星和金星
仍然具有这种氮加二氧化碳的大气层、地球在几十亿年前开
始出现生命的时候,一定也是有这种大气层的。
  而且,这种大气是稳定的。它一旦形成,总有一部分当
紫外线分解水蒸汽时生成的自由氧(其分子式为O2,由两
个氧原子组成)积聚起来。紫外线还会进一步把这种氧变为
臭氧(其分子式为O3,由三个氧原子组成)。臭氧会吸收
紫外线,并把它截住,使它几乎不能穿过臭氧层进入上层大
气层去分解下层的水分子,因此,大气层的化学进化即告终
止——直到后来又出现了新情况时为止。
  在地球上,这种新情况已经出现过了。在偶然的情况下,
有一些生命萌发了,它们能利用可见光来分解水分子。臭氧
层并不阻挡可见光的通过,因此,上述过程(即光合作用)
会无限地进行下去。在光合作用下,二氧化碳被吸收,而氧
气则被释放出来。这大概是五亿年前开始的。从那时候起,
大气层就被转变为今天这种氮气加氧气的结构。


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