书城科普读物趣味科学(科学知识大课堂)
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第40章 趣味天文地理(3)

据记载,这种“怪雨”已发现有十余种,每当这种“怪雨”出现时,人们往往惊恐万状,议论纷纷。有人还宣扬说是魔鬼在作怪,是不祥之兆。其实,这完全是一种自然现象。

究竟为什么会出现“怪雨”呢?原来是由于龙卷风的作用。龙卷风是底层大气中最强的小尺度旋涡系统,具有奇特的外形和巨大的威力。它从雷雨云的底部向地面垂下一个弯曲的云柱,犹如一根擎天大柱,上大下小,远远看去,又如同象鼻,在空中游动。由于强烈的吸力和旋风,“象鼻”所到之处,可以把陆地上的尘土、谷物,甚至埋在地下的古银币卷到空中,也可以把江、湖、海洋中的水连同鱼蛙吸上天空,而后随雨降下,于是就形成了上述各种“怪雨”。

此外,还有一种“怪雨”叫“石雨”,这种“雨点”不是水滴,也不是冰粒,而是大大小小的灼热的五色缤纷的石块。这是因为陨石在高空发生爆炸崩解为许多碎块落下而形成的“陨石雨”。1976年3月,我国东北吉林地区就降了一场世界上罕见的“陨石雨”。

另外,在日本川崎还下过一场历时四小时的“金属雨”,闪闪发光的金属粉末从天而降。东京还下过一场“酸雨”。这都是由于大气污染造成的。工厂烟囱里日夜喷吐着汞、铅、钍、钒等多种金属微粒和粉末,它们沉落下来,就成为“金属雨”。燃烧煤和石油,会产生二氧化硫,二氧化硫溶于水就是硫酸,随雨下落便成了“酸雨”。1968年瑞典南部瓦腾湖发生的轰动世界的“黑雪”奇景,也正是环境污染物质造成的产物。

事出有因,“怪雨”不怪,它只不过是一种罕见而复杂的自然现象。

“黑夜”与“白夜”

天空为什么是黑的?

太阳落山了呗。夜晚,太阳公公睡觉去了,天就黑了。3岁的儿童会这么回答。

是的,天上没有太阳,好像天就必然会是黑的。可是,没有了太阳,还有星星,绝大多数星星都是恒星,都会发光,为什么没把夜晚的天空照亮?

所有的星星都在发光,夜晚的天空不应该是黑的,本应该像白天那么亮。

这是19世纪的天文学家奥伯斯提出的问题。奥伯斯是德国人,原来是内科医生,酷爱天文,白天行医,晚上就在自己的住所上层观测星空,发现过5颗彗星,研究过小行星。观测的年头多了,就提出了上述这个问题。

要说清这个问题,还得从天上有多少星星说起。奥伯斯是从天上有多少星,想到了宇宙有多大,是不是无边无际。这不是3岁儿童回答得了的,涉及一些大问题。

在没有望远镜以前,全凭肉眼看天,眼力再好,也只能看到六千多颗星。发明望远镜以后,眼界突然开阔,看到了五万多颗星。后来,天文学家赫歇耳一家,赫歇耳和他的妹妹、儿子对天空划分区域,系统观测,作了统计,统计出北半球天空有11万颗星,南半球天空有70万颗星。

人类的视野开阔了,从太阳系扩展到了银河系,看到了10万光年以外的星空。当年赫歇尔一家观测星空,使用的是自制望远镜。时代进步了,制造望远镜的技术越来越高,人的视野一再扩大,原以为看到了天边,谁知道真是天外还有天。天在扩展,谁也说不清天到底有多大,于是形成了一个观念:宇宙是无边无际的,宇宙是无限的。

这时候,奥伯斯出来说话了。他说,宇宙是无限的说法不科学,不信的话,我给计算一下。宇宙中应该均匀地分布着许多发光的恒星,虽然有的亮些,有的暗些,不妨假定它们都按一个平均亮度发光。还要考虑,离地球近的星,照到地球上的光要强一些,远一些就弱一些,把距离的因素也考虑进去。如果宇宙是无限的,恒星和恒星之间不会有暗区,地球的上空不会是黑的,而且比白天亮得多,大约相当于天空中布满了太阳那么亮!

奥伯斯的理论告诉我们,夜晚的星空是亮的,是白夜;而人们的实际观察,夜晚的星空是黑的,是黑夜。理论和实际发生了矛盾。

提出这个矛盾,奥伯斯不是第一人。1610年,天文学家开普勒就反对过宇宙无限的说法,他认为,如果天空的星星无限多,夜晚的星空就应该是亮的。

理论和实际发生矛盾,其中必定有原因,只是一下子还不知道问题出在哪里。从奥伯斯开始,不断地有人探讨矛盾的根源,推动了学术的发展,促使人们去思考宇宙到底是什么样的。

为了解决矛盾,曾经出现过许多说法。

有人说,星空中存在着吸光物质,比如尘埃之类的物质,吸光物质吸收了星光,使得天空黑了下来。

有人说,奥伯斯的理论,是根据恒星均匀地分布在空中计算的,而实际的恒星分布并不均匀,有的星区恒星多,有的星区恒星少,宇宙中有亮区和暗区,地球的位置在于暗区。

有的人倒是赞同奥伯斯的理论,只是说,奥伯斯假定了恒星永远在那儿发光,要考虑到恒星也有个寿命问题,要是恒星的平均寿命很短,那么遥远的恒星在“死亡”以前发出的光到不了地球。

还有一种理论,认为宇宙起源于原始火球的大爆炸,大爆炸以后,出现了许多星云,逐渐凝聚成各种天体。大爆炸以后,宇宙膨胀开来,大量恒星远离我们而去。这样,这些恒星的光也不能到达地球。

也还有这样的推论,如果宇宙存在的时间太短,那些距离我们十分遥远的星光,还没有射到地球上来呢。

也许还会出现一些新的解释,总之,白夜和黑夜的问题已打开了人们的思路。只要无法推翻奥伯斯的理论,那就得找出原因来说明这个相互矛盾的事实。

月球出生之谜

从地球上遥望夜空,最惹人注目的是那一轮晶莹的明月。它那柔美多姿的身影,它那皎洁淡雅的辉光,留给人们的是永恒的眷恋,是无尽的遐想。几千年来,月亮在人们心目中是一首诗一幅画,一支宜人心脾的小夜曲。贝多芬的《月光奏鸣曲》令人如痴如醉;唐诗宋词中的“举杯邀明月,对影成三人”、“但愿人长久,千里共婵娟”令人百读不厌。

月球的美丽动人不仅使民间有了嫦娥奔月、玉兔捣药、吴刚伐桂等神话传说,月球的永恒魅力还使许多科学家也心向神往。1609年,著名的意大利天文学家伽利略制造出世界上第一架天文望远镜,他首先观测的目标就是月球。1887年,有人在法国巴黎的“世界博览会”广场上架起了一架望远镜,每当明月当空的时候,广场上就会排起长队,人们都想看一看望远镜中的月亮。

人们在地球上看到的最美丽的天体是月球,而宇航员在月球上看到的最美丽的天体是地球。如果把航天的步子迈到地球和月球以外的太空中再回过头来看时,人们会发出惊叹,地球像一颗晶莹璀璨的蓝宝石闪闪发光,而围绕着这颗蓝宝石旋转的小宝珠就是月球。

人们赞美月球与地球结下了缘分,同时也极想知道地球为什么会有月球作伴?月球又是从哪里来的?19世纪以来,许多科学家对这个问题进行了研究,并提出了几种不同的意见。

第一种意见认为,月球是从地球上分裂出去的。这个观点是小达尔文(进化论学说创立者达尔文的儿子)在1879年提出来的。他认为地球当初快速旋转产生的离心力使地球上的一大块物质被抛了出去,这块物质进入环绕地球的轨道后变成了月球,地球上留下的空穴就变成了后来的太平洋。

第二种意见认为,月球是地球抓来的“俘虏”。这个观点出现于20世纪40~50年代,代表人物是1970年获诺贝尔物理奖的瑞典科学家阿尔文。他认为月球原来在火星的区域内,是与火星一起形成的独立天体,后来,由于受地球引力的吸引,它落入了地球的“势力范围”内,就再也没有逃出去,后来就成了地球的天然卫星。

第三利意见认为,月球和地球是由同一块小星云凝聚而成的,它俩是同时“出生”的孪生姐妹。

这三种意见各有各的道理,但也有各自不能自圆其说的地方。比如第一种意见,科学家通过计算发现,地球当初的自转速度不可能快到能产生分裂的力量。又比如第三种意见,地球上铁矿资源丰富,但月球上却没有铁。如果地球和月球是从同一块星云中形成的“孪生”姐妹,那它们身上的含铁量为什么那么不同呢?

第四种意见认为,大约在地球刚形成的时期,一颗比地球小的宇宙天体以每秒钟12公里的速度撞上了地球。巨大的碰撞力使相撞处的大量物质被抛到了空中,有的物质被冲撞造成的高温气化了,有的物质经过慢慢冷却凝聚变成了月球。月球大概就是在46亿年前形成的,从那时起,它就与地球相依为伴,从远古走到了今天。这种观点最早提出于1975年,80年代后越来越引起人们的注意。

这些关于月球来历的说法仅仅是科学家的一些设想。喜欢刨根究底的人类不仅想知道月球的“来龙”,还希望能知道月球的“去脉”,月球会永远伴着地球吗?

月球沿着一条稍带椭圆的轨道绕地球旋转,与地球之间的平均距离是38.44万千米。如果我们告诉你,月球和地球之间的距离正在拉大,月球正在慢慢地离开地球,你会相信吗?然而这是事实。

如果你到过海边,或从电影电视中,你一定看到过或知道海水的涨潮和退潮。海水的这种涨落主要是受月球引力的影响。每天的海潮涨落使大量的海水流来流去,对海洋底部产生巨大的摩擦,这种摩擦对地球的自转会产生阻力,使地球自转变慢。地球自转一变慢,每日的时间长度就会加长,日积月累下来的结果是每100年地球自转变慢千分之一秒,相应的,地球上每100年的时间就要加长千分之一秒。这种变化看起来极其微小,但经过长时间的积累,就会影响到月球和地球之间的“关系”。地球自转越来越慢,月球环绕地球的轨道就会相应地变得越来越大,月球绕地球转一圈所需的时间就会越来越长,月球与地球之间的距离也就会越拉越远。

这种变化并不是现在才开始出现,而是古往今来都在缓慢地进行着。我们知道,地球上现在每年有365.24天,每天24小时,月球与地球之间距离是38.44万千米,月球从圆到亏再到圆的盈亏周期是28天。但天文科学家根据考古学和古生物学的研究成果测算出,在40亿年前,地球上每年有1069天,每天只有8.2小时,月地之间的距离是11.21万千米,月球的盈亏周期也只有几天。

那么,月球离地球越来越远,最后会远到哪野去呢?地球会失去这位月球伙伴吗?人类会失去这盏长夜明灯吗?科学家认为还不至于会达到那一步。当地球自转、月球自转、月球绕地球公转这三者的周期(即所需的时间)完全等同时,月球远离地球的过程就会结束,两者之间的距离也就远到了顶点。因为那时地球将会一直以同一面对着月球,就像月球现在一直以同一面对着地球一样。地球上对着月球那一面的海水将受月球引力吸引,永远处于高涨而不再有落潮。海水不再有涨落,不再由于月球引力而流来流去,对海底也就不会再产生阻碍地球自转的潮汐摩擦。没有摩擦,地球自转不再变慢,地球日的时间也不会再加长。那时,月球也不再远离地球而去,月球和地球之间的距离将会保持在56万千米左右。从地球上看,月球会比现在小三分之一,亮度也将比现在减弱一半。那时地球上一天的时间将是现在的55倍,即一天等于现在的55天,一年只有6.6天。

地球和月球的这种变化会使你感到吃惊吗?其实大可不必,因为那起码是10亿年以后的事了。

“火星人”之谜

火星是离我们地球最近的一颗外行星,在太阳系行星排列的顺序中紧挨地球排第四位。火星的颜色是火红色的,因而在罗马神话中,火星被称为战神,它那火红的颜色象征着战火和鲜血。

火星在天空中很显眼,人们无须借助任何观测手段,凭肉眼就能认出它。在火星最靠近地球的时候,人们只要用一架普通的天文望远镜,就能把火星放大到月球那么大。尽管从望远镜中看火星表面不如看月球那么清楚,但在太阳系所有的行星中,人们对火星表面的情况相对来说知道得较多,因而火星也就成了人们最感兴趣的行星。