书城科普读物爱因斯坦的圣经
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第18章 新约(16)

太阳系之书

抬眼向苍天,极目为大观。

行星学之第一书,称为神话

很久很久以前,古代文明赋予太阳系各物以神灵之性,众多神仙井然有序,各司其职。太阳神是巨能女神。她受命在体内燃烧,又向外辐射。她的辐射遍及外层太空,尤若驷马战车。太阳女神的后代为九大行星,也分别成为神及女神。水星神是宇宙的信使。他照看其他天体的运行,确保天体遵守自然法则,并与公平交易的原则保持一致,不得违反能量守恒和动量守恒定律。火星是吸引力之女神,她使巨大物体彼此趋近。大地是生命与生物的女神。战神是司狂热活动之神,使恒星以超新星形式爆炸,星系彼此碰撞,引发巨大的星际战争。木星是司电磁之神,他使闪电在大气中闪耀。土星是宇宙尘埃及颗粒之女神,她从宇宙尘埃的种子里生发星云、行星和其他非恒星的物体。宇宙尚在量子一引力初期时,她使万物得以安宁,宇宙以几何级扩张时,又是她点燃膨胀之火。之后,她又使膨胀减缓,最终谋得太平世界。海王星是宇宙海洋之神。他掌管空虚的外太空,在星簇间广布了巨大的虚空,渐令太空的构造物生出延伸及扩张的欲望。冥王星成为遥远世界之神。冥王星头戴隐形头盔,令凡眼不得而见,他照看宇宙层层黑洞。因此,在远古时代,职责与性情的分配导致行星的人性化。

行星学之第二书,称为太阳

她是更强烈的光芒。

悬在头顶照管天空。

第一章:她在太阳系中的位置

太阳为太阳系之母。她光芒灿烂,为她的孩子们提供阳光及能量。她的孩子就是行星。她坐落在太阳系的正中,她的孩子与孩子的伙伴围绕她旋转。每隔28天,她会轻轻转身照看孩子。

太阳以自身重量影响她的孩子及她的朋友。地球和其他行星服从她的引力拉动。它们沿同一个方向,以圆形或椭圆形轨道在几乎共同的平面上绕太阳转动。在这样的椭圆轨道上,太阳将端坐于两个焦点之一。

第二章:她在银河系中的位置

在银河系,太阳仅为数千亿恒星之一。太阳和其它恒星围绕银河绕巨大的圆圈。她引领着自己的孩子和朋友以每秒200公里的速度前进。但因其行程如此漫长,仅围绕银河走一圈便需二亿年。

第三章:大小、形状及重量

太阳为巨大球体,其半径为地球半径的一百多倍。她重达二百万个万亿万亿公斤,即两千个万亿万亿吨。太阳系质量的百分之九十九都居存于她自身体内。

从她的表面,巨大的能量流射出来,每个平方米都有六千万瓦特的辐射量,因此,全部功率输出将为四百个万亿万亿瓦特。但此能量中,仅有不到十亿分之一的一半的能量为地球所吸收。太阳明亮地照耀,其亮度为3×10(上标27)烛光。

从重量上看,太阳的60%为氢,40%为氦。但她的体内几乎含有所有元素。

第四章:结构及能量生成

太阳分为三层:厚达20万公里的太阳核为太阳最里层的部分。厚达30万公里的辐射区包裹着太阳球核。20万公里厚的对流层为太阳的外层。

太阳中心温度最高,向外层逐渐减低。表层仅为6000凯氏度,比火热的炉子热12倍。中心温度则高达1500万凯氏度。在太阳中心,太阳的密度为水密度的152倍,压力为4000亿大气压。

在太阳核,也就是太阳心脏里,太阳燃烧核子而产生能量:两个质子溶合在一起形成一个氕核,一个正电子和一个nu-e。正电子立即与一个电子毁灭,形成某种带能量的光子。氕核与一个质子溶合,产生一个光子和一个氦3。氦3核子很快与另外一个氦3溶合产生两个质子和一个氦4。这些反应的净效应为四个质子转化为氦4型核子。在这些反应期间,质量将转化为能量,据第八律,质量为一种形式的能量。因小质量的毁灭可产生巨大能量。虽然每秒钟会有50亿公斤的质量转化成能量,但太阳如此庞大,在其生命期内,它将牺牲不到其质量的千分之一于能量中。

质子间的聚合会产生巨量中微子。它们以光速移动,故可在没有相互作用的情况下穿越太阳球体。它们继续在没有检测到的情况下通过行星和太阳系,然后在外太空的外层丢失殆尽。

在太阳内部,热能及光子外向流动引起的外向压力会与引力的内向拉动平衡,所以太阳既不扩张,亦不收缩。

在太阳核内生成的能量将由光子在辐射区内携带走。光子经常驱散周围的电子和核子。光子还反复受电子及核子的吸收和再次释放。历经数万亿万亿次驱散、吸收和释放后,能量及光子会在辐射区内传递出来。在对流层的半径内,光子将被吸收。从这里开始,能量及热能将通过电子及核子的运动而提升至太阳表层。总体来说,太阳核心内产生的一比特能量到达太阳表面,即光球,需要一千万年。比起太阳的巨大球体来说,光球仅为九牛之一毛,其厚度仅为500公里。在太阳表层,借助电磁波的翅膀,能量将飞动。此电磁波以光速前进,25/3分钟之后,到达地球,5.5小时之后,到达冥王星,然后逃逸出太阳系。

因此,人们在地球上看到的阳光为25/3分钟之前从太阳表面释放出来,并于1000万年以前在太阳内核产生。

第五章:太阳表层活动

在太阳表层,整个光球为单一的密实气体之火。在这里,经常是,一小片明亮的热气体区会变成规模达数百公里的云层。它将保持在那里,好像被上升气流支撑住的一把降落伞。再过几分钟后,气云会分散,蔓延并消失。云层会散落,如同伞兵着地时,降落伞落在他头上一样。这个火热的云层是一个颗粒。数百万的颗粒盖在太阳的表面,如同玉米穗轴上的玉米粒。它们的形状不规则,经常是多边形的。因此,太阳表面看上去就像是沸腾飞涌的一锅滚烫肉汤。

有时候,会有磁暴产生,其磁场强度为地球磁场的数千倍。这些磁暴覆盖表层数千公里的地区。由于温度会比非磁暴地区低,会有较少的光从磁暴中射出。从远处并衬着更亮的背景看,这些磁暴就好像一些黑点,我们称之为太阳黑子。磁暴活动会延续几天甚至几个月的时间。太阳黑子的数量有所波动,平均数量会随时间而慢慢变动。每隔11年,平均数就会达到最高值,成为一个太阳黑子活动周期。

常见的情形是,光球的其他部分会变得额外热。由于这些更热的地区会放射出更大的光芒,因此,它们就会特别明亮。这些地区称为耀斑。它们看上去就好像涂在太阳脸上的一块块银漆。

第六章:日晕

太阳为大气所环绕,大气的温度随高度而增高。数百万凯氏度为较薄的上层地区的温度。上层大气的这一部分称为日晕。它会骤燃起来,狂乱闪耀,如同长长的金发在强风中飘动。更密更低的大气也有一个名字,就是色球。

时有这样的情形出现:光球会发生爆炸,燃烧的气体产生巨大的上冲力。这就是日珥。日珥的性质、大小和形状不一。从远处看,最小的看上去像营火。另外一些由等离子气流沿附近的两个太阳黑子的磁场线流动而产生的日珥会形成一个环路。更大的一些日珥看上去像灌木丛火灾上的火焰。最大的日珥长达200公里,高达4000公里,厚6000公里。气体会抛向空中,如入水巨鲸扑起的水浪。

更有一些时候,存储在磁场中的能量会狂暴地喷入太阳大气层中。这种突发的情形称为耀斑。耀斑之内最火热的地区,温度可高达2500万凯氏度。它的出现好像一根明亮的灯丝向外伸出,如同蜥蜴的银舌伸向一只昆虫。有些耀斑只闪耀几秒钟,有些则长达一小时。从无线电波到X射线的全部电磁光谱的放射活动都会出现。这样的耀斑会引起充满带不同电荷的粒子的宇宙射线的外向爆发。最强烈的耀斑可在地球上“听见”,是高能X射线引起地球电离层的变动。带电的粒子进入地球磁场,此时,这些耀斑会呈现玟瑰般的色彩。

在太阳表层20万公里以上的地方,太阳光环会变得稀薄,成为太阳风。在光环的边缘上,每一秒钟都有十亿个万亿万亿的质子和电子以每秒数百公里的速度向外喷流。太阳风在太阳系内流动,一直进入外太空的荒芜之处。慧星接近太阳时,太阳风会将它们的尾巴吹长。

行星学之第三书,称为地球

太阳系第三行星日地球。

第一章:地球轨道

地球是太阳的第三个孩子即第二个女儿。阿特拉斯肩负地球,令地球围太阳转动,并以每秒30公里的速度推动她前进。地球完成一圈的旋转需要365.25天。完整的一圈构成一年。因此,365天就是一年。因每四年就有一天被丢下了,所以,每四年就有另外一天增加到一年当中去。这样一个366天的年就称之为闰年。

地球与太阳之间的距离为1.5亿公里。一个天文单位就是指地球至太阳的距离。

第二章:大小及重量

地球直径为1.3万公里。但是,地球的大小跟太阳的大小比较起来几乎没有意义,因太阳的体积为地球的百万倍。地球的质量为6万亿万亿公斤。但是,地球的质量比较太阳的质量毫无意义,因太阳的质量为地球质量的33万倍。

第三章:自旋效应

他称光为白昼。

又名暗为黑夜。

地球自西向东旋转,每24小时完成一圈的转动。这一圈就是一天。因此,24小时就是一天。在地球众生看来,地球的自转如同天空的星星在转动。又如同孩子在旋转木马上看世界,旋转的是整个世界,是周围的一切在转动。因此,天空自东向西转动。这使太阳每天升起和下落一次。同理,月亮及星星在黑夜里转动。它们会从东方升起,并在西方落下。

地球面朝太阳的一面会为太阳照亮,称白昼,另外一面则是黑夜。地球旋转时,处在黑暗中的一面会转变为光亮中的一面。原来处在阳光中的一面,又会变为黑暗的一面。身在黑暗中的人称黑暗为夜。由于地球自转,白昼紧跟着夜,夜紧跟着白昼,就如同一只追咬自己尾巴的猫儿。黑夜和白昼都只有半天的时间。

地球的旋转轴相对太阳系的平面而言有23度的倾斜。因此,对于一年的1/4来说,地球的北半球向太阳倾斜,使太阳的光线垂直照射到北半球。这会使这一地区更温暖,此时即是夏天。夏季之后便是一个1/4年的时间间隔,北半球和南半球都没有相对于太阳的倾斜发生,太阳光线垂直照射在地球的赤道带上。此为秋季。接下来是1/4年的一个间隔,南半球向太阳倾斜,使太阳光线垂直落在南半球的地区。北半球因而变冷,此为冬季。冬季之后又是1/4年的一个间隔,此时,北半球和南半球都不倾斜于太阳。太阳光线再一次垂直落在赤道地区。此为春季。夏、秋、冬、春为地球的四季。

北半球向太阳倾斜时,南半球也产生倾斜,只是离太阳相反的方向。因此,北半球为夏天时,南半球即为冬天。北半球朝离太阳更远的方向倾斜时,南半球使朝向太阳倾斜。因此,南半球此时为夏季,而北半球则为冬季。

地球围绕外太阳旋转,地球较暗的一边会面向天空的不同部分。因此,黑夜的天空汇集的星星位置会有一些变化:冬季的星座与夏季的星座不同,同理,秋季的星座与春季的星座也不相同。但是,地球较暗的一面会指向一年的同一个时间的同一个方向。因此,人们在冬天看到的星座与去年同一时间看到的一样,与明年看到的星座也会是一样的。其他的季节也是如此。地球围绕太阳的运动会产生星座的季节性旋转。

由于太阳系的行星在同一个平面上运动,它们对于地球上的观察者来说就是在一个狭长的夜空带上出现,此为黄道。有时候,在几个月的时间内,行星在恒星的背景上看去好像有来回扭动的现象。这是由地球围绕太阳运动而引起的一个错觉,因行星按开普勒定律有规则地在天空运动。

第四章:结构

余为尔等指明脚下大地的征象:

有血,有火并烟气。

地球外层为地壳,这就是土层及岩层,厚达10多公里。地壳下为地幔,厚约3000公里,含地球2/3的质量。地球温度随深度的加大而快速增高,因此,表层之下数百公里处,热度高达1500个凯氏度。地幔之下为地核,是地球内部的球体。在地核与地幔的交接处,压力非常巨大,为150万个大气压。地核共有两部分:内核及外核。外核为厚达2000公里的液体,且含有地球约1/3的质量,主要由熔融的铁镍合金构成。此液体中的电流是产生地球磁场的原因。内核半径为1500公里,承受着巨大的压力,此巨压使其成为固态铁球。在地球的中心,压力可达370万个大气压。在那里,温度为6000凯氏度,如太阳表面一样热。

因此,地球内部真的就像地狱,高热强烈。如果把人送到那里去,人体皮肉会在瞬间烧焦,化为粉尘。同时,巨大的压力会将骨头压成小石子。

第五章:地球大气层

地球大气层中的氮氧百分比为78%和21%。其他相对微量的气体,主要是二氧化碳气体和水蒸气。小水滴和碎冰块相聚一起则称为云。地表的大气压力根据定义为一个大气压,即10万帕。

从地球100公里以上的地方开始,大气层变得稀薄了,称为热层。氧原子为厚达700公里的这个热气层的主要成份。大气层会吸收高能的所有辐射,而使其升温。高能电磁辐射的这种吸收,会防止一些致命辐射冲击地表。但是,致命的低能紫外线仍然会通过热层,并到达上层大气层。这些射线会被地表上空约50公里的少量臭氧层所吸收。这是为什么呢?当臭氧分子受到紫外线打击时,它会吸收掉紫外线能量,并将其分裂成一个氧原子与一个氧分子。然后,氧原子与氧分子重新合并产生无害的电磁波和一个臭氧分子。因此,臭氧层跟热层一样,是地球的一层外衣,可抵挡致命太阳辐射的侵袭。