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第19章 探究宇宙的奥秘(10)

爱因斯坦的相对论告诉人们,光速是宇宙中一切运动物体的极限速度,这就为超光速飞行判了“死刑”。但是,科学家们并没有放弃在这方面的探索。1988年,美国工程师奥伦斯基声称自己在实验中发现有运动速度比光速快100倍的信号,但是许多物理学家认为他的实验有漏洞,不足以证明超光速信号的存在。

1995年,英国伦敦大学的伊恩·克劳福德提出,根据现代物理学理论,想要实现更节省时间的宇宙航行,要么通过所谓的“蠕虫洞”,即物理学理论中假设的由强重力场造成的缝隙,要么就是通过压缩自然距离的方法来实现,这种方法叫做空间翘曲推进。他的这种理论主张受到了人们的关注。

小资料:谁发现了光速

以前,人们认为光的传播不需要时间。到1607年,伽利略最早尝试测定光速,但并没成功。以后的学者在伽利略实验的基础上继续尝试。1676年丹麦天文学家罗默、1849年法国物理学家菲佑都粗略测出光速。1926年美国物理学家麦克耳孙精确地测定了光速。1975年国际计量大会确定真空中光速近似为30万千米/秒。

第一架天文望远镜是谁制作的

按照历史的记载,第一架天文望远镜应该是意大利物理学家伽利略发明的。可是第一架望远镜却是荷兰人发明的。那是一个很有趣的故事,1608年,荷兰一位叫李波尔赛的眼镜制造商有两个学徒趁他不在,把两个眼镜片一前一后地放着,这时他们发现远处矮小的物体看得十分清晰,李波尔赛回来后,两个学徒把这件事情告诉了他。李波尔赛据此发明了第一架望远镜。第二年,伽利略得知这一消息后,立刻根据自己所学的物理知识,亲自动手制作了第一架天文望远镜,并不断加以改进。伽利略利用他的望远镜发现了月球表面的环形山、金星月相、木星的卫星、太阳黑子,发现了茫茫银河由无数个恒星所组成。

小资料,创立新说的科学巨人

伽利略是意大利文艺复兴后期伟大的天文学家、物理学家、力学家和哲学家,也是近代实验物理学的开拓者。当时人们迷信亚里士多德的唯心论物理学,伽利略以大量实验为依据,推翻了亚里士多德的错误,开创了新的科学时代。恩格斯称他是“不管有何障碍,都能不顾一切而打破旧说,创立新说的巨人之一”。

什么是射电望远镜

射电望远镜和光学望远镜有很大的不同,它是靠接收天体发射的无线电波来进行天文观测的。1932年,美国贝尔实验室的央斯基发表他在1931~1932年观测到地球外射电波的报告,揭开了射电天文的历史。随后,美国人雷伯潜心试制射电望远镜,终于在1937年制造成功,并在1939年接收到了来自银河系中心的无线电波,根据观测结果绘制了第一张射电天图。雷伯使用的那架天线是世界上第一架专门用于天文观测的抛物面型射电望远镜。此后,射电望远镜的历史便是不断提高分辨率和灵敏度的历史。

射电望远镜比光学望远镜具有不受天气条件限制和探测能力强等优势。20世纪60年代天文学上的四大发现:脉冲星、类星体、宇宙微波背景辐射、星际有机分子,都是通过射电望远镜观测到的。

小资料,光学望远镜

光学望远镜是指利用光的反射、折射等性质制造的望远镜,按照光学结构可分为3大类:折射式、反射式和折反射式望远镜。折射式望远镜是最早出现的望远镜,17世纪初由意大利物理学家伽利略发明。反射式望远镜出现在1668年,由英国科学家牛顿发明。而折反射式望远镜是20世纪才出现的。

为何哈勃望远镜拍摄的照片特别清晰

哈勃望远镜是目前世界上最有效的宇宙观测工具,也是送入太空最大的望远镜。哈勃望远镜有两块反光镜,最大的反光镜有2.4米宽,0.3米厚。它的视力是超强的,人们通过它可以看见距离地球130亿光年的天体。

由于哈勃望远镜在距离地面600千米的太空轨道上运行,没有地球大气层的阻拦,所以能拍摄到非常清晰的照片,其观测能力相当于能够分辨出1万千米以外相距不到2米的两只萤火虫。

哈勃望远镜在刚刚进入太空的时候,由于制造、发射和宇宙环境的原因,患上了“近视”。后来宇航员乘坐“奋进号”航天飞机,用了35个小时,给哈勃望远镜戴上了一个相当于近视眼镜的矫正仪器,并且换下了严重受损的太阳能电池板,改进了它的计算机,更换了两个用于瞄准和稳定镜身的陀螺仪,才为它治好了“近视”。

小资料,哈勃望远镜

哈勃望远镜是以美国天文学家埃德温·P·哈勃命名的,是目前最大最精确的天文望远镜。它全长12.8米,镜筒直径4.27米,重12吨,是一座结构复杂,设备先进的空间天文台。哈勃望远镜上面的广角行星照相机可拍摄上百个恒星的照片,其清晰度是地面天文望远镜的10倍以上。

天文台的屋顶为何做成半圆形

天文台的圆球形屋顶实际上是天文台的观测室,半圆形的设计是为了便于观测。在天文台里,人们是通过天文望远镜来观察太空,天文望远镜往往做得非常庞大,不能随便移动。而天文望远镜观测的目标,又分布在天空的各个方向。如果采用普通的屋顶,就很难使望远镜随意指向任何方向上的目标。天文台的屋顶造成圆球形,并且在圆顶和墙壁的接合处装置了由计算机控制的机械旋转系统,使观测研究变得十分方便。这样,用天文望远镜进行观测时,只要转动圆形屋顶,把天窗转到要观测的方向,望远镜也就随之转到同一方向,再上下调整天文望远镜的镜头,就可以使望远镜指向天空中的任何目标了。不用时只要把圆顶上的天窗关上,就可以保护天文望远镜不受风雨的侵袭。当然,并不是所有的天文台的观测室都要做成圆形屋顶,有些天文观测只是对准某一方向进行观测,观测室就可以造成长方形或方形的,在屋顶中央开一条长条形天窗,天文望远镜就可以进行工作了。

小资料,世界上最早的天文仪器

中国拥有世界上最多的古代天文资料,这些都是由古代最早、最先进的天文仪器观测到的,如圭表、浑仪、浑象等。圭表是古代的计时工具,它以太阳光照射立杆的投影位置测定时间。浑仪由支架和带有刻度的圆环组成,用以测量日月星辰的位置。浑象则用于演示天象,与浑仪合称为浑天仪。

为什么天文台大都设在山上

天文台是进行天文观测和研究的机构,主要工作是用天文望远镜观测星星。地球被一层大气包围着,天上星星所发出的光,必须穿过大气层才能到达天文望远镜内,而大气中的烟雾、尘埃、气体分子等,都会对天文观测产生影响。尤其在大城市附近,城市中的灯光,会照亮空气中的微粒,使天空带有亮光,妨碍天文学家观测较暗的星星,使得观测更加困难。在远离城市的地方,尘埃和烟雾较少,对观测的影响将减少,可是影响依然是不能避免的。但是,越高的地方,空气越稀薄,尘埃和水蒸气越少,影响就越小。除此之外,高山的建筑物少,视线角度大,气温比地面低,使空气下沉从而降低了空气的密度,观看星空时产生光的折射就少,精确率也相应增加。而且精密仪器在气温低的条件下更好维护,观测也更为准确。所以,世界各国的天文台大多设在山上。

小资料,古老的观星台址

黄河中下游一带孕育了中国古代灿烂的文化,中国古代观测天象的台址也以这一带居多。日本学者萎内清在《中国科学的传统与特色》一书中说:“在欧洲,国立天文台17世纪末才出现……唯独在中国,皇家天文台存在了几千年,不因改朝换代而中断。”现今保存最完好的就是河南登封观星台和北京古观象台。

为何天象馆能移星换斗、缩地推时

大家都知道,天文台是天文学家观测真实天体的场所,只能等到天体升空以后才能观测,而且受到地域的限制,有些天体是永远也看不到的,如果遇到阴天或雨雪天气,天文台就更不能工作了。天象馆却没有这些顾虑。

天象馆的基本设施是天象厅和天象仪。天象厅是一个半球形穹顶的大厅,主要用来放映天幕。天象仪安装在穹顶天幕的中心。人们坐在天象厅的四周,抬头观看投影在穹顶天幕上的人造星空。天象仪的光学系统可以模拟日月星辰和天文学中的各种坐标系。天象仪配合其他设备就可以在穹顶天幕上表现地球、月球、太阳以及整个太阳系、银河系甚至河外星系的任何地点的星空,还可以表现出从宇宙大爆炸至今甚至到未来无穷岁月里星空的演变。天象仪能够提前演示2009年的日全食和12000年以后织女星担任未来世界北极星的角色,也可以使时光倒流,重现1054年客星爆发时的情景。

小资料,北京天文馆

北京天文馆分老馆和新馆两部分,老馆于1957年9月建成开放,是亚洲第一座天文馆。馆内设有天象厅,展览厅,影视报告厅和大众天文台。新馆于2004年建成开放。主要的公共开放设施有:数字化宇宙剧场、3D动感天文演示剧场、4D动感影院、天文展厅、太阳观测台、大众天文台、天文教室等。

第一个测出地球质量的人是谁

地球对生活在它上面的人类来说,是个很大的星球。如何求得地球的质量,在牛顿发现万有引力之前,是一个大难题。一直到了1798年,这个难题才被英国物理学家卡文迪许解决。

人们没有办法直接测量地球的质量,只能借助间接推算的方法,求出它的质量。卡文迪许就是通过万有引力定律,首先求出地球质量的。卡文迪许用扭秤试验巧妙地计算出了万有引力常数G为6.67×10-11牛·米2/千克2。他将这个常数代入万有引力公式,就得出了地球的质量。他算出的地球质量为6.6×1024千克。现在,人们经过更精确的测量和计算,得出地球准确质量为5.98×1024千克。不过,人们仍然认为卡文迪许是第一个测出地球质量的人。

小资料,卡文迪许扭秤试验

卡文迪许将两头系有金属球的木棒用金属线悬吊起来,然后将两个一定重量的铅球放在足够近的地方,以产生引力让金属球转动,从而使金属线扭动,最后用自制的仪器测量微小的转动,并计算出万有引力常数G。

什么是UFO

UFO是英文“Unidentified Flying Object”的缩写,意思是不明飞行物。这种不明飞行物外形多像盘子,所以又称“飞碟”。古今中外关于UFO的记载有很多。

关于“飞碟”的第一次报道是在1947年6月24日,那天,美国商人阿诺德驾驶私人飞机途经华盛顿雷尼尔山上空时,突然看到了9个发光的物体像碟子一样编着队快速移动。这件事在美国产生了轰动,一名记者在报道中把这些物体称为“飞碟”,于是“飞碟”的说法传播开来。这是现代人研究UFO的开始,但这并不是人类第一次看到不明飞行物。中国古代春秋时期的《山海经·博物志》中已有相关记载,以后历代史书中也有这类的记载。19世纪沙俄的科学院有关于UFO的详细报告。此外,很多国家的史前遗迹、建筑、岩画中也都有类似的记载。1942年,一个外国人在天津街头拍摄了一张UFO的照片,这被专家认为是人类最早的一张UFO照片资料。

目前,大多数“UFO”现象已被科学家确认是人们的错觉或误认,但是仍有一小部分UFO之谜未被解开。UFO到底是什么?这还需要人们继续艰苦探索和研究。

小资料,海洋中也有“飞碟”

海中飞碟与空中飞碟不一样,它们大多诞生于大江、大河、大湖的入海处,当这些淡水和海水相遇时,由于比重和性质不同,互不相融,于是在肉眼看不到的海洋深处,形成了快速旋转的“飞碟”。海中飞碟要比空中飞碟大得多,它在飞速旋转时,“吞进”了难以计数的鱼虾。

中国是最早发明火箭的国家吗

中国是世界公认的最早发明火箭的国家。火箭最早起源于中国宋朝民间的一种叫做“起火”的玩具。这种“起火”是将火药绑在竹竿上,点燃以后,竹竿借火药喷火的反冲力,直冲到天空中去。明朝时,一个叫做“万户”的人,两手各持一大风筝,请他人把他自己绑在一把特制的坐椅上,坐椅背后装有47支当时最大的火箭。他试图借助火箭的推力实现“升空”的理想。结果万户的勇敢尝试最终失败了,他也为此献出了生命,但他仍是世界上想要利用火箭的力量进行飞行的第一人。万户的大胆尝试和献身精神,激励了无数后人,人类终于在20世纪60年代实现了飞天的梦想。今天,为了纪念这位传奇式人物,国际天文联合会将月球的一个环形山命名为“万户”。

小资料,中国古代四大发明之火药

火药、指南针、造纸术、印刷术是中国古代的四大发明,也是中华民族对世界文明的重要贡献。其中火药最早出现于秦汉,当时的炼丹术士从偶然发生的爆炸中得到启示,用硝石、硫黄和木炭混合制成火药。三国时马钧做出了娱乐用的“爆仗”,开创了火药应用的先河。到唐朝末年,火药开始应用到军事上。

谁是“宇航之父”

科学技术发展的历史证明,每当科学将有重大突破时,总需要有杰出的科学家出现,他们站在人类已经获得的知识的高峰上,凭借自己的才能把科学水平推向一个新的高峰。正当人们探索宇宙遇到重大困难之时,俄国科学家齐奥尔科夫斯基在1903年发表了著名的论文《利用喷气装置探索宇宙空间》。他认为无论是气球还是飞机的飞行,都离不开空气的浮力或升力。而要飞到没有空气的星际空间,就只有靠火箭。火箭自身携带的燃料燃烧时产生的气体喷发对火箭产生一种反作用力,火箭就是靠这种反作用力而飞行。他通过计算提出,必须依靠多级火箭,人们才能飞出地球。同时他也提出可以使用煤油和液氧作为液体燃料,这样燃料就可以随时调节以此来控制火箭,让火箭听话。齐奥尔科夫斯基的论断引证了他的一句名言:“地球是人类的摇篮,但人类总不会永远躺在摇篮中。”他的理论结束了人类飞天梦想的时代,开创了一个真正意义上的航天时代。因此他被尊为“宇航之父”。他的理论在20多年后,终于被付之于实践。

小资料,作用力与反作用力

力总是成对地同时出现,如果A物体对B物体有力的作用,那么B物体对A物体也一定有力的作用,它们总是大小相等,方向相反,作用在一条直线上,这就是作用力与反作用力。作用力与反作用力总是同时出现同时消失,而且属于同一类型的力。

为什么人造卫星总是向东发射