书城科普读物人与环境知识丛书:地球与环境
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第1章 地球的美丽与神奇(1)

“你是谁?”

“世界从何而来?”

千百年来,人们不断提出这些问题。据我们所知,没有一个文化不关心“人是谁”、“世界从何而来”这样的问题。

——乔伊斯·贾德《苏菲的世界》

(一)从“大地女神”到“暗淡蓝点”

思考,是人类的天性。眼睛,是我们观察世界的窗口。当世界展现在儿童的眼前时,首先是好奇,然后就有了“这是什么”、“它为什么会这样”的疑问。每一个人都带着这样的好奇和疑问长大。整个人类也是如此,从原始人的茹毛饮血,到现代人不断地被科学武装,人类在不断地问着,思考着,解答着。

人从哪里来?无论是一个人的降生,还是整个人类的由来,现代科学都已经给出了答案。当人站在大地上,就有了“大地有多大”、“大地是如何形成的”等一系列疑问。这些疑问,最早就反映在古老的神话中。希腊神话,是世界神话宝库中的珍宝,这些神话昭示着古代人类对于世界的思考和想象。

该亚,是希腊神话中最早出现的神,她被认为是大地之神。开天辟地时,由混沌所生,并与乌拉诺斯结合生了六男六女,十二个泰坦巨神及三个独眼巨神,还有三个百臂巨神,是世界的开始。之后,所有天神都是她的子孙后代。例如著名的“众神之父”宙斯,为人类盗取天火的普罗米修斯,都是该亚的孙子。至今,西方人仍常常以“该亚”作为地球的代称。

在希腊,有一个著名的特尔斐神庙,距离雅典180千米,最初它曾是人们祭奠大地之神该亚的地方。在古代,它被希腊人认为是世界的中心,是天堂与大地相接的地方。希腊神话中,宙斯释放了两只雄鹰,并且让它们朝着相反的方向飞行,雄鹰最终在特尔斐相遇。特尔斐象征着地球的中心,是人类在地球上最接近神明的地方。

20世纪七八十年代,英国科学家洛夫洛克借用神话中的大地之神该亚,提出了著名的“该亚假说”。这个假说认为,一切生物赖以生存的地球,不仅是宇宙中仅有的一个有生命的星球,而且地球自身也是一个生命有机体,她就像一个生物体一样,有自己的新陈代谢,有自己的生命调节体系。地球不是一个无生命的死物,而是一个能够不断自我更新的生命系统。

洛夫洛克说:“地球是活着的!”她具有自我调节的能力,这种调节通过陆地、海洋与大气的互相作用来实现,各种生物也参与其中,它们就像人体的细胞和器官,对整个机体的活动都在发挥着自己的作用。为了这个有机体的健康,假如她的自身出现了一些有害因素,该亚就会通过一种有效的反馈机制,将那些有害的因素除掉,就像人体的免疫系统会消灭入侵的细菌和病毒一样。

洛夫洛克认为,“该亚不是一个溺爱子女的母亲,也不是一个柔弱的孩子,她是一个强有力的圣女”。对于人类对生态环境的破坏,她的容忍是有限度的,她不会放任人类一直愚蠢地干下去。

“该亚假说”得到了许多科学家的认可,神话中的该亚,成为“复活”的女神。

古希腊文明是西方文明的源头。科学史家认为,希腊神话中孕育着科学精神的起源。古希腊有众多的哲学家和科学家,是他们奠定了现代科学的基础。大家都知道,亚里士多德是古希腊时代一个百科全书式的人物,他是柏拉图之后世界上最伟大的思想家、哲学家和科学家。亚里士多德生活在公元前300多年,比他早200年时,有一个人叫毕达哥拉斯,是一位著名的数学家和哲学家,他是第一个提出“地球”概念的人。

毕达哥拉斯认为,宇宙也是一个球体。由于毕达哥拉斯在学术上的巨大影响,以至形成了一个毕达哥拉斯学派,这个学派认为,宇宙的中心有一个“中心火”,所有的天体都绕着它转动。当时已经知道的天体,有地球、月亮、太阳、金星、水星、火星、木星和土星等,他们甚至绘制了宇宙结构图,在这个图中,以“中心火”为中心,各个星球依次排列为同心圆状,太阳就像地球一样,只是其中的一个围绕“中心火”转动的星体。这是人类最早的宇宙观。

当亚里士多德去世后不久,在毕达哥拉斯的故乡,有一个叫阿里斯塔克的人,长期着迷于天文观测,最终提出了自己的宇宙观,他认为恒星是不动的,地球等行星是绕着太阳运动的。也就是说,阿里斯塔克提出了“日心说”,这个学说比人们熟知的哥白尼日心说早了近两千年。但是,阿里斯塔克的学说太超前了,就像后来孟德尔发现生物遗传定律没人注意一样,阿里斯塔克的“日心说”一直要等到近两千年后,才由哥白尼重新发现。比较而言,孟德尔还是幸运的,他的学说在30多年后就被重新发现并得到承认。

“给我一个支点,我可以把地球撬起来!”说这话的人是阿基米得,他与阿里斯塔克是同时代人。这样一句千古名言,证明那个时代的人已经知道,地球是在宇宙中“悬浮”着的。

古希腊人不满足于知道地球是一颗行星,还有人想知道“地球有多大”,这个人就是埃拉托色尼。他与阿基米得和阿里斯塔克是同时代人,擅长几何计算。埃拉托色尼认为,假如地球真是一个球体,那么,在地球上的不同地方,太阳光线与地平面的夹角就会不同,只要测出这个夹角的差以及两地之间的距离,就可以计算出地球的周长。

终于有了这样一个机会。埃拉托色尼听说埃及的塞恩这个地方,就是今天的阿斯旺,夏至这天中午时,太阳的光线可以直射到井底,表明这时太阳正垂直于地面。埃拉托色尼根据赛恩到亚历山大城之间的距离,测出了夏至这天中午时,亚历山大城一根垂直竹竿的长度和它的影长,由此计算出了地球的周长。埃拉托色尼计算出的地球周长是25万希腊里,约合4万千米,与地球的实际半径只差100多千米!

埃拉托色尼是了不起的,两千多年以前他对地球就有了这样精确的认识。

当时光流转到20世纪60年代,人类早已不再满足于站在地球上认识地球,而是向往飞上太空。

1961年4月12日,是一个被人类永远记住的日子。这一天莫斯科时间上午9时零7分,苏联宇航员加加林,乘坐“东方1号”宇宙飞船飞向太空。在最大高度为301千米的轨道上,绕地球一周,历时1小时48分,然后返回地面。

这是人类首次利用航天器载人太空飞行,实现了人类进入太空的梦想。之后,美国开始了宏大的“阿波罗登月计划”,历时11年,将人类的登月梦想,变为实际行动。

1969年7月16日,在美国肯尼迪航天中心,总高度达到110米的巨大的“土星5号”火箭,载着“阿波罗11号”飞船和3名宇航员,离开地球飞往月球。4天后,阿姆斯特朗踏上了月球,首次实现了人类登月的梦想。阿姆斯特朗曾感慨地说:“这是一个人的一小步,却是人类的一大步。”

美丽的“蓝色弹珠”今天每一个飞行在太空中的宇航员,都会在空中仔细地观看地球,并对地球的美丽发出由衷的赞叹。在当年的阿波罗登月行动中,宇航员拍下了大量的地球照片,其中最被人称道的,是由“阿波罗17号”飞船宇航员所拍摄的地球照片。这张照片被冠以漂亮的名字,叫做“蓝色弹珠”。

拍摄这张地球照片时,飞船正运行到距离地球45,000千米的高度。这时飞船正背向太阳,此时对于身在太空的宇航员来说,他所看到的地球的大小,就像小孩子玩耍的蓝色弹珠一样。美国东部时间的1972年12月7日凌晨,飞船飞向太空后的几小时,正是非洲大陆的白昼,再加上时间接近冬至,南极洲正受到太阳的正面照射,因此,就有了这张高清晰的“蓝色弹珠”地球照片。照片覆盖的范围从地中海地区到南极洲冰盖,几乎整个非洲大陆都可清晰地看到。

这是一个不寻常的记录,这是一张历史性的照片。全人类都借助于这张照片,看到了地球的真面目。

“蓝色弹珠”是人类在高空所看到的地球,它美丽动人。地球上的高山、大海、绿地、荒漠,都幻化成一片诱人的蓝色,能够分清的只是大陆和海洋,它们都折射着太阳的光辉。地球犹如一个羞涩的少女,掩饰着她姣好的容貌,将美丽的轮廓展示给人类。

人类几千年一直在探索着地球,但就像我国诗人苏东坡在诗中所说,“不识庐山真面目,只缘身在此山中”。一旦飞到太空,回眸一看,地球——人类的家园,竟以一种梦幻般的形态,悬浮在茫茫太空。这是人类从来没有想到的。任你翻遍世界文学史上的任何一部名著,科学史上任何一部专著,都不能找到对地球的这样一种想象与描述。亚里士多德是伟大的、博学的,他没有想到;歌德是天才的,他对地质地貌颇有研究,他同样没有想到。

文学家和科学家没有想到的,加加林和阿姆斯特朗看到了。高性能的摄像机代替了人的眼睛,它为人类捕捉了地球的瞬间,为它留下了“蓝色弹珠”这个永恒的影像。

在地理课上,当你看着世界地图,你会想到这“蓝色弹珠”;当你看着“蓝色弹珠”这幅地球照片,你会想象到,你就是太空中的宇航员,那是你眼中的地球家园。

人类并不满足于在45.000千米的高度看地球,能否在更高的高度看地球,看地球在太阳系中的位置究竟在哪里,成为新的追求。

1977年9月5日,美国发射了无人外太阳系太空探测器——“旅行者1号”,这个太空探测器至今仍在太空中执行着探索任务,飞向更遥远的宇宙空间。“旅行者1号”已经访问过木星和土星,它是目前离地球最远的人造飞行器。1990年2月14日,旅行者1号太空探测器接受来自地球的指令,转身向后,拍摄了它所探访过的行星,在这一系列照片中,美国国家航空航天局最终翻译编辑成了“太阳系全家福”照片,其中一张照片刚好把地球摄于镜内。地球在这张从40亿英里外(64亿千米外)拍摄的照片中,就是太阳光束中一个渺小的“暗淡蓝点”。

太阳系的行星

“暗淡蓝点”是人类在更遥远的太空中,找到自己的家园的证据。它告诉地球人,我们在哪里。美国著名天文学家卡尔·萨根对“暗淡蓝点”有一段含义深刻的解释:

我们成功地(从外太空)拍到这张照片,细心再看,你会看见一个小点。它就是这里,就是我们的家,就是我们。在这点上有所有你爱的人、你认识的人、你听过的人、曾经存在过的人在活着他们各自的生命。集合了一切的欢喜与苦难、上千种被确信的宗教、意识形态以及经济学说,所有猎人和抢劫者、英雄和懦夫、各种文化的创造者与毁灭者、皇帝与侍臣、相恋中的年轻爱侣、有前途的儿童、父母、发明家和探险家、教授道德的老师、贪污的政客、大明星、至高无上的领袖、人类历史上的圣人与罪人,统统都住在这里——一粒悬浮在阳光下的微尘。

卡尔·萨根进一步指出,我们的星球只是在这被漆黑包裹的宇宙里一粒孤单的微粒而已。正因我们如此不起眼——在这浩瀚之中——不会从任何地方传来任何提示来拯救我们,一切任由我们自己主宰。

(二)沧海桑田创造生命奇迹

我是一条天狗呀!

我把月来吞了,

我把日来吞了,

我把一切的星球来吞了,

我把全宇宙来吞了。

我便是我了!

这是诗人郭沫若在诗集《女神》“天狗”中的诗句,它表达了五四时期中国青年的自我崛起和蓬勃生命的绽放。天狗吞月,是我国民间一个古老的神话传说。

在古时候,当月食或日食发生时,人们解释不了这种奇怪的现象,就借助于想象力,创造了“天狗吞月亮”、“天狗吃太阳”的神话。至今在民间,每当看到月食或日食时,缺少科学知识的人,仍会重复这样一个古老的说法。“天狗”是什么?它会比太阳、月亮还大,能够吞吃它们?在我国古老的《山海经》一书中,“西山经”中就有“天狗”的说法,原文是:“又西三百里,曰阴山。浊水出焉,而南流注于番泽,其中多文贝。有兽焉,其状如狸而白首,名曰天狗,其音如榴榴,可以御凶。”就是说,天狗是一种像狸猫的兽类,能够抵御凶祸。

“天狗”当然是不存在的,但宇宙、太阳、地球是怎么来的,不同的民族、不同的文化背景,有不同的说法。在我国,有盘古开天辟地的神话传说;在西方,基督教所宣扬的,是上帝创造世界。无论哪一种说法,都相信宇宙原是一片混沌,这种想象看起来不无道理,距离科学的理论认知并不遥远。

在现代,一种广为认可的宇宙演化理论,是宇宙从温度和密度都极高的状态中由一次“大爆炸”产生,时间在137亿年前。

20世纪40年代,美国天体物理学家伽莫夫等人正式提出了宇宙大爆炸理论。该理论认为,宇宙在遥远的过去曾处于一种极度高温和极大密度的状态,这种状态被形象地称为“原始火球”。所谓原始火球也就是一个无限小的点,现在的宇宙仍会继续膨胀,也就是无限大,有可能宇宙爆炸的能量散发到极限的时候,宇宙又会变成一个原始火焰即无限小的点以后,火球爆炸,宇宙就开始膨胀,物质密度逐渐变稀,温度也逐渐降低,直到今天的状态。这个理论能自然地说明河外天体的谱线红移现象,也能圆满地解释许多天体物理学问题。

“大爆炸宇宙论”认为:宇宙是由一个致密炽热的奇点,于137亿年前一次大爆炸后膨胀形成。

这样一个学说,从1948年伽莫夫建立以来,通过天文物理学家们几十年的努力,为我们勾勒出了这样一幅宇宙演化图景: