可怕的科學世界

科學無處不在，它存在于我們的日常生活中，與我們形影相隨。可是，如果有人告訴你，科學有著非常可怕的一面——它是恐怖的，是兇殘的，也是危險的——你相信嗎？深不可測的黑洞，神秘的UFO（不明飛行物），來歷不明的外星人，讓人抓狂的數(shù)學難題，駭人聽聞的化學武器，動物世界里的兇殘捕食者，危機四伏的植物王國，渺小卻能傳播病毒的微型怪物，黑色恐怖的傳染病，兇殘的機器人戰(zhàn)爭，暗藏玄機的密碼王國，驚心動魄的破案現(xiàn)場……讓我們一起走近可怕的科學世界，探究隱藏在可怕現(xiàn)象背后的科學知識。

第一章 神秘的天與地

一、宇宙秘密無限

廣闊無邊的宇宙

仰望群星璀璨的夜空，我們就足以感受到宇宙的神秘。就連天文學家對宇宙的了解也非常有限，因為我們現(xiàn)有的探測手段對于浩瀚無窮的宇宙來說仍顯得較為落后。我們現(xiàn)在認識的宇宙僅僅是我們可以觀測到的那部分，而目前觀測不到的領域只能借助建立理論模型來加以猜測。

古代，人們把空間稱為“宇”，把時間稱為“宙”，因此，我們可以說宇宙是空間和時間的總和。而現(xiàn)代的天文探測表明，宇宙是由各種形態(tài)的物質(zhì)構成的，是在不斷運動變化的。關于宇宙，科學家給出的定義是：由空間、時間、物質(zhì)和能量所構成的統(tǒng)一體，是一切空間和時間的總和。一般理解的宇宙指我們所存在的一個時空連續(xù)系統(tǒng)，包括其間的所有物質(zhì)、能量和事件。根據(jù)宇宙大爆炸模型推算，宇宙年齡大約為200億年。也就是說，宇宙在大爆炸之后，又過了200億年，才演化成今天的樣子。

宇宙有多大？現(xiàn)在我們能觀測到的宇宙范圍約140億光年遠，這意味著，宇宙盡頭的一個天體所發(fā)出的光和電波要經(jīng)過140億年才能到達地球。因此，我們所看到的其實是宇宙140億光年前的樣子。它現(xiàn)在又是什么樣子？我們得再過140億光年才知道。宇宙是怎樣誕生的？又是怎樣演變成現(xiàn)在這個樣子的？……這些問題一直困擾著人們。或許，宇宙遠比我們想象的要奇特得多，它以其神秘性和廣闊性吸引著我們不斷去探索和發(fā)現(xiàn)。

銀河系究竟有多大

銀河系究竟有多大？這個問題一直困擾著人類。根據(jù)現(xiàn)代的科學研究表明，銀河系主要由銀盤（包括旋臂）、核球、銀暈，以及外圍的銀冕等部分構成。

銀河系的主體為銀盤，它的外形呈扁盤狀，銀河系內(nèi)的大多數(shù)星云和恒星都集中在這個扁盤內(nèi)，銀盤的直徑大約達到8萬～10萬光年，中間部分較厚，厚度約12000多光年，周圍漸漸變薄，到太陽系附近便只剩一半厚度了。由于巨大的銀河系本身也要進行自轉(zhuǎn)，所以銀盤中的億萬顆星球環(huán)繞銀河系中心做著旋轉(zhuǎn)運動，四條旋臂從銀盤中心向外彎曲伸展出來，看上去就像急流中的旋渦。這里所說的旋臂實際上是恒星、塵埃和星際氣體的集中區(qū)域，但這物質(zhì)密集的旋臂并不是固定不變的，恒星一直在旋臂上進進出出，只是它們能夠在運動中基本做到“收支平衡”，所以，旋臂的形狀看上去始終保持不變。

銀河系的中央部分是一個核球，核球內(nèi)密集著恒星，核球的直徑在1.2萬～1.5萬光年之間，略呈橢圓形。由于大量的星云和氣體塵埃阻擋住了觀測的視線，因而科學家們對核球方向的天文觀測十分困難，所以，人們至今對它的了解還比較少，但確信無疑的是，核球內(nèi)的恒星分布是十分密集的。

銀暈是在銀盤外圍的一個巨大包層，由稀疏的恒星和星際介質(zhì)組成。它的體積至少要比銀盤大50多倍，但質(zhì)量卻只占銀河系的1/10，由此可見其物質(zhì)密度非常稀薄。事實上，除了那些極其稀薄的星際氣體外，球狀星團是銀暈中的主要物質(zhì)。

直到20世紀70年代中期，科學家們才發(fā)現(xiàn)了銀冕，銀冕處于銀河系的最外圍，它的范圍可遠及50多萬光年以外，比銀河系的主體部分還要大。但銀冕內(nèi)基本上沒有恒星，而是由極稀薄的氣體組成，所以很難準確地測出銀冕的真正范圍。

河外星系的外形和結構

一般的人在白天或夜晚肉眼所看到的天體，絕大多數(shù)都是銀河系的成員，那么，是不是說銀河系就是宇宙？當然不是！在宇宙中有著數(shù)以億計的星系，簡稱星系。所以，銀河系并不代表宇宙，它只不過是宇宙海洋里的一個小島，是無限宇宙中很小的一部分。

根據(jù)天文學家估計，在銀河系以外約有上千億個河外星系，每一個星系都是由數(shù)萬乃至數(shù)千萬顆恒星組成的。河外星系有的是兩個結成一對，有的則是幾百乃至幾千個星系聚成一團。現(xiàn)在能夠觀測到的星系團已有10000多個，最遠的星系團距地球102億光年。

河外星系的結構和外形也是各種各樣。1926年，美國天文學家哈勃根據(jù)星系的形態(tài)，把星系分為旋渦星系、橢圓星系和不規(guī)則星系三大類。后來又細分為旋渦、橢圓、透鏡、棒旋和不規(guī)則星系五個類型。各種星系中，離銀河系較近的星系是麥哲倫云星系和仙女座星系。

麥哲倫云星系包括小麥哲倫云和大麥哲倫云兩個星系，它們是離銀河系最近的星系，也是銀河系的兩個伴星，離銀河系分別為16萬和19萬光年。它們在北緯20°以南的地區(qū)升出地平面，是銀河附近肉眼清晰可見的兩個云霧狀天體。大麥哲倫云星系在劍魚座和山案座，張角約為6°，相當于12個月球視直徑；小麥哲倫云星系在杜鵑座，張角約為2°，相當于4個月球視直徑。兩個星系在天球上相距約20.5萬光年。

仙女座星系，又被稱為仙女座大星云，是位于仙女星座的巨型旋渦星系。它用肉眼能夠看到，亮度為4度，看上去仿佛是一顆模糊、暗弱的星系。

1786年，仙女座星系被確認為銀河系之外的恒星系統(tǒng)。現(xiàn)經(jīng)測定它與地球的距離是220萬光年（670千秒差距）。直徑為16萬光年（50秒差距），為銀河系的1倍，是本星系群中最大的一個。近些年來發(fā)現(xiàn)，仙女座星系成員的重元素含量從外圍向中心慢慢增加。1914年探知它有自轉(zhuǎn)運動。根據(jù)目前的估計，仙女星系的質(zhì)量應不小于3.1 × 1011倍太陽質(zhì)量，是本星系群中質(zhì)量最大的一個。

旋渦星系也叫旋渦星云，是旋渦形狀的河外星系。旋渦星系的中心區(qū)域為透鏡狀，周圍圍繞著扁平的圓盤。由隆起的核心球兩端延伸出若干條螺線狀旋臂，迭回在星系盤上。旋渦星系又細分為正常旋渦星系和棒旋星系兩種。

河外星系除了上述幾種星系外，還存在大量各種類型的星系。天文學家估計，在最先進的儀器所觀測到的這一部分宇宙里，星系的總數(shù)可能達到1000億個之多。2010年據(jù)美國《探索》雜志報道，天文學家發(fā)現(xiàn)一個大質(zhì)量星系可能打破記錄，成為迄今為止在地球附近宇宙區(qū)域發(fā)現(xiàn)的質(zhì)量最大的星系。這個星系的具體質(zhì)量可能是太陽的13萬億倍，銀河系的20倍。

夢幻般的星座

很多人都喜歡看星星，因為它總是給人一種夢幻般的感覺。

可是，如果不了解星座的話，恐怕就看不出門道了。

什么是星座呢？人們將天空中的星星，按照它們的位置和方向，劃分成不同的區(qū)域，每一個區(qū)域就是一個星座。由于每一個星座都有自己的形狀和特點，人們又給它們起了很多好聽的名字，賦予它們美麗的神話傳說，這樣就形成了一個個鮮活的星座。

現(xiàn)代天文學上共分為88個星座。1928年，國際天文聯(lián)合會正式公布了這88個星座的名稱，這其中就包括我們所熟悉的獅子座、天琴座、天鷹座、大熊座、小熊座等星座。

康德曾經(jīng)說過：“世界上只有兩樣東西能夠深深地震撼人們的心靈，一是我們心中崇高的道德準則，另一個就是我們頭頂上的天空。”

天上的星座那么多，我們要怎么識別呢？這可就要費點兒心并充分發(fā)揮想象力了。我們說過，星座是人為進行命名的，而命名的根據(jù)就是星座本身的形狀，如天琴座像一把琴，天鷹座像一只鷹，雙子座像兩個人，等等。

除此之外，還有一種星座的識別方法。每一個星座里面都有一顆特別亮或者是具有代表性的星星，如天琴座有織女星，天鷹座有牛郎星，小熊座有北斗星等。只要我們認出了這些特別的星星，就可以快速地識別出整個星座了。

恒星和行星

什么是恒星？什么是行星呢？

有的小朋友會說，恒星是恒久不動的、本身可以發(fā)光發(fā)熱的天體；行星是圍繞恒星運動的、本身不會發(fā)光的天體。這樣的回答是不夠全面的。

首先說恒星。沒錯，以前人們確實認為恒星的位置是永遠都不會變的，所以取名為恒星。可事實并非如此，恒星也是會運動的，它也會圍繞它所在星系的中心進行運動。我們都知道太陽是恒星，可它不也是圍繞著銀河系的中心進行運動嗎？

恒星的直徑有的小到幾千米，有的大到109千米以上。正常恒星的大氣化學組成與太陽大氣差不多，以氫、氦為主。恒星之所以能發(fā)光發(fā)熱，是由于它的內(nèi)部溫度高達幾百萬攝氏度乃至數(shù)億攝氏度，在那里進行著不同的反應（一般為熱核反應），并向外輻射大量的能量和拋射物質(zhì)。一般認為恒星是由星云凝縮而成的。恒星也都在不停地運動和變化著，由于它們距我們十分遙遠，所以這種變化很難覺察，故而古人稱它們?yōu)楹阈恰Ｎ覀冊谝箍账吹降狞c點繁星，大多是恒星，肉眼可看到的恒星，全天有6000多顆。借助望遠鏡目前可看到幾十萬乃至幾百萬顆以上的恒星。

接下來我們再來說說行星。關于行星的定義近年來又做了調(diào)整，所以冥王星才被排擠在太陽系行星之外。行星的新定義規(guī)定：行星是圍繞太陽運轉(zhuǎn)、自身引力足以克服其剛體力而使天體呈圓球狀、能夠清除其軌道附近其他物體的天體。由于冥王星的軌道與海王星相交，所以并不符合這一定義，被降為了“矮行星”。不過，這個結論還存在著很多的爭議。

另外，行星一定要有足夠的質(zhì)量，并且應該呈圓球狀。如果不符合這些條件，也不能稱為行星。

恒星的形成

17世紀，牛頓提出散布于空間中的彌漫物質(zhì)可以在引力作用下凝聚為太陽和恒星的設想。歷代天文學家經(jīng)過觀測發(fā)現(xiàn)，星際空間存在著許多由氣體和塵埃組成的巨大分子云。這種氣體云中密度較高的部分在自身引力作用下會變得更密一些。當向內(nèi)的引力強到足以克服向外的壓力時，它將迅速收縮落向中心。如果氣體云起初有足夠的旋轉(zhuǎn)，在中心天體周圍就會形成一個如太陽系大小的氣塵盤，盤中物質(zhì)不斷落到稱為原恒星的中央天體上。在收縮過程中釋放出的引力能使原恒星變熱，當中心溫度上升到1000萬攝氏度而引發(fā)熱核反應時，一顆恒星就誕生了。恒星的質(zhì)量范圍在0.1～100個太陽質(zhì)量之間。更小的質(zhì)量不足以觸發(fā)核反應，更大的質(zhì)量則會由于產(chǎn)生的輻射壓力太大而瓦解。近年來，紅外天文衛(wèi)星探測到成千上萬個處于形成過程中的恒星。

恒星會消失嗎

恒星既不像我們想象的不會動，也不能永恒存在。隨著時間的推移，恒星也會有消失的一天。但是恒星從誕生到消亡的過程通常都比較漫長，可達幾百萬年甚至上萬億年。當發(fā)展到一定階段以后，恒星就開始走下坡路，最后那些質(zhì)量大的恒星會產(chǎn)生強烈的坍塌，發(fā)生爆炸，然后形成超新星。也就是說，我們的太陽也會有消失的一天，但是它不會變成超新星，而是會膨脹變大，比原來還要亮一萬多倍，甚至很可能毀滅地球。太陽的壽命是100億年，現(xiàn)在已經(jīng)過了50億年，也就是說，再過50億年，這些可怕的事情有可能就會發(fā)生。

我們的太陽系

太陽系是一個龐大的家庭，它的家庭成員很多，而這個家庭的領導者就是太陽。太陽是整個太陽系的中心，它的引力控制著整個太陽系，其他天體都在圍繞它進行公轉(zhuǎn)。我們的地球就是太陽系中的重要成員，它有眾多的兄弟姐妹，其中包括水星、金星、木星、火星、土星、天王星和海王星七個近親，它們都屬于行星家族，也包括眾多的小行星、衛(wèi)星、彗星、流星體和其他星際物質(zhì)等遠方親戚，它們共同組成了偉大的太陽系。

如此龐大的太陽系，它又是如何形成的呢？這個問題讓人比較頭疼，因為我們誰都沒有那個福氣見識到它的形成過程。如果真的有時間飛船，我們就可以飛回到50億年前去一探究竟。只可惜到目前為止，還沒有人發(fā)明出時間飛船，科學家們也只是憑空猜測，提出了一個又一個假說，但都沒有得到公認。也許將來的某一天，這些謎底還要我們來揭開呢！

雖然說現(xiàn)在有關太陽系形成的解釋還都是假說，但是有些假說也是有一定的道理的。目前比較普遍的一種說法就是太陽系是由星云形成的，這種星云假說最早是由德國的科學家伊曼努爾·康德提出的。康德在他的著作《自然通史和天體論》中指出，太陽系是由一團星云演變來的。這團星云由大小不等的固體微粒組成，引力最強的中心部位吸收的微粒最多，首先形成了太陽。外面微粒的運動在太陽吸引下向中心體下落時與其他微粒碰撞而改變方向，繞太陽做圓周運動，這些繞太陽運轉(zhuǎn)的微粒逐漸形成幾個引力中心，最后凝聚成繞太陽運轉(zhuǎn)的行星。

太陽的結構

太陽是地球上一切生物的能量源泉。它是一顆熾熱的發(fā)光的恒星，由于太耀眼了，根本無法用肉眼觀測其廬山真面目。隨著先進的觀測儀器的問世，人們才開始慢慢地認識太陽。

太陽被分為幾個層次來研究。從太陽中心向外依次為日核、輻射層、對流層和太陽大氣。太陽大氣包括光球、色球和日冕3部分，太陽半徑的15%是由日核構成的，是熱核反應區(qū)。熱核反應發(fā)生時，釋放出巨大能量的主要形式是氫聚變成氦。日核部分的物質(zhì)密度是1.6 × 105千克/米3，中心壓力達3300億大氣壓，溫度也很高，達1500萬～2000萬攝氏度。

日核外面就是輻射層，從0.15個太陽半徑到0.86個太陽半徑都是輻射層。這里的溫度和密度已急劇下降。密度為18千克/米3，溫度為70萬攝氏度。輻射層最先接收到日核傳來的能量，通過吸收和再輻射來自日核的能量極高的光子而實現(xiàn)能量傳遞，每進行一次吸收和再輻射，高能光子的波長會變長，頻率降低，這種再吸收、再輻射的過程反復地進行多次，逐漸將高能光子變?yōu)榭梢姽夂推渌问降妮椛洌?jīng)過對流層后，再向太陽的表面?zhèn)鞑ァ?/p>

對流層厚度約14萬千米，其起點在距離太陽中心0.86個太陽半徑處。這里的物質(zhì)內(nèi)部的溫度、壓力和密度的梯度特別大，處于對流狀態(tài)。對流運動的特性是非均勻性，這樣會產(chǎn)生噪音，機械能就是這樣通過對流層上面的光球?qū)觽鬏數(shù)教柕耐鈱哟髿獾摹?/p>

光球是人們平時看到的光彩奪目的太陽表面，厚度約500千米。光球?qū)訙囟燃s6000℃。

太陽光球上經(jīng)常出沒的一些暗黑色斑點叫太陽黑子。它是太陽活動的基本標志之一。由于太陽黑子的溫度比它周圍光球的溫度要低1500℃左右，因此在明亮的光球表面呈暗黑色斑點狀。充分發(fā)展的黑子是由較暗的核和圍繞它的較亮的部分構成的，形狀很像一個淺碟，中間凹陷約500千米。太陽黑子在日面上的分布有一定的規(guī)律，表現(xiàn)為東西分布的不對稱性和緯度分布的不均勻性。關于太陽黑子，我國最早在《淮南子》中就有記載，而歐洲人1610年才開始用望遠鏡觀測黑子。

了解太陽的自轉(zhuǎn)運動可以通過太陽黑子。英國天文愛好者卡林頓在從1853年起的8年間通過觀察記錄日面黑子數(shù)目的變化發(fā)現(xiàn)，太陽不同日面緯度旋轉(zhuǎn)周期各不相同，并不是像人們想象中那樣整塊的運動。觀測表明，太陽平均自轉(zhuǎn)周期是27天，自轉(zhuǎn)速度最快的是太陽赤道附近。

通過對太陽黑子數(shù)的長期觀測和計數(shù)，我們可以知道，太陽黑子有一定的周期規(guī)律性，其平均周期約為11年。德國業(yè)余天文學家、藥劑師施瓦貝是最早發(fā)現(xiàn)太陽黑子活動周期的人，他連續(xù)15年對太陽黑子進行觀察和記錄，獲得了這一重要的科學發(fā)現(xiàn)。現(xiàn)在，人們把黑子出現(xiàn)少的年份稱為太陽活動極小年，把黑子大量出現(xiàn)的年份稱為太陽活動極大年。

從1755年開始的那個11年黑子周被現(xiàn)代國際天文界看做是第一個太陽黑子周，人們還規(guī)定往后依次排列序號。現(xiàn)在已經(jīng)排到了第23周，最后一個黑子周是從1996年開始的，達到極大值的時間在2000～2001年。

除了光球以外，太陽表層還有色球?qū)雍腿彰帷Ｍㄟ^專門的儀器，可以清晰地看到太陽的色球?qū)樱@是一圈環(huán)繞太陽光球的厚為2000千米的紅色大氣。觀測表明，常有巨大的太陽火舌在日輪邊緣升起，這就是日珥。在太空，宇宙飛船曾拍攝到巨大的高達40多萬千米的日珥！

我們經(jīng)常看到一些暗黑的長條出現(xiàn)在太陽單色光照片上，這是日珥在日面上的投影，稱為“暗條”。此外，色球上更多、更普遍的被稱之為“針狀物”的許多細小的“火舌”，其高度在6000～17000千米之間，寬度約幾百千米，景色非常壯觀，被喻為“燃燒的草原”。

色球?qū)又杏袝r會出現(xiàn)“太陽耀斑”，這是一種突然增亮的太陽爆發(fā)現(xiàn)象。耀斑是迄今為止我們發(fā)現(xiàn)的太陽上最劇烈的爆發(fā)現(xiàn)象，強烈影響到日地空間環(huán)境。

日冕是在日全食月球遮掩日輪時，日輪周圍的青白色光區(qū)，它是太陽大氣的最外層。日冕的溫度非常高，甚至高達100萬～200萬攝氏度，因此有許多不斷地向外膨脹的日冕氣體，它們會產(chǎn)生連續(xù)微粒輻射。這種沿太陽磁力線的粒子流被稱為“太陽風”。

太陽自轉(zhuǎn)嗎

我們知道，地球繞著地軸自轉(zhuǎn)，朝向或背離太陽，形成了白天和黑夜。我們還知道，地球繞太陽公轉(zhuǎn)，周期是365天左右，也就是一年。但是我們往往會錯誤地認為太陽是靜止不動的。實際上，太陽是不斷運動著的。為了跟得上橫穿太空的太陽，它的行星和行星的衛(wèi)星也需要長途跋涉。

首先，太陽和地球一樣，也會自轉(zhuǎn)。其次，天文學家認為太陽會脈動，它的體積有節(jié)奏地脹大、縮小。另外，太陽會橫穿太空，繞其旋轉(zhuǎn)的行星就像飛蛾繞燈泡飛行一樣，也要跟著遨游太空。

太陽之所以自轉(zhuǎn)，原因和行星一樣。46億年前，太陽同地球和其他行星一起，由旋轉(zhuǎn)的氣體和塵埃云團演變而來。整個太陽系生來就是運動的。但是太陽不是固體，而是個閃光的氣體球，這與地球有所不同，所以它的自轉(zhuǎn)有其獨特的方式。比如，太陽的不同部分可以以不同的速度旋轉(zhuǎn)。在太陽赤道附近，也就是中間部分，自轉(zhuǎn)周期是25天。而在頂部和底部，也就是極區(qū)，自轉(zhuǎn)周期約為33天。而地球是固體，整個地球的自轉(zhuǎn)周期是24小時。

有很多關于太陽的奧秘，其中之一就是太陽中心的超熱核。天文學家認為，這個熱核有特定的自轉(zhuǎn)周期，速度大約是其他部分的4倍。

在自轉(zhuǎn)的同時，太陽還會脈動，即大約每5秒鐘脹大、縮小一次，就仿佛整個巨大的恒星在呼吸。目前還不清楚太陽究竟為什么會脈動，但有人猜測，這種有規(guī)律的膨脹和收縮是由穿過太陽氣體的復雜的聲波引起的。

太陽上還存在另外一種形式的脈動。天文學家認為，引力使太陽每半小時脈動一次：太陽中心附近濃稠的熾熱氣體向周圍氣體密度較稀薄的區(qū)域擴散，使得太陽的體積脹大；隨即，引力又將氣體拉回到中心，于是體積又縮小了。

水星

這個太陽系最靠內(nèi)的行星公轉(zhuǎn)速度最快，比地球公轉(zhuǎn)的速度快4倍。來自太陽的高溫不允許水星存在任何大氣層，沒有了這個調(diào)控體系的存在，水星白天溫度可高達400℃，而在晚上溫度會一下子降到-170℃。要是那樣的話，我們的身體受得了嗎？要么被烤得焦脆，要么被凍成碎片，水星可不是個宜居的度假勝地。

水星是一個相當小的行星，我們常用“難以捉摸”來描繪它。我們很難找到它，因為它離太陽最近，從來也不會高出黎明或黃昏的地平線。甚至有些天文學家也沒看到過水星！但是，如果我們知道在哪里，確切地說在什么時候觀看它，那么還是能夠相當容易看到它的。由于太空中存在各種各樣的傾角，因此，觀測水星的最佳時間是在北半球春季（南半球秋季）的夜空，或者北半球秋季（南半球春季）黎明的天空。

金星

這顆離太陽第二近的行星圍繞太陽公轉(zhuǎn)比自轉(zhuǎn)要用更少的時間，意思就是，金星上的一天要比它的一年時間還長！

金星比其他任何行星離地球都要近，只有0.273～1.723天文單位，剛好是月球到地球距離的100倍。

金星可能是天空中除太陽和月球之外第三明亮的天體。這就意味著，有時候我們在大白天也能看到它，而在夜晚它也有可能像月球那樣投下陰影。

金星之所以這樣明亮，是因為它表面覆蓋著厚厚的白色云朵，這些云朵是由可以致人死亡的二氧化碳組成的，能夠把照在它身上的65%的陽光反射出去；再一個原因就是，金星比其他任何行星離地球都要近。無怪乎古人把金星稱為長庚星（晚星）或啟明星（晨星），當然，這取決于人們什么時候能夠看到它。但是，只要人們能看到它，它自然是當之無愧的。

在極少數(shù)情況下，我們可以看到（要做好防護措施）金星正在從太陽面前經(jīng)過。這種所謂的“凌日”現(xiàn)象每隔100多年才結對發(fā)生一次。上一次的凌日現(xiàn)象發(fā)生于2004年6月8日，這一次后的一次會出現(xiàn)在2012年6月6日。如果錯過了這次，那么就只好等到2117年11月11日了！

火星

火星曾給我們帶來無限的遐思，這里有很多原因：火星具有非常鮮艷的紅色，天文學家在火星表面標示出了運河狀條紋，H.G．威爾斯寫過《星際大戰(zhàn)》，還有近年來人們在研究、尋找火星上“消失”的海洋。

1994年有一項廣為報道的研究，內(nèi)容是說在南極發(fā)現(xiàn)了一顆隕石，名字叫做ALH84001。根據(jù)一些人的觀點，這顆隕石來自于火星，上面帶有變成化石的細菌生物。但是，自那時候起，其他一些報道則對這種所謂的火星生物“證據(jù)”表示了懷疑。隨著現(xiàn)在對火星探測活動的展開，有一天我們終將會知道真相，看看我們這個紅色的行星鄰居上面到底有沒有生命存在。

火星有一層薄薄的大氣，在火星表面，氣流卷起紅銹色的火星塵埃，它們被吹浮起來就像沙塵暴一樣。

火星可以運行得離地球比較近，距地球5570萬千米，也可能離開很遠，為4億千米。這里同樣也需要考慮到火星公轉(zhuǎn)軌道的橢圓性。在2003年8月27日那天，火星運行到離我們最近，這可是近6萬年以來的第一次！這使得它看上去是極為明亮的天體。

通常而言，每過18個月左右，地球就會趕上并超過火星，此時這個紅色的世界就變成了天空中第二明亮的行星（排在金星之后）。

小行星

在火星與木星的公轉(zhuǎn)軌道之間有很多太空巖石，它們被稱為小行星，這就是主小行星帶。有關它們形成的一個理論認為，這里之所以沒有能形成一顆行星，是因為受到附近木星強大引力的影響。

谷神星是這個主要地帶最大的小行星，直徑為940千米，也是1801年人們發(fā)現(xiàn)的第一顆小行星。隨后發(fā)現(xiàn)了智神星、婚神星，以及最亮的小行星灶神星。在這些小行星中，有些是以地球上的普通人名來命名的，如希爾達、阿爾伯特和索拉；有些甚至是以搖滾歌星的名字命名的，包括恩雅、克萊普頓、澤帕和雅爾等。

有一顆小行星我們經(jīng)常可以用肉眼看到，即灶神星。它看起來就像一顆暗弱的星星，因此需要在比較清澈的夜晚才能看到它，但這也是挑戰(zhàn)。

木星

木星是太陽系最大的行星，也是第一顆氣體巨人。誰知道木星有多少顆衛(wèi)星？它那巨大的引力意味著它可能有幾百顆衛(wèi)星！它的絕大多數(shù)衛(wèi)星都極其微小，因此我們不可能搞清其真實的數(shù)量。木星還有著名的大紅斑，這是一個已經(jīng)持續(xù)了300年的木星風暴。木星大紅斑很大，能夠把兩個地球裝到里面。

木星非常大，能夠反射很多太陽光，因此，有時候它看上去確實是一顆很亮的星星。我們需要使用望遠鏡才能觀測到木星著名的大氣帶和大紅斑，只需要簡易的雙目鏡就能看到4個小點，它們是木星的4顆主要衛(wèi)星。

土星

土星是太陽系第二大行星，是一顆帶有光環(huán)的美麗行星。實際上，所有這4顆氣體行星——木星、土星、天王星和海王星都帶有光環(huán)。正是光環(huán)使得土星比較明亮，而且它有好多個光環(huán)。土星因為是由氣體構成的，所以極其輕。如果有個足夠大的浴缸，而且里面能灌滿足量的水，我們就會發(fā)現(xiàn)，土星在里面會漂浮起來！

土星的光環(huán)是由冰冷的巖石微粒構成的。這些微粒有的小到沙粒，有的大如一棟房子，它們就像一顆顆小小的衛(wèi)星繞著土星轉(zhuǎn)動。

同木星一樣，土星也是個相當大的天體。當土星與地球同時處于適當?shù)奈恢脮r，它看起來非常明亮。我們需要借助一架望遠鏡才能觀測到土星的光環(huán)和衛(wèi)星。

天王星

這顆行星是人們第一次使用望遠鏡發(fā)現(xiàn)的。應當歸功于威廉·赫歇耳，他在1781年3月13日發(fā)現(xiàn)了天王星。雖然此前很多人都看到過這顆星星，但是沒有人知道它究竟是什么天體。為了紀念英國國王喬治三世，赫歇耳最初把這個新天體命名為“喬治亞行星”，但是人們最終接受了“天王星”（最早的至上神和天的化身，大地女神的兒子和配偶，提坦神的父親）這個更為經(jīng)典的名字。天王星最獨特的地方在于它的軸心非常傾斜，以至于整個行星看起來好像在打轉(zhuǎn)，就如同一個圓球在地面上滾動。

當天王星處于最亮的時候，星等為5.5，肉眼剛好可以看見。這的確具有挑戰(zhàn)性，即便對那些能在超級清澈、漆黑的夜空觀測的人們來說，也頗不容易。

海王星

海王星是4個氣體球形巨人中最后和最小的一個，但即便如此，它還是要比地球大54倍。由于海王星離地球非常遙遠，所以它是一個暗弱的世界，孤零零地呆在太陽系冰冷的邊緣。因此，直到1846年人們才認定它，這也就毫不奇怪了，盡管伽利略可能曾在1612年觀測過它。

因為海王星離太陽非常遠，因此需要使用雙目鏡才能找到它，它的星等只有7.7。

美麗的流星雨

你們看到過流星嗎？遇到流星的時候你們有沒有許愿呢？你們一定很想知道，對著流星許愿究竟會不會讓愿望實現(xiàn)，相信你看完下面的內(nèi)容就會知道答案了。

流星雖然也叫做星，但它卻并不是一般的星體，而是一種現(xiàn)象。在行星際空間，存在著大量的固體物質(zhì)和塵粒，這些物質(zhì)就被稱為流星體，是流星在進入地球以前的狀態(tài)。流星體也是圍繞太陽運轉(zhuǎn)的，當它們接近地球時，會受到地球引力的作用，這將使它們的軌道發(fā)生改變，從而有可能穿過地球的大氣層，闖入地球。這就是我們平常所看到的流星現(xiàn)象。另外，當?shù)厍虼┰搅餍求w的軌道時，也可能發(fā)生流星現(xiàn)象。

在各種流星現(xiàn)象中，最美麗、最壯觀的當然要數(shù)流星雨了。流星雨是怎么形成的呢？如果在行星際空間，存在著許多流星體，它們共同組成了“流星群”，當流星群與地球相遇時，就會有大量的流星進入地球，于是就形成了流星雨的壯觀場面。流星雨一般都是用其輻射點所在的星座來命名的，如獅子座流星雨、英仙座流星雨、獵戶座流星雨等。

關于流星雨的形成，還有另外一種說法，那就是由彗星的碎屑形成的。彗星在運轉(zhuǎn)的時候會將一些碎屑狀的物質(zhì)撒在自己的軌道上，這些物質(zhì)逐漸脫離了彗星，從而形成了流星群，當與地球相遇的時候就形成了流星雨。比如說在1872年，天文學家曾預測出將有一顆比拉彗星十分接近地球，可是在地球經(jīng)過比拉彗星軌道的時候，許多地方的人們卻看到了一陣極大的流星雨，于是科學家們判斷這場流星雨是比拉彗星的殘骸所形成的。當然，事實究竟是不是這樣的，還有待考證。

哈雷彗星是一個“臟雪球”嗎

在世界各國都流傳著很多關于彗星的傳說。每次彗星光臨地球時，人們都會以極大的熱情去關注它。

彗星為什么這樣引人注目呢？這是因為它有奇異的形狀：毛茸茸的彗頭中間嵌著閃光的彗核，拖著長而透亮的彗尾。另外彗星突然出現(xiàn)，來也匆匆，去也匆匆，有的則從遙遠的行星際盡頭奔向太陽，隨后又揚長而去，如同浪跡太陽系的漂泊者。

在如此眾多的彗星里頭，最引人注目的明星是哈雷彗星。

在1986年時，天文學家已經(jīng)認識到，彗星實際上是一個由石塊、塵埃、氨、甲烷所組成的冰塊，外形極像一個深黑色的長馬鈴薯，就像一個“臟雪球”。它與地球上的小山差不多，假如在上面做“環(huán)星旅行”，不到半天就可以完成，這樣的小個子，遠離太陽時在地球上是無法看到的。但當這個“臟雪球”飛向太陽時，太陽的加熱作用讓其表面的冰蒸發(fā)升華成氣體，與塵粒子一起圍繞彗核成為云霧狀的彗發(fā)和彗核。彗發(fā)又讓陽光射散，這樣就形成了有著星云般淡淡光亮的長長的彗尾。這時，彗頭直徑可以達到幾十萬千米，彗尾長達好幾千萬千米，變得好像一個龐然大物，但質(zhì)量卻小得出奇。它的絕大部分質(zhì)量集中在彗核，也只有地球質(zhì)量的十億分之一。

那科學家是怎樣發(fā)現(xiàn)哈雷彗星是一個“臟雪球”的呢？

原來，英法等西歐10國科學家花了5年時間制造了“喬托”號探測器，用來揭開哈雷彗星的真貌。它深入到離彗核只有500多千米的地方，并進入到彗發(fā)的深處，從而讓人類第一次目睹了彗核的真容。第一，獨具特色的噴流高上千千米，噴流核表面粗糙，像煤塊般黑，核外都是由非揮發(fā)性物質(zhì)組成的多孔表面層，接近太陽時外表30℃～130℃，里層仍為-70℃，有裂紋和凹坑多處，從里向外噴射氣體塵埃流，煞是好看。第二，回照率4%，比煤炭還黑。

但哈雷彗星也和宇宙中的其他彗星一樣，逃不過衰亡的命運，它將一次比一次暗淡，最后將會耗損殆盡并崩解。但是，每隔一段時間，總會有另一顆光耀的彗星出現(xiàn)，作為“生力軍”加入人類所發(fā)現(xiàn)的彗星名單中去，例如，人們在20世紀末發(fā)現(xiàn)的百武彗星及海爾-波普彗星，因此人們可以不斷目睹彗星的風姿。

神秘的月球

對于月亮，我們是再熟悉不過的了。我們知道，太陽是太陽系里面唯一可以發(fā)光的天體，月亮本來就是不會發(fā)光的。我們平時所看到的月光，并不是月亮本身發(fā)出的，而是太陽光在月球上的反射。也就是說，如果不是太陽把它照亮了，我們是看不到美麗的月亮的。

蘇東坡的《水調(diào)歌頭·明月幾時有》中有一句：“人有悲歡離合，月有陰晴圓缺。”為什么說“月有陰晴圓缺”呢？

如果你回答說是因為月亮的形狀發(fā)生了改變，那就大錯特錯了。事實上，月亮的圓缺變化是由于太陽、月亮和地球之間的相對位置發(fā)生變化所形成的。當月亮處在地球和太陽中心的時候，我們就看不到月亮，此時被稱之為新月；接下來，月亮沿著它的軌道慢慢地轉(zhuǎn)過來，我們就會看到彎彎的月牙；等到月亮變成一半的時候，就出現(xiàn)了上弦月；隨著月亮的逐漸長胖，我們就看到了滿月；滿月只可維持一兩天，然后就又開始變瘦；剩下一半的時候，即是下弦月；隨著月亮越來越瘦，又變成了彎彎的月牙，然后消失不見了，此時的月亮被稱之為殘月。殘月過后，就又會開始新一輪的變化，所以我們看到的月亮是每天都在變化著的。

盡管我們想象中的月球應該是很美的，但事實卻并非如此。月球上基本沒有水，沒有空氣，因此聲音也就無法傳播，到處是一片荒涼、寂靜的景象。而且月球上幾乎沒有大氣，所以月球上面的晝夜溫差很大，白天可高達127℃，夜晚則可低至-183℃。不過月球上也有很有趣的事情，我們都知道在太空中會出現(xiàn)失重的現(xiàn)象，在月球上也是如此。月球的引力只有地球的1/6，也就是說，6千克重的物體到了月球上就變成1千克了。我們在月球上行走會變得很輕松，稍微用力就可以跳起來。半跑半跳的前行方式應該會很有趣。

二、地球奧秘

地球的大小怎樣測定

世界上第一個測量地球大小的人是古代希臘天文學家埃拉托色尼，他是在亞歷山大城長大的。在亞歷山大城正南方的785千米處有一個叫塞尼的城市。塞尼城中有一個非常有趣的現(xiàn)象：每到夏至那天的中午12點，陽光都能垂直照到城中一口枯井的底部。也就是說，在夏至那天的正午，太陽正好懸掛在塞尼城的天頂。

雖然塞尼城與亞歷山大城大致處于同一子午線上，但亞歷山大城在同一時刻卻不會出現(xiàn)這樣的景象，太陽總是處于稍稍偏離天頂?shù)奈恢谩Ｔ谝粋€夏至日的正午，埃拉托色尼在城里豎起一根小木棍，測出太陽光線與天頂方向之間的夾角是7.2°，相當于360°的1/50。

鑒于太陽與地球之間遙遠的距離，太陽的光線可以近似地被看做是彼此平行的。埃拉托色尼根據(jù)有關平行的定理得出了∠1=∠2的結論。

在幾何學里，∠2被稱為圓心角。根據(jù)圓心角定理，圓心角的度數(shù)等于它所對應的弧的度數(shù)。因為∠2=∠1，所以∠2的度數(shù)也是360°的1/50，所以，圖中表示亞歷山大城和塞尼城距離的那段圓弧的長度，應該等于圓周長度的1/50。也就是說，亞歷山大城與塞尼城的實際距離，正好等于地球周長的1/50。

由此可知，測出亞歷山大城與塞尼城的實際距離之后，再乘以50，就可以得出地球的周長。埃拉托色尼計算的地球周長為39250千米。

由于這個計算結果是按照大地是球狀的假設來運算的，而且得出的數(shù)字大得驚人，所以沒有人相信。從此以后，對大地的測量和計算在相當長的一段時間內(nèi)在歐洲中斷了。

公元8世紀初，我國唐代天文學家張遂曾親自指導和組織了一次規(guī)模龐大的大地測量。測量的范圍北起北緯51°附近，南至北緯17°附近，圍繞黃河南北平地這個中心，在全國13個點用傳統(tǒng)的圭表測量法對各地冬至、夏至、春分和秋分的正午日影長和漏刻晝夜分差進行了測量。此外，張遂還對各點的北天極高度（即當?shù)氐木暥龋┻M行了實地測量。例如，在河南省平原地區(qū)，他測得該地一緯度的經(jīng)線的弧長約為129.41千米。它與現(xiàn)代測算的北緯34°5′地方的子午線一度弧長110.6千米相比，相差20.7千米，相對誤差為18.7%。

18世紀時，法國科學院曾派出兩個大地測量隊，一個隊去了南美洲的赤道地區(qū)，另一個隊到了瑞典的拉普蘭，兩隊分別測定兩個區(qū)域里的經(jīng)線一度的長短。結果證實：地球上經(jīng)線一度的長度在赤道要比在極區(qū)略短些，這說明地球是個扁球體。

科學家們從19世紀以來又對地球的大小進行了無數(shù)次的測量和計算。蘇聯(lián)學者克拉索夫斯基和他的學生在蘇聯(lián)、西歐和美國等地進行弧度重力測量后所得出的數(shù)值，在當時是較為精確的。

由于近年來測量技術不斷進步，人類已獲得了對地球測量的各種方法。特別是利用宇宙飛船和人造衛(wèi)星進行測量，能夠使人們獲得更為精確的地球數(shù)據(jù)：地球的赤道半徑是6378.14千米，極半徑是6356.755千米。赤道半徑和極半徑之差同赤道半徑之比是1∶298.25。如果按照這個扁平率做成一個半徑為298.25毫米的地球儀，極半徑與赤道半徑只有1毫米之差，這樣一來，就像一個真正的圓球了。

運用現(xiàn)代科技測量出的相關數(shù)據(jù)顯示：地球的經(jīng)線圈周長約為40000.5千米，赤道周長約40075.5千米，整個地球的平均密度約為5.517克/厘米3，表面積約為5.1億平方千米，體積約為10832億立方千米。

我們所說的重量是指地球作用于某人或某物之上的重力。所以說探究地球的重量有多少基本是沒有意義的，因為只有和其他物體相比較時地球才會有重量。

不過，人們可以通過計算地球作用于一個已知質(zhì)量的物體上的重力效應，估算出地球的質(zhì)量（地球所包含的物質(zhì)的量）。大多數(shù)科學家計算得到的地球質(zhì)量大約為5.98 × 1024千克。

在太空時代到來之前，估計地球質(zhì)量是件相當復雜的事情。1774年，內(nèi)維爾·馬斯基林第一個計算出了相對準確的地球質(zhì)量值。他根據(jù)一個鐘擺在重力作用下的擺動規(guī)律，估算出蘇格蘭境內(nèi)一座高山的質(zhì)量并計算出它的重力效應——相對于地球重力。

現(xiàn)在，通過觀察圍繞地球旋轉(zhuǎn)的人造衛(wèi)星的運動，人們可以更準確地估算出地球的質(zhì)量。

精彩的海洋世界

海洋是地球的主要組成部分，它的面積要遠遠大于陸地的面積，約占地球表面積的71%。海底究竟是什么樣子的呢？恐怕現(xiàn)在還沒有人能給出確切的答案。因為海洋實在是太深了，我們?nèi)祟愃竭_的深度還是非常有限的，至于那些沒有涉足過的地方，科學家們就開始發(fā)揮他們豐富的想象力，進行假設推理了。

你可不要以為海洋就是我們平常所看到的大海。事實上，海和洋并不是一回事，它們之間是不能等同的。洋是海洋的主體，處于海洋的中心部分，它們遠離大陸，不受陸地的影響，占海洋總面積的89%。海則是洋的附屬部分，位于洋的邊緣，靠近大陸，因此要受到大陸的影響，占海洋面積的11%。另外，洋都較深，海則較淺。

陸地把廣闊的水面分成了四個相通的大洋，它們是太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。太平洋是第一大洋，雖取名太平，但其實并不太平，經(jīng)常有臺風和惡浪興起；大西洋是第二大洋，它的周圍分布著很多發(fā)達的國家和地區(qū)，因此相關產(chǎn)業(yè)也比較發(fā)達；印度洋是第三大洋，那里經(jīng)常發(fā)生熱帶風暴，造成巨大的災難；北冰洋是第四大洋，位于北極圈內(nèi)，它的海面和島嶼都被一層厚厚的冰所覆蓋。

海洋里面究竟有什么呢？當然，一定會有各種各樣的魚，還有很多海洋生物。那么除此之外呢？會不會有傳說中的水晶宮和寶藏呢？這個可不好說，也許真有，只是以人類現(xiàn)有的技術，還無法探知罷了。但是海底有著豐富的能源卻是可以肯定的，如果我們好好利用，將會受益無窮。總之，海洋世界絕不會像我們所看到的那樣簡單，也許在海洋的深處，有著比陸地更為精彩的世界，還有待我們?nèi)ラ_發(fā)和探索。

去海底探險，絕對是一件刺激而又有趣的事情。在海洋的不同深度，我們可以看到不同的魚類和海洋生物，它們的分布是很有規(guī)律的。下潛得越深，看到珍稀魚類的可能性就越大。其實，穿著潛水服在海底遨游，看各種各樣的魚從身邊游過，本身就是一件很有意思的事情。習慣了陸地的生活，偶爾到海底感受一下魚的生活，也是很不錯的。

在精彩的海洋世界中，我們還可以看到美麗的珊瑚礁。色彩絢麗的珊瑚礁為海洋增添了一道美麗的風景，也為各種魚類提供了棲息的場所。更讓人驚奇的是，這些魚類會充分利用自身的顏色，與珊瑚礁融為一體，這樣我們就很難發(fā)現(xiàn)它們。珊瑚礁是海洋中最為復雜的生態(tài)系統(tǒng)之一，也是地球上最古老、最珍貴、最多姿多彩的生態(tài)系統(tǒng)之一，人們稱呼它為“海洋中的熱帶雨林”、“海上長城”等。

海水是什么顏色的

藍色的海水，綠色的海水，無色透明的飲用水……水到底是什么顏色的呢？

答案讓人出乎意料：純凈的水是藍色的。但是由于我們喝水的杯子容量有限，很難分辨出水的顏色來。如果將一個像樓房那么大的杯子裝滿純凈水，我們就能看到它真正的顏色——藍色。

水的顏色取決于水分子對光的反射和吸收情況。白光，比如陽光，是由七色光混合而成的，也叫光譜。在光譜中，紅色到綠色波長范圍的光比較易于被水分子吸收，藍色部分的光則被反射出去，所以我們就看見了藍色。

但水的顏色并不是一成不變的。在遠離海岸的海域中心位置，海水是深藍色的，甚至有些發(fā)紫。然而在靠近陸地的海岸線一帶，由遠及近，海水的顏色由藍變綠，再由綠變成黃綠。為什么會發(fā)生這樣的變化呢？這與水里的浮游物質(zhì)和水深有關。

在海岸線附近，海水充滿了從陸地上沖來的有機物和小植物。其中有一些很小的綠色植物，叫做浮游植物，它們含有一種叫做葉綠素的化學物質(zhì)。葉綠素能夠吸收大部分的紅色光和藍色光，反射綠色光，于是我們看見的海岸邊的海水就是綠顏色的了。

在宇宙空間里，海洋的顏色讓我們都可以分辨出地球生命的聚集區(qū)。綠色的海域好比是陸地上的熱帶雨林，充滿了生命；而深藍色的水域是很少有生命的地方，這里好比是大陸上無人居住的白色沙漠。

海水和海水里的浮游物對光的吸收方式也決定了水面下的顏色。假設你正在駕駛一輛黃色潛艇，在水面附近，你的潛艇是黃色的，但是隨著潛艇慢慢潛入海底，照到潛艇上的光越來越少，當潛艇下降到水下30米的深度時，陽光中的黃色、橙色和紅色的光幾乎都被水分子吸收了，只有藍色和綠色的光能到達潛艇表面，這時你的潛艇就變成了藍綠色。如果再往下降，直到綠色光也消失了，潛艇就變成深藍色了。

浮游物越多，海水越混濁，對光的吸收量就越多。所以越是混濁的海水，你下降時看到周圍環(huán)境變暗的速度就越快。

潮漲潮落

去過海邊的人一定知道，海水每天都會有規(guī)律地漲落。一般來說是每天兩次，早晚各一次。通常情況下，人們把白天那次潮漲潮落稱為潮，而把晚上的那次稱為汐，以此來進行區(qū)分。潮漲時，海水會迅速地把沙灘淹沒，使平坦的沙灘變成一片汪洋；潮落時，海水又會迅速地退去，那片寬敞平坦的沙灘又重新露了出來。海水的漲落就是這樣神奇，而且海水也很勤快，它從來都不知疲憊，日復一日，年復一年，永不停息地漲漲落落，從不偷懶。正因為這樣，我們才能看到這樣壯觀的景象。

海水的潮汐現(xiàn)象主要是由于月球的引力作用而形成的。你可能覺得月球的引力沒有多大，至少比地球的引力要小得多。但實際上，月球的引力也是很大的，大到足以影響地球上海水的活動。我們都知道，月球是圍繞地球運轉(zhuǎn)的，因此它的引力會在不同的時間作用到不同的海域，于是也就出現(xiàn)了不同規(guī)模的潮汐。

海水的潮汐現(xiàn)象確實是神奇而又壯觀的。在漲潮時，還有一種更為雄偉壯觀的景象，那就是涌潮。不過你們要知道，并不是所有的海域都可以出現(xiàn)涌潮的。涌潮是由于特殊的地理環(huán)境所造成的，只有在那些水深逐漸變淺，且海岸陡峭、河口呈喇叭口狀的海灣才能出現(xiàn)涌潮。在我國的錢塘江口就可以見到涌潮，潮起之時，潮水像一堵高墻一樣咆哮前進，怒浪排空，有如萬馬奔騰，蔚為壯觀。

海嘯是怎么產(chǎn)生的

人們都說“無風不起浪”，但為什么有時沒有風的時候也會波濤洶涌，形成幾十米高的巨浪呢？這種現(xiàn)象叫做海嘯，海嘯發(fā)生時會造成嚴重的破壞。那么，海嘯是怎么產(chǎn)生的呢？

海底地殼的斷裂是造成海嘯的最主要原因，地殼斷裂時，有的地方下陷，有的地方抬升，震動劇烈，在這種震動中就會有波長特別長的巨大波浪產(chǎn)生，這種巨大的波浪傳至港灣或岸邊時，水位就會因此而暴漲，向陸地沖擊，產(chǎn)生的破壞作用極其巨大。1923年9月1日發(fā)生著名的日本大地震時，海浪劇烈地沖擊橫濱，海水帶走了幾百所房屋。事后人們發(fā)現(xiàn)，那里附近海底的地殼不僅斷裂開來，并且發(fā)生了巨大的位移，所以會形成270米的隆起與下陷的高度差，進而出現(xiàn)海浪滔天的景象。

有時海嘯是由海底的火山噴發(fā)造成的。像1883年，爪哇附近喀拉喀托島上的火山噴發(fā)時，在海底裂開了一個深坑，深達300米，激起高達30米以上的海浪，巨浪把3萬多人卷到海里。火山在水下噴發(fā)，海水還會因此沸騰，涌起水柱，難以計數(shù)的魚類和海洋生物死亡，在海面上漂浮。

此外，有時海嘯是由海底斜坡上的物質(zhì)失去平衡而產(chǎn)生海底滑坡造成的。

也有些海嘯是由風造成的。當強大的臺風從海面通過時，岸邊水位會因此而暴漲，波濤洶涌，甚至使海水泛濫成災，由此造成的損失是巨大的。這種現(xiàn)象被人們稱為“風暴海嘯”或者“氣象海嘯”。

但是，并不是所有的海底地震必然導致海嘯，一般而言，海嘯是否會出現(xiàn)，與沿岸的地貌形態(tài)也有很大的關系。

認識大氣層

我們知道，空氣是我們賴以生存的條件之一，沒有了空氣，我們就無法呼吸，生命當然也就無法繼續(xù)。但是你們知道空氣是從何而來的嗎？

沒錯，就是令人敬畏的大氣層。我們的地球被一層很厚的大氣層包圍著，它不僅為我們提供生存所必須的空氣，而且還為我們提供最適宜生存的溫度，并為我們阻擋太陽光中的有害物質(zhì)。可以說，沒有大氣層，所有的生命都將消失。看，在地球表面那一層淡藍色的美麗外衣就是大氣層，我們就生活在這個大氣層的底部。

因為有了大氣層，我們還可以看到很多有趣的天文現(xiàn)象。還記得兒時的那首歌謠嗎：“一閃一閃亮晶晶，滿天都是小星星。”正如太陽那樣，所有的恒星都是能夠持續(xù)發(fā)光的，可為什么我們所看到的星星卻會眨眼睛呢？可不要以為真的是星星在閃閃發(fā)光，其實這都是大氣層搞的鬼。大氣是不停地流動著的，而且密度也在不斷地變化，因此當星光通過時，就會因為光線折射程度的不斷改變而出現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象。

根據(jù)高度的不同，大氣層被分為對流層、平流層、中間層、暖層和外逸層。對流層是最底層，也是人類活動的主要場所；平流層是第二層，這里的空氣呈水平流動，總是風平浪靜，晴空萬里；中間層是第三層，這里可以反射地面發(fā)出的無線電波；暖層是第四層，這里的溫度可達到1200℃左右，經(jīng)常會出現(xiàn)極光等光學現(xiàn)象；最外面一層是外逸層，這里的大氣已經(jīng)非常稀少，有的則因為很少有分子和它碰撞而一去不復返了。

冰川和冰山是怎樣形成的

在一些高山地區(qū)或是在兩極地區(qū)，常見到的那一層雪白無瑕的“外衣”是什么？它們即是冰川。那么，冰川又是如何形成的？冰川是冰雪貯存和運動的一種形式，但在不同地區(qū)，其成因略有差別。在高山地區(qū)的冰川是由于那里地勢高、空氣稀薄、不保暖，冰雪在這里不易融化而形成。兩極地區(qū)分布著的冰川則由于太陽輻射弱，熱量少，氣候終年寒冷，冰雪被一年四季堆積而形成。全世界冰川的總面積約有2900多萬平方千米，而90%以上分布在兩極地區(qū)。

作為固體的冰在重力作用下，從高處向低處緩慢流動，冰川之名由此而來。冰川的流動速度極慢，每晝夜一般只能移動1米，個別流速快的冰川能流動20多米。冰川的流動速度隨冰川厚度增加、坡度變大、氣溫升高而加快。

冰川不是簡單地由普通的水凝結而成，構成冰川的冰又稱冰川冰。由于雪花越降越多，即使在陽光照射下稍有融解，但隨即又凍結起來，這種情況下結成的顆粒狀雪粒使得冰川冰密度略小于普通的冰，其進一步結成冰層，即構成冰川。

冰川有高山冰川和大陸冰川兩種，高山冰川是指存在于高山上的冰川，大陸冰川則指分布在兩極地區(qū)的冰川。厚度在1000米以上的冰川將整個南極大陸和格陵蘭島的極大部分都掩埋在其下。

南極是世界上冰川分布最廣的地區(qū)，冰川總面積約占地球上冰川總面積的85%以上，其冰川總體積約有2800萬立方千米。坡度不大，只在邊緣處向外傾斜，將長長的冰舌伸入海中是南極冰川的最大特點。冰山主要有角錐形和桌形兩種形狀，大的能在海上漂浮2～10年。浮動著的冰川一般只有近100米露出海面，而實際往往長達幾千米，其他約占冰川體積6/7的部分就埋在水面下。冰川的漂浮，對極地航行極為危險，是導致極地航行船只沉沒的原因之一。

世界主要冰川

歐亞大陸——喜馬拉雅山地區(qū)有納布冰川等6條冰川，面積達1600平方千米。中國境內(nèi)的岡底斯山、昆侖山、喀喇昆侖山、唐古拉山、天山山脈、阿爾泰山以及橫斷山脈也是世界主要高山冰川分布區(qū)。帕米爾山脈費德欽科等冰川共有7042平方千米。阿烏爾山、堪察加、科里雅克高原、西伯利亞、烏拉爾、興都庫什山脈、高加索山、阿爾卑斯山脈、比利牛斯山脈、斯堪的納維亞半島、格陵蘭（180.2萬平方千米冰川）、加拿大北極群島和北極其他島嶼、冰島等都有冰川。北美洲——阿拉斯加地區(qū)有5.2萬平方千米的冰川，還有海岸山脈、洛基山和加拿大大陸冰川。南美洲——安第斯山脈有2.5萬平方千米的冰川。大洋洲有1000余平方千米，非洲只有22平方千米的冰川。而最大的冰川在南極洲，其他地方跟它的量是不能相提并論的。

火山為什么會噴發(fā)

火山噴發(fā)是地殼中的巖漿向上噴出地面時的現(xiàn)象。一般情況下，地殼把巖漿緊緊地包住。地球內(nèi)部有相當高的溫度，巖漿不甘于寂寞，它老是想要逃離出去。然而，由于地下的壓力極大，巖漿無法很輕易地沖出去。地下受到的壓力在地殼結合得比較脆弱的部分比周圍小一些，這里的巖漿中的水和氣體就很有可能分離出來，促使巖漿的活動力加強，推動巖漿噴出地面。當巖漿沖出地面時，原來被約束在巖漿中的水蒸氣和氣體很快分離出來，體積迅速膨脹，火山噴發(fā)就此產(chǎn)生。

巖漿沖出來的通道是否暢通與火山噴發(fā)的強弱有很大關系。如果巖漿很黏很稠，有時再加上火山通道不但狹窄而且緊閉，這時就極易被堵塞，這就需要地下的巖漿聚集非常大的力量才能把它沖破。一旦沖開，伴隨而來的就是一場威力極猛的大爆炸。有時候，一次火山噴發(fā)過程，就可以噴發(fā)出來幾十億立方米的火山碎屑物。假如巖漿的黏稠度小，所含氣體也不多，通道相對而言比較暢通，經(jīng)常有噴出活動，那么就不會引起大的爆炸。夏威夷群島上有一些火山，就是第二種情況。

火山大都分布在那些地殼運動較為強烈，而且相對而言較為薄弱的地方。這種地方陸地上和海里都有。海底的地殼很薄，一般只有幾千米，有些地方還有地殼的裂痕，所以在海洋底部分布著很多火山。例如臨近大西洋中部亞速爾群島的卡別林尤什火山，它位于一條巨大的斷裂帶之上，當它噴發(fā)時，熾熱的浪濤從深邃的海洋底部涌出，一時間，洋面會沸騰起來。在開始時人們還以為是一條大鯨吐出的水柱呢！它的火山噴發(fā)活動持續(xù)了13個月，結果一片好幾百公頃的新陸地出現(xiàn)了，這塊新陸地與亞速爾群島中的法雅爾島連接在一起。海洋中有很多像這樣的海底火山。

在火山噴發(fā)過程中，會有巖漿噴出地面，那些巖漿的活動能力極強，可以時常噴發(fā)的火山在地質(zhì)學中被稱為“活火山”。例如，位于太平洋中的夏威夷群島上的基拉維亞火山，長期以來總有巖漿從中不斷地涌出，有時還會發(fā)生極為猛烈的爆發(fā)，它就屬于活火山。有一些火山在噴發(fā)之后，需要經(jīng)過很長一段時間在地下聚集起足夠的巖漿才可以再次噴發(fā)，當它暫時不再活動的時候，被地質(zhì)學家稱為“休眠火山”。例如在北美洲西部的喀斯喀特山脈中就有很多這樣的火山。人類并沒有找到它們曾爆發(fā)過的歷史記載，但根據(jù)探測，它們還有活動能力。不過，這一類火山，有的也可能就此一直沉睡下去。還有些火山因為形成時間很早，地下的巖漿已經(jīng)冷凝固化，不再活動，或是雖然地下還有巖漿存在，但因為那里地殼厚實堅硬，其中差不多所有的裂縫都被以前擠入的巖漿凝結堵塞住，巖漿無法再噴發(fā)出來了。地質(zhì)學上把這些已失去了活動能力的火山叫做“死火山”。例如，非洲坦桑尼亞邊境上的乞力馬扎羅山，就是一座非常有名的死火山。人們可以從飛機上清晰地看到火山口內(nèi)堆積著很厚很厚的白雪。

地震是怎樣發(fā)生的

如果從地球表面看，一切似乎都很平靜，因此一說到地震，人們總是覺得是比較少見的事。事實上，根本不是這樣，地球上經(jīng)常會發(fā)生地震。地震是一種非常普遍的自然現(xiàn)象，就像下雨、刮風一樣。據(jù)科學家們用精確的儀器觀測，地球上每年大約發(fā)生500萬次地震，并且平均一天會發(fā)生1萬多次。但是，這些地震大部分都微乎其微，人們不用儀器觀測是根本感覺不到的，每一年中這樣的小地震大約占當年地震的99%；人們可以感覺到的，只不過占1%。

地球上為什么會常常發(fā)生地震呢？

大多數(shù)地震是由地殼運動所引發(fā)的。剛硬的巖石在運動中受到力的作用，形狀發(fā)生改變，有時甚至發(fā)生斷裂，此時就會發(fā)生地震。目前人們雖然對推動地殼發(fā)生變動的力量從何而來仍持有異議，對地震產(chǎn)生的根本原因也有許許多多的推測，但大家一致認為某一地區(qū)的巖石發(fā)生了斷裂是該地區(qū)發(fā)生地震的直接原因。地下的巖石產(chǎn)生了新的斷裂，或是原來就有裂縫，再次發(fā)生錯動是絕大多數(shù)地震發(fā)生的原因。許多威力極大的地震都發(fā)生在地下存在斷裂的地方。當?shù)叵碌膸r石因為受到力的作用而將要斷裂時，月亮和太陽的引力作用，水（水庫）或大氣對地面的壓力的變化，都有可能促使斷裂發(fā)生，有觸發(fā)地震的作用。

其次，地震又常常作為火山爆發(fā)的伴侶出現(xiàn)，在地球上存在著大量的火山，火山每次爆發(fā)，會從地下噴射出大量熾熱的巖漿，體積急速膨脹，對地殼有所沖擊，因此一定會引起地震。

既然每年地球上發(fā)生如此多的地震，我們?yōu)槭裁锤杏X到的很少呢？

原來，在地球上發(fā)生地震時，震動也有強度的大小，釋放出來的能量也有多有少，按照它們大小的不同，大致可以分為微震、弱震和強震等三大類。可使器皿丁當作響，使吊鐘和電燈、壁上的掛圖發(fā)生晃動的地震稱為弱震。可以使墻開裂、山石崩落、房屋倒塌的地震稱為強震。一些非常強烈的地震還能在眨眼之間把整個城鎮(zhèn)摧毀，如1976年的唐山地震，在地球上如此強烈的地震平均每年大約發(fā)生10多次，但有時候并不是發(fā)生在像唐山這樣人口極為稠密的地區(qū)，給人類帶來的災害也不會像唐山地震那樣嚴重。除了強震以外，弱震是不會給人類造成危害的，至于微震，就更沒有多大影響了。絕大多數(shù)地震都是微震。

地震發(fā)生時，也不是所有人都可以感覺得到，在一定范圍內(nèi)的人們才能感覺到。地震時，人們把震動的發(fā)源處叫做震源。震動自震源起，以波動的形式向四周發(fā)散傳出，叫震波。在震源處地震波的能量最大，在傳播過程中，地震波能量會逐漸消失，傳得越遠就越微弱，傳到一定距離，就可以弱到人一點也感覺不出來。

地球上的煤是怎樣形成的

眾所周知，煤是從地下開采出來的。可是，為什么地下有這么多煤呢？在回答這一個問題之前，首先需要知道煤是如何形成的。

有人說煤長得像石頭，甚至通常把質(zhì)量不好的煤叫做“石煤”，所以認為煤是由石頭變來的。但是，如果你再仔細觀察一下會發(fā)現(xiàn)有些煤塊上會有植物的根莖和葉等形狀的痕狀。倘若把煤切成薄片，在顯微鏡下進行觀察，有時可以看到相當清晰的植物構造和組織，而且有時像樹干一類的東西還保存在煤層之中。在中國著名的撫順煤礦，大量琥珀含在煤層之中，有的里面甚至包有極為完整的昆蟲化石，它是一種相當精美的藝術品。事實上，琥珀就是由樹木所分泌出來的樹脂演變而成的。這一切都表明煤主要是由植物演變而來的。

古代植物又是如何演變成煤的呢？

原來，在歷史上，有一些時期的環(huán)境非常有利于煤的形成。由于氣候條件適宜，在這些時期，茂密高大的植物到處繁殖，大量高等或低等植物、浮游生物以及水草等生長在沼澤、內(nèi)陸和海濱地帶。由于后來的地殼運動，這些植物就一批一批地被埋藏在地面的低洼地區(qū)和海洋或沼澤的邊緣地帶。這些被泥沙所掩蓋的植物，長時間受著壓力、細菌和地心熱力的作用，原來所含的氮氣、氧氣以及其他揮發(fā)物質(zhì)等都逐漸地跑掉了，剩下來的大部分就是“炭”（一般稱這種作用為“炭化作用”）。這樣泥炭就最先形成了，隨后泥炭被埋藏得越來越深，碳質(zhì)的比例在溫度和壓力的作用之下不斷增高，褐煤和無煙煤便逐漸形成了。簡單而言，煤就是經(jīng)過這樣的凝膠作用以及炭化作用變來的。

由于各地都有不同的地殼運動特點，有些地區(qū)植物遺體的堆積速度和地殼的下降速度大體一致，保持均衡，很可能形成較厚的煤層；有些地方地殼沉降速度變化非常大，許多薄的煤層可能會在這里形成。

煤形成之后，在漫漫地質(zhì)年代中，還不斷地經(jīng)受著各種變化和變動。原來水平的煤層可能會因地殼的構造運動而引發(fā)斷裂和褶皺，有一些煤層被掩藏到地下更深的地方去了，因此至今還在地下沉睡沒有被人們發(fā)現(xiàn)；而另一些煤層在一些比較淺的地方埋藏著，而且經(jīng)過后來的侵蝕、風化的作用而露出地表，根據(jù)這些露在地表的“煤苗子”，我們找起煤礦來就會相當容易。目前許多埋藏在地下較深的煤田隨著人們對于煤的形成規(guī)律的進一步掌握以及礦物勘探與開采技術的改進，而不斷地被發(fā)現(xiàn)、開采及利用。

地球上的石油是怎樣形成的

石油被人們稱為“黑色的金子”，它是攸關人類生存的重要能源。

石油是由地質(zhì)時期的動植物的遺體在地下高壓高溫及微生物作用下，經(jīng)過漫長而復雜的化學變化逐漸形成的一種較為黏稠的液體礦藏，它也是原油及原油的加工產(chǎn)品的總稱。凡是從油田開采出來還沒有經(jīng)過加工處理的石油叫做原油。原油通常情況下是深褐色、黑色的，但是，也有綠色，甚至無色的原油，這主要由開采地的特質(zhì)所決定。原油不溶于水，有特殊的氣味，密度也比水小，溶、沸點不固定。

石油大多在地下（或海底）深埋著，它屬流體礦物，所以通常只需打豎井之后通過采油管開采。在打成一口油井的初期，由于地層下有很大的壓力，油層內(nèi)的石油經(jīng)常受壓力驅(qū)使而自動向上噴，這時就可以采用“自噴采油法”采油。自噴采油不但設備簡單，管理方便，而且開采經(jīng)濟，產(chǎn)量也高，是當前較為理想的采油方式，一般采用先進技術且條件好的油井可保持幾年甚至十幾年的自噴形式。已過自噴期的油井或油層壓力較低，石油只能夠流入井里但卻沒有能力再往地面上噴射，此時要采用機械采油方法亦即通過安裝在井上的俗名叫“磕頭機”的抽油泵往上抽油。使用磕頭機抽油的油井也可以在相當長的時間內(nèi)維持一定的產(chǎn)量。

現(xiàn)代生活一刻也離不開石油，它是工業(yè)的血液，是最最重要的能源之一，而西亞則是世界上的最重要的石油產(chǎn)區(qū)。

根據(jù)大陸漂移學說的解釋，西亞原本是古地中海的一部分，經(jīng)過滄海桑田的多次變化之后，古地中海的范圍漸漸縮小，幼發(fā)拉底河和底格里斯河帶來的泥沙也在不斷地縮小波斯灣的面積。以波斯灣為中心的淺海地區(qū)是一片古老臺地，這些地區(qū)主要進行的是升降運動，它們的褶皺運動非常平緩。升降運動形成4000～12000米的非常厚的沉積層。從結構上看，因為褶皺運動不是十分強烈，所以形成一系列平緩而巨大的簡單穹隆或背斜構造，這種構造對貯油貯氣極為有利。例如舉世聞名的沙特加瓦爾背斜構造，長240千米，寬35千米，這里形成了原油儲量達到100億噸以上的聞名遐邇的加瓦爾油田。

西亞的緯度偏低，它的這一地理條件造成生物數(shù)量相當繁多；西亞地區(qū)所擁有的“兩河”、廣闊的淺海的大量泥沙形成相當良好的還原環(huán)境；平緩的地質(zhì)構造和沉積層為原油的儲備提供了優(yōu)良的儲油條件，這些就是西亞成為世界儲油最豐富的地區(qū)的自然原因。

地球上的巖石是怎樣形成的

巖石分布在地球的各個地方。有些地方雖然從表面上看是泥沙，但下面則是巖石；還有海洋、江河，在水層底下也是巖石。巖石緊緊地裹在地球的外面，人們把它叫做巖石圈。巖石圈最厚之處已超過100千米，換言之，不但地殼是由巖石構成的，就連地幔的最上端也是由巖石構成的。

為什么地球上會有如此多的巖石呢？

瑞典著名博物學家林耐曾經(jīng)說過這樣一句名言：“巖石并非自古就有，它們是時間的孩子。”的確，地球上每一塊巖石都是在地球的演變過程中漸漸形成的。

根據(jù)巖石不同的形成方式，我們能夠把所有的巖石劃分為火成巖、變質(zhì)巖、沉積巖三大類。

火成巖是地球巖石圈的主要組成部分。地殼中大約3/4的巖石以及地幔頂部的全部巖石屬于火成巖。火成巖是由熾熱熔融的巖漿冷卻凝固之后形成的。倘若它們是由火山噴發(fā)出來的巖漿冷卻凝固而成的，則可被稱為火山巖，如安山巖、玄武巖等。今天，我們?nèi)匀豢梢栽谝恍┗鹕交顒拥牡貐^(qū)，觀察到火山巖的形成過程。雖然有些地方覆蓋著厚達上千米甚至上萬平方千米的火山巖，但它所占的比例并不是很大，絕大多數(shù)巖石是由那些沒有能夠噴發(fā)到地表的巖漿直接在地下深處冷卻凝固而形成的，這叫火成巖，如分布較為廣泛的橄欖巖、花崗巖等。

早先形成的包括火成巖、變質(zhì)巖和沉積巖等在內(nèi)的巖石，在地面暴露以后，會受到侵蝕和風化作用的破壞，逐漸轉(zhuǎn)化為化學分解物和泥沙。這些化學分解物和泥沙經(jīng)過水、風或者是冰川等外力的搬運作用，最后在湖海盆地或者其他低洼處堆積，再經(jīng)過漫長的壓緊膠結和地球內(nèi)部熱力的影響，再一次固結成為巖石，形成沉積巖，例如，由泥質(zhì)堆積而成的頁巖以及由沙粒膠結而成的砂巖等。在形成沉積巖的過程中，生物經(jīng)常葬身其中，故而還可以在沉積巖里找到由古生物遺跡或遺體構成的化石。

巖石在地球的演變過程中，受到強烈的擠壓或高溫的影響，或者被注入外來物質(zhì)，從而發(fā)生面目全非的變化，一種新的巖石由此產(chǎn)生，我們把這種巖石稱為變質(zhì)巖。例如，花崗巖能夠變成片麻巖，頁巖和一些砂巖會變成片巖、板巖等。

總之，地球上的所有巖石的形成，都無法脫離以上三種途徑。