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第3章 探索地球起源之谜(2)

在许多灾难预言中,太阳是地球最重要的一个敌人。传说,它将会产生致命的太阳耀斑,将地球上的人类烤焦。事实上,太阳耀斑是有规律可循的,其爆发周期大约为11年。剧烈的太阳耀斑可能会破坏地球上的通讯设施以及其他一些地面事物,但是科学家们认为太阳通常不会释放出强大的足以烤焦整个地球的太阳风暴,除非是太阳已明显不遵循其活跃周期。而有史记载的太阳风暴持续时间都比较短,除非它违反其周期,持续长时间,但这不太可能。

到目前为止,我们的地球已有46亿年的历史。那么它未来的岁月还有多少呢?它会在巨大的爆炸声中毁灭吗?科学家们认为,若任凭地球自由自在地运转,它将会永远地存在下去,但若是有其他外来因素干扰,地球就可能有寿终正寝之时。

外来的因素首先是太阳,因为它是离地球最近的、能够左右地球命运的星球。也就是说,地球上的一切能源、动力都来自太阳,太阳一旦有三长两短,势必殃及地球。20世纪30年代以前,人们一直以为太阳总有一天会燃尽烧绝,由白转橙,再由橙变红,最后变成一颗万籁俱寂的黑暗星体,了却其灿烂辉煌的一生。到了20世纪30年代,当物理学家了解到了太阳发光发热的奥秘后,情形就大不相同了。原来,太阳的能量来自于它的热核反应,太阳的一生将度过引力收缩阶段、主序星阶段、红巨星阶段以及致密星阶段。其中主序星阶段是太阳的稳定时期,这一阶段将持续100亿年。目前太阳正处于主序星阶段,也就是太阳的稳定期。一旦太阳到了红巨星阶段,那么地球的末日也就来临了。当然,这是近百亿年以后的事了。

除了太阳对地球的干扰之外,还有没有其他因素呢?有的科学家认为,太阳可能还有一个兄弟——太阳的伴星。这颗伴星日夜不停地绕日运行,每隔2600万年就会转到离太阳最近的地方来“兴风作浪”,它强大的引力将会对众多彗星产生巨大的干扰。到时就会有大约10亿颗彗星在太阳系内横冲直撞,地球和其他行星都将成为这些彗星的“靶子”。如果与地球相撞的彗星质量足够大的话,那后果就不堪设想:轻者生物灭绝,生态剧变;重者山崩地裂,地球“粉身碎骨”。然而,这颗可能会给地球带来不测的太阳伴星并没有被人们发现,不过许多科学家是相信它是存在的。

地球未来的命运到底怎样,最终会受到什么样的打击而遭到毁灭,人们还不得而知。

7、 地球转动之谜

宇宙间的天体都在旋转,这是它们运动的一种基本形式,地球也是如此。是什么力量驱使地球如此永不停息地运动——在围绕地轴自转的同时,又在一个椭圆形轨道上环绕太阳公转,带来昼夜交替和季节变化,使人类及万物繁衍生息?

要真正说明这个问题,首先要弄清楚地球和太阳系是如何形成的,因为地球自转和公转的产生与太阳系的形成密切相关。

天文学家认为,太阳系是由古代的原始星云形成的。原始星云是非常稀薄的大片气体云,因受到某种扰动影响,再加上引力的作用而向中心收缩。经过漫长岁月的演化,中心部分物质的气温越来越高,密度也越来越大,最后达到了可以引发热核反应的程度,从而演变成了太阳。太阳周围的残余气体,慢慢形成了一个旋转的盘状气体层,经过收缩、碰撞等复杂的过程,在气体层中凝聚成固体颗粒、微行星、原始行星,最后形成了一个完整的太阳系天体。

大家知道,如果要测量物体直线运动的快慢,应该用速度来表示,但是如何来衡量物体旋转的状况呢?有一种办法就是用“角动量”。一个绕定点转动的物体,它的角动量就是质量乘以速度,再乘以该物体与定点的距离。物理学中有一条非常重要的角动量守恒定律,说的是一个转动的物体只要不受外力作用,它的角动量就不会因物体形状的变化而发生变化。例如一个芭蕾舞演员,当他在旋转的时候突然把手臂收起来(质心与定点的距离变小),他的旋转速度就会自然而然地加快,因为这样才能保证角动量不变。这一定律在地球自转速度的产生中有非常重要的作用。

原始星云原本就带有角动量,在形成太阳系之后,它的角动量仍然不会损失,但已经进行了重新分布,各个星体在漫长的演变过程中都从原始星云中得到了各自的角动量。由于角动量守恒,行星在收缩的过程中转速也将越来越快。地球也是这样,它获得的角动量主要分配在地球绕太阳的公转、地月系统的相互绕转以及地球的自转中。

我们很容易产生错觉,常常以为地球的运动是匀速运动,否则每一日的长短也会改变。物理学家牛顿就这样认为,他把宇宙天体的运动看成是上好发条的钟,认为它们的运行准确无误。实际上,地球的运动也是在不断变化的,而且非常不稳定。有人研究“古生物钟”时发现,地球的自转速度逐年变慢。距今4.4亿年前的晚奥陶纪,地球公转一个周期需要412天;而到了4.2亿年前的中志留纪,每年只有400天;到了3.7亿年前的中泥盆纪,一年为398天;到了一亿年前的晚石炭纪,每年大约是385天;到了6500万年前的白垩纪,每年是376天;而现在一年是365.25天。天体物理学的计算证明了地球的自转正在变慢。科学家认为,产生这种现象的原因,是由于月球对地球潮汐作用的结果。

由于人类发明了石英钟,便可以更准确地测量和记录时间。通过一系列观测和研究发现,在一年内,地球自转存在着时快时慢的周期性变化:春季自转比较缓慢,秋季则加快。科学家认为,这种周期性变化的原因,与地球上大气和冰的季节性变化有关。另外,地球内部物质的运动,如重元素下沉、轻元素上浮等,都会影响到地球的自转速度。

除此之外,地球公转也不是匀速运动。地球公转的轨道是椭圆形的,最远点与最近点相差大约500万千米的距离。当地球由远日点向近日点运动,离太阳近的时候,受太阳引力的作用就会加强,速度也就变快。由近日点到远日点时则相反,地球的运行速度会减慢。

另外,地球自转轴与公转轨道并不是垂直的,地轴也并不是稳定的,而是像陀螺一样在地球轨道面上作圆锥状旋转。地轴的两端也不是始终指向天空中的某一个方向,而是围绕着一点不规则地画圆。地轴指向的不规则,是地球运动所造成的。

由此可知,地球的公转和自转包括了许多复杂的因素,并不只是简单的线速或角速运动。地球就像体衰的病人,一边时快时慢地围绕太阳运动,一边又颤颤巍巍地自转着。

地球还同太阳系一起围绕银河系运动,并随着银河系在宇宙中飞驰。地球在宇宙中运动不息,这种奔波可能在它形成时便开始了。

地球仍然在运动着,它的加速、减速与太阳、月亮以及太阳系其他行星的引力有关。那么,地球最初是怎么运动起来的呢?以后又将如何运动下去呢?它的自转速度会一直慢下来吗?地球运动是否需要能量呢?能量又从何而来?假如地球运动不需要消耗能量的话,那么它是“永动机”吗?是否存在所谓的第一推动力呢?这些问题现在都还没有答案。

第一推动力到现在为止只是一种推断。牛顿是古典力学的奠基人,在自发唯物主义思想的指导下,创立了万有引力理论。晚年的牛顿在研究行星为什么会围绕太阳运转时,由于信奉上帝,认为除万有引力的作用外,还有一个“切线力”,这个“切线力”只能是来自上帝的“第一推动力”。牛顿在发现了三大运动定律和万有引力定律之后,曾用他后半生的全部精力来研究和探索第一推动力。后来他得出了这样的结论:上帝设计并塑造了这完美的宇宙运动机制,且给予了第一次动力,使它们运动起来。这显然与现代科学格格不入。而对于第一推动力的科学解释,还有待于人们进一步的探索发现。

8、 地球为何会变暖

全球变暖一直是人们非常关心的问题。多数专家认为,人类活动是造成气候变暖的罪魁祸首,而世界著名大气专家约翰·克里斯蒂却对此有自己的独到见解。

2000年秋天,正当政府间气候变化问题研究小组准备以更有力的证据宣布地球正以前所未有的速度变暖,人类正是造成气候变暖的罪魁祸首时,克里斯蒂却持截然相反的观点。

“通常的预测表明气温在逐步上升,但我们并没有看到气温升高。这表明近来的地表温度上升可能是由于人类活动以外的其他因素造成的。”

约翰·克里斯蒂对全球变暖是由人类活动造成的观点——或者说是否真正存在这种现象表示怀疑。尽管其他多数大气科学家对全球变暖越来越肯定,他却越来越持怀疑态度。

温度记录存在误差

在大多数人看来,数字是永恒不变的。但克里斯蒂知道,不同的人可以对相同的数字做出不同的解释,而且往往是错误的解释。多年来,他听到政治家和科学家们谈论全球气温在持续上升,但他对这些人的预测所依据的数据表示怀疑。他知道在测量温度变化的百叶箱周围建起了高楼大厦,附近的森林已被砍伐,从而造成记录温度升高,但这与全球气候变化并无关系。他知道科学家没有找到一种能获得地表以上准确温度读数的方法,因而无法知道对流层下方——地表以上8千米高度的气温变化情况。

为了填补这个巨大的空白,克里斯蒂开始和美国航天局卫星气象学家罗伊·斯潘塞合作,收集极地卫星传送的数据。极地卫星携带的仪器能测量氧气折射的微波辐射密度。气象预报人员曾经以一种有限的方式利用这些数据记录了大气层中20个不同高度的温度,但是从未记录过全球对流层的平均温度。克里斯蒂和斯潘塞设想利用这些数据推断出对流层的温度。

气候模型有误

从理论上说,如果大气层像一个巨大的温室那样升温,那么对流层的温度应该像地表温度一样迅速上升。但斯潘塞和克里斯蒂获得的卫星数据显示,对流层底部的温度却低得出人意料。对流层的温度自1979年以来仅上升了0.2华氏度,地表温度却上升了0.48至0.7华氏度。克里斯蒂认为两者间的差距说明目前使用的气候模型是错误的。

克里斯蒂在1990年公布这些数据之后,立即就遭到攻击。为此他和斯潘塞仔细校正了每一个数据,最后他们发现这些数据在20年的时段内误差不到0.1华氏度。科学界最终也承认他们的数据是正确的。

尽管克里斯蒂的数据得到了人们的称赞,但他的研究却没有被人接受。科学研究委员会2000年1月12日发表的一项报告称,地表和对流层很可能确实存在温差,但很难解释它的原因或它的含义。

更让克里斯蒂感到痛苦的是,政府间气候变化问题研究小组前不久发表的、克里斯蒂本人参加撰写的一项最新报告的结论是:燃烧矿物燃料是造成人们50年来观察到的全球变暖的主要原因。报告还警告说,今后一个世纪,全球温度的上升幅度可能比原先预料的还要高——可能上升11华氏度。

地表温度有可能下降

在大家都相信地表温度在持续上升时,克里斯蒂却认为:地表温度同样有可能下降。

在他看来,令众多大气科学家忧心忡忡的地表温度上升幅度仍然在自然波动的范围之内,或者是由温度测量失误造成的。他说:“温度的上升主要发生在人类活动尚未造成温室气体聚积的20世纪上半叶。”当然,太阳耀斑、火山喷发、厄尔尼诺现象、二氧化碳和甲烷排放量的增加以及其他未知因素,也有可能使全球温度出现上下波动。他分析的卫星数据表明,美国的平均气温近年来比前些年略有上升,但是南半球的平均温度却比以前降低了。他得出的结论是:如果从全球的角度看全球气温变化,就会发现它们最后都会实现平衡。

这些观点使克里斯蒂在科学界成为明显的少数派。大多数气候研究人员都认为冰川后退、极地冰原变薄和夜晚温度升高是人类活动造成影响的证据。政府间气候变化问题研究小组新近发表的报告承认对流层温度的变化存在一些尚不明确的因素,但它做出的更加严峻的预测是根据近几年收集的数据、对计算机模型的修改、对空气中的微粒如何影响气候有进一步了解的情况下得出的结论。

环境基金会的布兰登·马克吉利斯说:“在正规的气象研究人员看来,人类活动造成全球变暖是不容置疑的,这种现象正在发生。”

9、 氧气是否会被耗尽

氧是构成生命的重要元素之一,它是以气体形式存在于自然界中的合成物——氧气是地球上大多数生命进行各种活动所必需的物质之一。有人担心氧气会被耗尽,那么,这种担心是不是真的像“杞人忧天”那样毫无根据呢?

现行的理论认为地球的氧气来源于植物的光合作用,但有科学家提出:地球的再生氧气主要来源于地球电场电流活动对水分子的电解活动。地球早晨空气新鲜是因为地球电场早晨天空空域相对地球带负电,使地表有较强的吸收氧气负离子的能力,使地表氧气浓度得到提高。地球傍晚空气沉闷是因为地球电场傍晚天空空域相对地球带正电,使地表有较强的吸收氢气阳离子的能力,使地表氢离子浓度相对提高并容易诱发雷电等氧化活动,使地面空气显得比较沉闷。

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