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看潮汐奇观,读趣味物理(续篇)
热度 9 lxu2800 2015-9-22 05:33
有一段摄于2011年圣地亚哥海滩的发光潮汐(又称 Red Tide, 引起发光潮汐的浮游生物在白天呈红色,故称此种现象为红色潮汐)的配乐视频,放在本文结尾处,作为读后的余兴,顺祝诸位中秋快乐! 作为“看潮汐奇观,读趣味物理”的续篇,本文将对潮汐作用力略作深一步的分析,对数学一点也不喜欢的读者可略去下面四个自然段,可直接从“月球引力势的四极分量所引起的作用力……”处读下去。 上文中的图C和图D是理解潮汐引成机制的关键,其中图D来自图C,而图C源于引力矢量的级数展开后的第二项。王博士为我讲解引力矢量方程和它的级数展开时有两张手稿,受过大学理工基礎训练并有兴趣的读者应都可以看得懂( 点击看手稿第一页 , 点击看手稿第二页 ) 。级数展开后的第一项与地球上各点的位置无关,是大小不变,方向与X轴平行且指向月球的常数,月球引力的这一部份不会引起海水各点的相对运动,它们仅提供地球上各点绕月球作相同角速度旋转的向心力。从级数展开的第二项可看出,月球引力的这一部份作用在地球表面的各点是不相同的,从而引起地球上海水之间产生相对运动,正是由于海水內部之间相互挤压、推波助澜才造成了海洋潮汐,这才是真正的潮汐作用力。 图C 月球引力势的四极分量引起的潮汐作用力 图D 月球潮汐作用力垂直于地球径向的分量(切向分量) 有关潮汐起因的中英文资料网上很多,但正确全面介绍潮汐的科普文章实在少见,中文资料里的百度百科和维基百科更难令人满意。它们虽然都提到了这样一点,即由于月球到地球表面各点的距离不尽相同,因此地球表面各处受到的引力的大小和方向均不相同,也就是说地球表面有一个月球引力场的分布。但它们均无法正确简明地导出潮汐作用力的方程和图解(即本文中的图C)。维基百科比百度百科略胜一筹,它未加任何说明就直接给出了一張与我们图C相似的潮汐作用力,但仍缺乏对潮汐作用力在地心引力环境下如何影响海洋运动的深入分析,也就是说它们均没有想到殊为关键的图D。 图C和图D都是月球的潮汐作用力在地球的X-Y切面上的二维分析图,这是为了敘述和理解的方便,而地球表面的海洋是一个三维立体球面,但前面已经指出月球的潮汐作用力是沿X方向轴对称的,在X-Z切面(垂直于图C和图D中的X-Y平面)上也有与图C和图D完全一样的月球潮汐作用力,事实上在地球任何沿X轴的切面上均有完全相同的月球潮汐作用力。可以作这样的想象,以Y-Z平面把地球上的海洋切开分成两只“圆碗”,在月球的潮汐作用力下,每只碗的碗口处的海水全部湧向碗底中心,因此在碗口处(即地球在Y-Z平面的圆环上)海水同時向X轴正反两个方向流失,海平面降低,即是低潮;而在两只碗底部处海水从各处涌过来,海平面升高,即是高潮。 如果一个地球上的观察者恰巧站在靠近月球的碗底处,他看到了潮起;过了六小时,由于地球的自转,他就处于Y-Z平面的碗口处,因而看到了潮落;再过六小时,观察者处于背离月球的碗底处,所以又一次看到汐涨。如果另一观察者处在太空中某一固定点,他总能看到靠近和背离月球两处同时(请注意“同时”两字,也就是说,每时每刻,地球上总有两处高潮)都有潮起汐涌。 月球引力势的四极分量所引起的作用力造成了地球表面海洋的潮汐运动,或者更确切地说,是该作用力垂直于地球径向的切向力造成了海洋潮汐。图C和图D是对潮汐作用力的最印象的表述,真是一图胜百字。网上的中英文资料中少有提及图C,图D更是从未见过。值得指出的是,本文中的两图均非手工隨意绘制,而是由数学推导加电脑编程得出,更具说服力,太感谢我的好友王博士了。 考虑到地球自转的同时,月球还在绕地球转动,也就是说地球上正对月球的一点,经过一天(二十四小时)后,並不再正对月球了,月球在这一天里向前移动了约 1/30 圈,而地球每小时转 1/24 圈,因此每一天地球需另加 24/30 小时(约50分钟)才可重见潮涌,这也是潮汐每天推迟约50来分钟,每月一循环的原因(30天后推迟24小时,回归零点,循环重启)。“早潮才落晚潮来,一月周流六十回。不独光阴朝复暮,杭州老去被潮催。”白居易这首诗对潮汐周期规律的描述非常客观生动。 事实上,太阳也对地球表面海水施加潮汐作用力,其作用机理与月球的完全相同。太阳的质量虽然比月亮大许多倍,但是它与地球的距离要比月球要远得多,而引力的大小与距离的平方成反比,通过简单计祘可以得知太阳的潮汐作用力大约只有月球的45%,所以潮汐确实主要由月球引起。打个比喻,如果某地潮水最高时有10米高,差不多7米是月球造成的,太阳的贡献只有3米,其它行星不足0.6毫米。 太阳的潮汐作用力虽然不算太大,但还是会影响总体潮汐的大小。有时它和月球形成合力,推波助澜,有时是斥力,相互牵制抵消。在新月或满月时,太阳和月球在同一方向或正反两个方向施加潮汐作用力,产生大潮;但在上弦或下弦时,月球的潮汐作用力对抗太阳的潮汐作用力,产生小潮,其周期约半月,详见图F。当太阳、地球、与月球在一条直线上,地球又在两者之间时,按理太阳和月球对地球的引力是相斥相减的,但事实上在新月时也是大潮,每月有二次大潮这个事实再一次证明潮汐的引成取决于以X軸对称的潮汐作用力。 图F 太阳与潮汐的关系 以上只是讨论分析了潮汐引成的物理原因,实际上地球各处潮汐的起始时间和水位高低的确定则远为复杂得多。地球表面的海洋并非是一完整的球面,大陸对潮涌的影响也必须考虑进去 ,同时还要计入风力、温差等因素,月球绕地和地球绕日轨道的形状,地球自转轴与公转轨道平面的夾角都会影响潮汐作用力 ,最终的计祘模型变得十分复杂。使用最完善的计祘模型,由超级巨型计祘机得出的潮汐时间、高度等数值预报仍常常与实测数值有不少出入,这和天气预报是一回事情。而且在海滨城市,这两种预报常常是放在电视节目的同一时段,我们这里的地方电视台就是这么做的。 潮汐对人类的生活的影响当然不只是增添海湾的观赏性,它对海上航运、海岸建设、海洋生物资源的利用都有紧密的关联。为了中国走向深海,为了利用潮汐发电造福人类,那么深入认识和掌握潮汐规律是中国人必须做好的功课。 图G 海港与潮汐 海洋潮汐及每月两次的大潮、低潮的规律深深地影响着海洋生物的生命历程,在很大的程度上它们成了海洋生物的生物钟。因此,他们的生物节律往往是潮汐周期的整倍数。许多生物物种,例如脊椎动物,其发育与成長的节奏,特别是它们的妊娠和卵孵化的节奏与潮汐周期有关。我们人类妇女的排卵即与月球公转周期基本同步,因之称为月经,时段大约相等于两次大潮周期。这样的相似之处暗示所有的动物都来自海洋,而且很可能在进化的漫长过程中,起源于陸上的哺乳动物的某一支又回到海洋之中生活,而人类正是从这一支哺乳动物进化而来的。 地球上海洋潮汐的巨大能量消耗是以月球动能的减少为代价的,也就是说月球在慢慢地減速,並漸漸远离我们地球 ,总有那么一天,月球离开我们是如此之遥远,看着如同天空中一颗寻常的星星而已,我们地球最终又回复到久远的洪荒时代,那个月亮还没有从地球脱离出去的时代。我们地球将重回那孤独寂寞的岁月,孤零零地无人相伴,独自在太空中飘零。当我们的子孙们读着唐诗宋词里的许多有关月亮的句子,他们能明白怎么一回事吗?“明月出天山,蒼茫云海间。”“明月松间照,清泉石上流。”“海上升明月,天涯共此时。”这些千古佳句对他们还有什么意义吗?他们又如何去体会其中的美感和背后的深意呢?如果把与月亮相关的诗全部剔除,唐诗三百首还能剩下多少?我是不是又有点“忋人忧天”了呢? 还是让我们忘记这一切吧,“人生今朝不称意,明日散发观大潮。” -- 请看下图的钱塘江大潮。 图H 钱塘江大潮 2011年圣地亚哥海滩的发光潮汐的配乐视频 链接: http://v.youku.com/v_show/id_XMTM0Mjk5OTAxMg==.html 据读者反映,本文提供的二篇手稿无法打开,现再以附件扦入法试试。对引力矢量方程和它的级数展开的两张手稿有兴趣的读者请点击下列附件。 手稿.pdf 由於不规则海岸线对海洋潮汐运动的阻隔,使得地球各处的潮汐的表象会有许多差异,多数地方的潮汐为半日潮,但也有些地方可观察到全日潮,甚至还有介于二者之间的混合潮。到目前为止,我们一直只分析月球引力的四极分量对海洋的作用力,在大陸阻隔的某些特别区域,月球引力的八极分量甚至更高级的分量也会引起有意义的作用,从而导致复杂的潮汐形态。对这些现象的研究已经属于工程问题,已经超出了本文讨论的范围,我们只求给出物理模型,对潮汐的普遍现象给出定性的描述。 从一年看来,也同样有高低潮两次。春分和秋分时,地球、月球和太阳几乎在同一平面上,这时引潮力比其他各月都大,造成一年春、秋两次高潮。此外,潮汐与月球和太阳离地球的远近也有关系。月球的公转轨道是个椭圆,大约每27.55天靠近地球和远离地球一次,近地潮要比远地潮大39%,当近地潮与高潮重合时,潮差特别大,若远地潮与低潮重合时,潮差就特别小。地球围绕太阳的公转轨道也是椭圆,在近日点太阳引力大,潮汐强,远日点,引力小,潮汐弱。 F=ma F=GMm/R^2 a=mv^2/R GMm/R^2 =mv^2/R GM=v^2*R 由此可知速度平方乘轨道半径是一常数。当月球速度变小时,轨道半径一定只能增大,以维持 v^2*R 为常数。 或者用角动量守恒来解释更为合适。地月系统的总角动量是守恒的,地月绕行的角动量应该基本不变,当月球动能损失引起转动角速度变慢时,必然导致地月距离增加以维持角动量守恒。
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月球上有外星人基地吗?
热度 6 zlyang 2015-8-17 14:07
月球上有外星人基地吗? 德国纳粹制造的飞碟 不知真伪的图片 新华网 ,2014-08-14,《 登月第一人临死前曝出UFO的惊人真相 》里说: 一六七一年,三百多年前的科学家卡西尼就曾发现月球上出现一片云。 一七八六年四月,现代天文学之父威廉赫塞尔发现月球表面似乎有火山爆发,但是科学家认为月球在过去三十亿年来已没有火山活动了,那麽 这些“火山”是 什么? 一八四三年曾绘制数百张月球地图的德国天文学家约翰史谷脱,发现原来约有10公里宽的利尼坑正在逐渐变小,如今,利尼坑只是一个小点,周围全是白色沈积物,科学家不知原因为何。 一八八二年四月廿四日,科学家发现 月球表面“亚里斯多德区”出现不 明移动物体。一九四五年十月十九日,月面「达尔文墙」出现三个明亮光点。 一九五四年七月六日晚上,美国明尼苏达州天文台台长和其助手,观察到皮克洛米尼坑里面,出现一道黑线,过不久就消失了。一九五五年九 月八日,“泰洛斯坑”边缘出 现二次闪光。一九五六年九月廿九日,日本明治大学的丰田博土观察到数个黑色物体,似乎排列成DYAX和JWA字形。 另外,月神九号也在「风暴海」边缘拍到一个神秘洞穴,月球专家威金斯博士因为自己也曾在卡西尼A坑发现一个巨大洞穴,因此他相信这些圆洞是通往月球内部。 一九六六年十一月廿日,美国轨道二号探测船在距「宁静海」46公里的高空上,拍到数个金字塔形结构物,科学家估计高度在15至25公尺高,也是以几何形式排列,而且颜色比周围岩石和土壤要淡,显然不是自然物。 一九六七年九月十一日,天文学家组成的蒙特娄小组发现「宁静海」出现「四周呈紫色的黑云」。 以前 卡尔·萨根 的《 宇宙 》“ 第四章 天堂与地狱 ”里有: 在地球上用肉眼看到的月球遭受撞击的事实是有案可查的。1178年6月25日夜晚,5个英国修道士报告了一件奇怪的事情,后来这件事情被坎特伯雷的杰维斯收录在他的编年史里。人们普遍认为,该书所记述的关于杰维斯时代的政治和文化事件是可靠的。作者收录这个事件之前曾经采访过目击者,他们都发誓说他们所看到的是事实。杰维斯的编年史里有这么一段话: 一弯明亮的新月,月相如旧,钩尖朝东。忽然间,上钩一分为二,火焰从分裂处中部腾空而起,将火炬、火焰、火红的煤和火星洒向天空。 天文学家德罗·马尔霍兰和奥戴尔·卡莱姆认为,月球遭到撞击时,月面上会升起一股尘云,形状很像坎特伯雷的修道士所报告的那样。 …… 用这种方法测量几年之后,我们知道了月球的天平动周期(即颤动周期大约3年)和振幅(大约3米),这个数 据跟“乔达诺·布鲁诺环形 山形成还不到1000年 ” 的见解 是一致的。 这个解释对吗?感谢职业天文学家的指教! 月球上到底有木有外星人基地? 罗斯威尔事件,到底有木有? 很多国家都拍摄了月球全图,到底月球背面有什么诡异? 相关链接: 新华网,2014-08-14,登月第一人临死前曝出UFO的惊人真相 http://www.cq.xinhuanet.com/2014-08/14/c_1112070773_3.htm 人民网,2014-02-28,月球UFO真实基地照片外泄 震惊全世界 http://sn.people.com.cn/n/2014/0228/c190205-20674300-2.html 新华网,2012-07-11,美前特 工爆料罗斯威尔事件:飞船内确有外星人 尸体 http://news.xinhuanet.com/world/2012-07/11/c_123396277.htm 新华网,2009-03-09,首幅全月球三维立体图研制成功 http://news.xinhuanet.com/newscenter/2009-03/09/content_10977812.htm 卡尔·萨根《宇宙》,周秋麟、吴衣俤等译,李元校,第四章 天堂与地狱 http://st.ustc.edu.cn/lab/tianti/books/cosmos/04.htm 感谢您的指教!
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[转载]嫦娥三号首次揭秘雨海北部地质与浅表层结构
schwaitser 2015-3-13 11:21
来源: http://psi.cug.edu.cn/index.aspx?lanmuid=68sublanmuid=624id=458 2015 年 3 月 13 日,国际顶级学术期刊《 Science 》刊登了我国“嫦娥三号”探月工程的最新探测成果。利用嫦娥三号的探测数据,我国科学家首次研究报道了雨海北部地区的地质特征及其浅表层的地质结构,对于探索月球的岩浆演化历史和后期改造作用具有非常重要的意义。 2013 年 12 月 15 日,嫦娥三号着陆器携带“玉兔”月球车成功着陆在预定的区域。其中着陆器上搭载了降落相机、地形地貌相机、月基天文望远镜和极紫外相机,“玉兔”号月球车上搭载了全景相机、测月雷达、红外成像光谱仪和粒子激发 X 射线谱仪。月球车的主要任务是获取行走路线沿途的地形地貌数据、月壤的成分数据和测月雷达数据,完成月表形貌与地质构造和月表物质成分调查,探测次表层地质结构等科学目标。 这篇文章利用降落相机、全景相机和测月雷达获得的探测数据,结合对以往月球环绕卫星遥感影像和光谱数据的解译,首次揭示了雨海北部的形貌和地质结构。该文的研究显示,嫦娥三号着陆在一个直径约为 450 米的年轻的撞击坑边缘,玉兔在这个撞击坑的溅射毯上行走了约 114 米(图 1 ),在历经两个月昼(相当于约 28 个地球日)的照相和雷达探测中,获得了沿途高分辨率的影像和雷达探测数据。形貌分析和解译表明,这个直径为 450 米的撞击坑形成于哥白尼纪,绝对年龄大约为 30-80 百万年。该撞击坑挖掘出了很多大的石块,其中距离玉兔行走路线最近的“龙岩”长约 4 米,高约 1.5 米,表面显示粗粒结构,可能是由粗粒的斜长石和 / 或辉石、橄榄石等矿物(集合体)构成,与地球上的辉长岩较为相似,而显著不同于以往阿波罗采集到的月海玄武岩样品。 图 1. 嫦娥三号着陆点及玉兔行走探测路线图(直径为 450m 的撞击坑位于着陆点西边约 50 米的位置,参见图 2 ) 该撞击坑形成之后,月面受到了持续的陨石撞击和空间风化作用,并在溅射毯之上形成了厚度大约 1 米的月壤。测月雷达对次表层深达近 400 米的地下结构进行了探测,其中低频和高频雷达分别获得了深部和浅部的地质结构信息,共识别出 7 个主要地质界面。综合区域地质分析,本文对这些界面的性质进行了分析,首次揭示了雨海纪( 39-32 亿年)和埃拉托欣纪( 32-15 亿年)多次玄武岩及火山碎屑岩对雨海的充填事件,以及多个火山事件间隔期形成的月壤层等(图 2 )。这一成果显示,雨海经历的火山事件和撞击改造及空间风化事件异常复杂,需要重新思考月球的火山地质与热演化历史。 图2. 嫦娥三号着陆点地质地球物理综合解译剖面 ( Xiao etal., 2015 ) 这项成果由中国地质大学(武汉)、澳门科技大学、中国科学院电子所和中科院国家天文台等单位共同完成。 据悉,这是我国嫦娥探月工程实施以来,首次在国际顶级学术期刊上发表的科学成果,展示了我国在载荷研制、工程实施、数据处理和月球科学研究方面的高水平。 论文第一作者,中国地质大学(武汉)肖龙教授及其团队成员认为,这次报道的只是初步成果,对本文中识别出的多次月海玄武岩充填事件及形成的熔岩和火山碎屑岩的厚度,成分探测数据的分析和确认,多个月壤层对应的空间风化速率,“龙岩”露头上粗粒结构的形成条件和成因,月海记录的热演化历史等,都在继续研究中。这些问题的解决,将进一步提升月球科学的研究水平。同时,通过与以往着陆区的对比研究,将对不同区域表层月壤的厚度和性质等提供有效制约,对嫦娥五号采样点的选择提供重要参考。 论文来源: LongXiao, Peimin Zhu, Guangyou Fang, Zhiyong Xiao, Yongliao Zou, Jiannan Zhao, NaZhao, Yuefeng Yuan, Le Qiao, Xiaoping Zhang, Hao Zhang, Jiang Wang, Jun Huang,Qian Huang, Qi He, Bin Zhou, Yicai Ji, Qunying Zhang, Shaoxiang Shen, Yuxi Li,Yunze Gao. A YoungMultilayered Terrane of the Northern Mare Imbrium Revealed by Chang’E-3 Mission , Science , 2015,347(6227): 1226-1229. 网址: http://www.sciencemag.org/content/347/6227/1226 复制 去Google翻译 翻译结果 http://psi.cug.edu.cn/index.aspx?lanmuid=68sublanmuid=624id=458
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月亮为什么一面总是向着地球
热度 30 武际可 2014-11-17 13:42
随着潮汐研究的深入,人们发现不仅海水有涨落潮汐。作为地球主要构成的岩石固体也会由于引潮力发生变形而起伏。1876年英国学者开尔文(Kelvin,1824-1909)从地球形变的迹象中提出地球是弹性体而不是完全刚体的观点,提出可能由于月球的运行而变形。直到1883年英国的达尔文(G.H.Darwin,1845-1912)对海潮观测中长周期分量的数据进行比较,发现它只有理论值的2/3,他认为所损失的1/3是由于地球的固体表面发生与海水类似的周期性涨落所致,从而在理论上验证了固体潮的存在,后来由于许多学者进一步的从理论和实测多方面的探索,发现固体潮的确存在,而且最大位移可以有1000px之多。在科学进步,大地测量的精度日益提高的要求下,固体潮会成为影响测量精度的很重要的一种因素。 同样,包围着地球的大气也会由于月亮和太阳的引潮力产生全球性的震荡。这就是大气潮。大气潮对于人类在太空的活动会有影响。 目前,从开天辟地就有的潮汐,对地球的影响,至少有三点值得注意的。 其一是地球自转变慢。地球自转速度变慢是一个已经经过各方面证实了的事实。 科学家经过测算,地球日长每百年间增加0.0012至0.002秒。一些考古学家也断定地球4亿年前泥盆纪时代的珊瑚虫化石上“年轮”中有400条“日轮”,地球在13亿年前1年大约500天。现今人们认为,地球自转变慢的主要原因就是潮汐。它的来回受阻尼的耗散运动,其中固体潮,也由于在固体振动中有内耗,消耗了地球自转的动能,从而使地球自旋减慢。 具体地说,如图地球上的高潮总要滞后一点,也就是在月球过了头顶上的子午线后一些时间高潮才会到来,这是由于潮汐质点运动的惯性,它们在受到月球的引潮力之后产生加速度,过一定的时间位移才会到达最大值。由于这种滞后,可以看出,月亮对于离月球比较近的A点的引力会比较大,而对离月球比较远的C点的引力比较小,这种引力差,会形成一个与地球自转方向相反的力矩,而这个力矩会通过流体之间运动的摩擦力传递到地球的固体地壳,由于这个力矩的长期作用,所以即使很小,也会积累使地球旋转速度减慢。进一步地球上的固体潮和大气潮也会加强这种刹车作用。这就是引潮力能够使地球旋转刹车的原因。 地球潮汐高潮的滞后 由于潮汐可以使星球的自转减慢,那么减慢到一定程度,就会不再相对地球转动,这就是天体演化中的“潮汐锁定”。具体说,月球总是一面朝向地球,另一面总是背向地球。由于月球比地球小很多,所以先前的月球即使是自己旋转着的,也会被地球对它的引潮力作用逐渐减慢直至“锁定”。 其二是,固体潮引发地震。由于地壳是由岩石固体材料组成的,而固体潮使它承受昼夜两次交变的应力。我们知道任何材料在交变应力作用下,会有疲劳破坏的问题。同样在地壳薄弱的地方,也会由于引潮力交变作用发生断裂,这,也许就是引发地震的一种原因。 其三是,引潮力会撕裂巨大天体的伴星。我们在地球上可能觉得引潮力是很小的,其实,当伴星与主星距离减小到一定程度主星的引潮力就会把伴星撕裂。因为向着主星的一面引潮力是拉力,背着主星的一面引潮力是推力,两个力大到一定程度,就会把他撕裂或撕得粉碎。有一个数,称为 洛希极限,它是法国天文学家 爱德华 · 洛希( douard Albert Roche , 1820—1883 )于 1848 年提出的, 它是一个距离。它等于行星赤道半径的 2.44 倍。如果一个天体的物质仅仅是由万有引力聚集在一起的,当天体和第二个天体的距离为洛希极限时,天体自身的重力和第二个天体造成的潮汐力相等 。如果它们的距离小于洛希极限,这时由于引潮力大于聚集的引力,天体就会倾向碎散,继而成为第二个天体的环。洛希就是用这个理论去解释土星光环是怎样形成的。
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[转载]地球有多渺小?颠覆你人生观的一组宇宙图片!
热度 1 lgb2008 2014-11-8 19:34
地球有多渺小?颠覆你人生观的一组宇宙图片! 看完这些图,你觉得地球很小很小是吧? 错! 地球对于银河系来说,只是个微不足道的小行星。 不过在我们的尺度里,所有你能观测到的星体还都只是在银河系范围内的。 就连所有这一切,也不过是一道光波而已...... 这下你一定很吃惊吧? 闭上眼睛歇一会儿。 现在来回答下面的问题: 1 .你还以眼见为实吗? 2.你相信有外星生命存在吗? 3.你认为有适宜智慧生命生存的其他星球吗? 4.你觉得我们所学过的现代科学真的很可靠吗? 5.你现在认为生活的目标和生命的意义是什么? 6.你还为物质的聚散而空生悲喜吗? 7.你还执著于微不足道的自我吗? 8.你如何定义生与死呢? 不管你的答案是什么,你都不得不承认一点:无论我们赖以生存的地球,乃至我们的银河系,放到整个宇宙的时间和空间的尺度中,真的还不如一粒微尘。我们对于这个我们生活的“地球小世界”的看法、我们对于在这个“地球小世界”上面发展了几千年,并被我们奉为经典的现代科学的看法、我们对于生活在这个“地球小世界”上几十年的自己,每天生活中的喜怒哀乐、生生死死的看法,是不是也需要重新思考定位一下呢?! 本文转自: http://news.hbtv.com.cn/2014/1179/0105/665376.shtml
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它已飞进月球
热度 1 guanky 2014-8-12 12:26
刚拍的(北京时间8月12日11点57分) 第二张是由第一张部分截取下来的。可能更好看些。
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为什么需要载人登月
热度 1 chenzhao 2014-2-14 11:11
关于载人登月的科学、政治、经济意义,许多其它文章都说过了,我只想讲人们心灵上需要的两点: 1. “感受”的价值绝不亚于“认识” 不载人的航天探索,可以给我们带来关于地球以外世界的“认识”。但是“感受”不一样,非得亲临现场才能体验。譬如黄山也好,有许多纪录片、风景照,其它人写的游记都记载过了,有必要亲自去吗?是否可以通过下载谷歌地图来游览?但是每年游客络绎不绝地前往访问,不顾及旅途劳顿、也不在乎金钱花费,冒着天气不好,拍照不理想的风险...... 这一切说明,人的本性里面,关于某个事物的“认识”是取代不了“感受”。感受是一种独特的价值,只有亲自体验才能知道,而且多半是不能言传的。 假如上世纪69-72年登月的宇航员全部不幸辞世了,而后续没有任何宇航员登月。那么全人类作为整体而言,也将失去对月球的直接“感受”,这是人类精神财富上一个巨大的损失。 2. 人类有“英雄情结”,人类需要能够普遍唤起公众的有意义的、非暴力的、进取的英雄形象。 如果没有甘冒风险的英雄出现,人们会感到普遍的空虚和无聊。现代社会中,狩猎早已变成残忍的杀害野生动物,而失去了英雄的价值; 战争总是与征服和破坏,屠杀同类相伴,在二战后普遍的和平要求中,也早已算不得英雄。于是,极限运动作为一种能够让参与者冒着伤亡风险的活动出现,吸引了大量拥趸。但是极限运动本质上是游戏,除了感兴趣者之外,其意义和价值难以唤起公众普遍的爱好。 那么其它类型的英雄:抢险救灾、反抗不公, 总之,是与人类的灾祸相联系的。他们的壮举尽管伟大,但是假如没有灾害、也没有英雄,那似乎更好。 真正有意义的英雄在哪里?——唯有在代表全人类进行太空探索上,这种冒着生命风险的行为是非暴力的、有深远意义的,并且与未来人类的幸福相联系,而且最能唤起全部公众的热情。如果缺少了这一类的英雄,我们的社会价值取向是不完整的。 正像旅游、兴趣爱好反映了在物质基本需要得到满足后,个体人类对自我的关照一样;进行载人登月这样一次探险,无论成败,心理层面上面的收获是不可估量的。所以在分析其利弊得失时,请切勿轻忽了巨大的情感价值、审美价值,社会效益。
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难道月球表面的土壤含有充足的水分
热度 3 jiangjiping 2014-1-19 09:42
难道月球表面的土壤含有充足的水分 蒋继平 2014年1月18日 刚刚看到中新网的一个报道,题目是: “ 嫦娥三号着陆器地形地貌相机拍摄月球影像图 “。 从这个报道的几张图片上看上去, 好像月球表面的土壤是非常潮湿的, 看上去好像刚下过雨一样。 尤其是第三张和第四张图片更是明显。 我的论据是根据图片的景象分析得出来的。 探测器的轮子走过的地方留下的车轮影子跟在地球上车子在湿地上留下的影子一模一样。 难道我的视觉出了问题, 还是我分析和理解出了问题? http://www.chinanews.com/tp/hd2011/2014/01-18/293071.shtml
个人分类: 国家时事|2777 次阅读|3 个评论
月球太阳能开发惠及千秋万代--谈月球的能源开发利用优势及其开发
热度 1 zbouyang 2013-12-22 18:10
月球是地球的伴侣,月球给地球带来了潮汐,使得海洋成为活的、富有生机的海洋。不过,月球可以为人类发挥更大的作用。月球上有丰富的资源,比如各种稀有元素,核燃料等。 另外,月球作为太阳能开发基地有其独特的优势。在月球上,没有空气,没有水气,没有风、云、雨等对太阳的吸收作用,月球上能接受到的太阳能的密度要远比地球上高。月球上,白天月面的温度可达127℃,这可以大大提高半导体太阳能电池的效率。这可以降低太阳能发电的成本。 此外,月球上有大片的廉价荒地,不像地球上土地资源那么昂贵,这样可以大大降低太阳能的成本。 再有,月球上的太阳能发电站,因无风吹雨打,其维护是非常简单的,可以降低维护成本。 由此可见,月球太阳能发电具有极其诱人的前景,中国应首先开展该方面的研究,解决中国面临的能源危机问题。用上了来自月亮的清洁能源,灰霾等污染也可以随之得到解决。 中国的月球太阳能还可以输送给其它国家,这样可以源源不断地获得外汇财富。 如此看来,开发月球的步伐必须加快。国家可以考虑将4万亿外汇资产的20%左右(约5万亿人民币)用来开发月球太阳能,其回报将是长期(惠及千秋万代)而巨大的。涉及到登月技术,月球基地建设技术,月球运输技术,月球人生活技术,高能电磁波束产生、中转、接收、转换技术等。 ------ 附录:几个技术问题 一、月球太阳能发电的持续供电问题 月球的自转周期是约27日,即其白天/黑夜的循环是13.5日左右,在黑夜里太阳能电站就会失去电力。为此,需要在月球表面建立两套或四套发电装置,均匀地分布于月球赤道上,这样就可以连续不断地为地球提供电力能源。 二、月球太阳能到地球的传输问题 月球与地球相聚遥远,用电缆输电是不太现实的。可行的办法是,将太阳能发电站发出的电能转换为微波或红外电磁波,这些电磁波的频率可以选择那些在地球大气中不受衰减的电磁波频率(即大气窗口频率)。月球上太阳能电站发出的电力转换为高能量的电磁波,经过定向天线,向地球输送电磁波能量。在地面上设置接收天线阵,所接收的能量再转换为电能输送到全国各地。 三、发射天线和接收天线的角度自动控制 由于月球相对于地球的位置在不断变化,月球上的发射天线和地球上的接收天线的角度需要做自动跟踪调整,以保证最大的能量输送和接受。 四、地球接收站的选址 由于月球相对于地球在不断变化,某地球上空的月球不是任何时刻都存在,因此,需要从东道西设置数个电磁波能量接收站/基地。东面可以选择在荒岛上,西面可以选择在沙漠上。 五、发射绕月同步卫星做电磁波输送中转 在月球上空设置一个绕月同步卫星或准同步卫星,在卫星上安装电磁波能量反射镜,将其作为电磁波能量输送的中间站,则可以避免在中国境内无月球出现时段的能量输送中断问题。 六、利用地球卫星作为能量输送的中转站 除了利用月球卫星做电磁波输送能量中转外,发射地球同步卫星,做电磁波能量输送中转站也是一个办法。 只需要两颗地球同步卫星,就可以将月球传输过来的电磁波能不分昼日地输送到中国的固定电磁波能源接收基地。 采用地球卫星中转站的好处是,电磁波能量接收基地可以按意愿自由选择,比如可以将某个山的山顶作为接收基地,也可以将沙漠中的某块地作为接收基地。 七、宇宙航行时需要注意的问题 由于月球与地球之间存在高能量的输送通道,在宇宙航行时,航行轨迹需要做特殊设计,或者航行器需要有相应的抗辐射外壳。否则,航行器会受到损伤。 八、居民安全问题 为了防止强大的电磁波对人和其它生物造成伤害,需要在电磁波能量接收基地外围设置隔离带和围墙,防止人、动物等进入电磁波能量接收基地。 另外,需要有安全跟踪检测传感器,及时修正卫星反射天线的反射角度,严格保证电磁波能量束的偏离距离在安全范围内。
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也说月球上的一昼夜有多长?
热度 3 Einstein 2013-12-5 16:37
科学网网友辛晓十在12月3日发表博客,由嫦娥三号发射相关报道引发的一个科普问题: 月球上的昼夜到底多长 http://blog.sciencenet.cn/blog-339999-746581.html 提到有两种说法,一种是29.53日,一种是27.32日。他个人认为是前者。笔者认为辛先生说的对,但是那篇博文没有图片,网友不好理解,因此稍作解释。这里我认为网友能搞明白“恒星月”与“朔望月”两个概念后,自然能得出正确的判断。如下图:如果地球没有公转,那么月球从A再到A27.32天,看到的恒星位置以及太阳地球的关系都没什么变化。但是由于地球还在绕太阳公转,因此当地球运行到E'时,月球完成360度一周后,即到达B点后,看到的恒星位置没什么变化(除了太阳),但太阳、地球的关系没有回归到之前的A那种情况,也即不是地球上讲的“望”的位置,仍需要再运行到C点才可,而运行到C点,从地球上衡量是29.53日。既然是考虑月球上的一昼夜,自然应该以太阳为参照物,所以月球上的一昼夜是29.53个地球日,而不是27.32个地球日。我查了一下,苏联的科普大家别莱利曼在其著名的科普读物《趣味天文学》中也是这么认为的,见附图2. 附图1: 附图2(趣味天文学截图):
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月球的自转是靠地球引力“捻”动的
热度 33 lionbin 2013-9-25 23:26
没有想到今年中秋节,科学网这么热闹。也许是今年的月亮特别大,特别亮,更可能是大家的相机都升级了,反正看到好多博友都在网上秀自己拍摄的十五的月亮,看得我只流口水,可惜咱相机不行,勉强用手机拍摄了一幅,实在拿不出手。不过,评价一下别人的还是不错的。 不知何时,大家开始谈论月球的脸面和脑袋的问题了。看到了老邪的文章,他这次倒是一本正经地发了好几篇文章,请求科普,并冠名为“看不见月亮后脑勺的物理机制”,写得好长好长的博文,我记得老邪的文章总是言简意赅的,老长的博文倒看起来不适应了。我耐着性子读了一遍,还是稀里糊涂的。因为我一直觉得这个问题不难呀,所以信手评价到:“老邪呀,我一直不觉得这是一个难题。不用深奥的物理学和天文学知识,其实也能理解的,您是否考虑得太复杂了?至少我根据已经知道的事实是这样理解的:......月球正面是月瘤(月质量瘤),集中着比较多的高密度物质,是月球表面重力比较大的地方。说月球自转或者公转只是人们为了研究方便而刻意的一个定义而已,其实从月球角度看,它根本就没有自转,只是因为月瘤比较重,被地球引力吸引而朝向地球而已。”有人附和说我说得有道理, 我那个得意呀! 关于这个问题,最近一直长期躲猫猫的暧昧教主也出手了,而且还结合自己的专业特长——纺织学专业(有这个专业吗?)来说明,并冠名为“小科普”。这都什么呀,净搞些花里胡哨的东西,以前还出过什么隐形科普。科普就科普嘛,干嘛还加这么多形容词?关键是写的内容看得我是云里雾里呀。我生气地评价道:“本来,我以为自己理解了月球的问题,被你这么一搅合,我糊涂了。不过,从你的文章中,我总结出一句话:月球的自转是靠地球引力‘捻’动的。”本来,偶是想反过来给她“大科普”一下的,显然她不明其意,回复我:“我这是搅合吗?我以为我这下子把大家都说得很清楚了。不对吧,月球的公转是地球引力的结果,但自转的原因,我就是木有搞清楚啊。”唉,怎么说你呢?公转才不是地球引力造成的呢,那是月球自身的惯性与地球引力博弈的结果好吧,你月球要是自己没有惯性,早就被地球拽到自己身上多出一块大陆了;自转才是地球撼动的呢! OK,也许上述的评论,我都没有说清楚,那我现在就花一些时间,专门撰文配图好好科普一下我的认识。 先上图,对,下面这就是地球,我们都认识。 下面这个呢?是月球。瞎说,月球怎么是这个形状(正如某相声所说的“一头大呢一头小”)?嗯,这个是变形的月亮。因为月球的质量分布不均,质心和形心有很大差异,有一头重,一头轻,这里用大头表示质量重的那一边,就是称为月瘤被我们看到的那一面。这里为了形象起见,特画成这种怪怪的模样, 其实是用形状的变化来表示质量的变化(我实在想不出更好的办法)。 虽然月球离地球的距离很远,但显然也不能考虑为是一个质点,其不同质量区域受到地球的引力应该是有足够差异的。如果将月球考虑为一个质点,那还讨论什么自转问题呢,质点转不转有什么区别呢? 既然不同区域受到的引力不一样,那一定是下面的A图这种情况(没有考虑月球和地区之间的距离和体积比例)。 如果不是这种情况,比如没有自转(B图)或者有其他的偏差,那最终由于受力不一样,还是会发生偏转,转成A图的模样。 再换一个角度看看,运动是相对的,转动也是相对的,月球绕地球转,那是以地球为中心。如果以月球为中心,那么也可看成是地球绕月球转。地球转到什么地方,就会牵引着月球受引力大的一面朝向它(C图、D图),所以月球的自转是靠地球引力“捻”动的。 刚准备发这篇博文,又看到了黄秀清在老邪帖子的评价:“认真想想,1楼的回答还是没有触及物理实质,是什么物理原因导致月球的形变和质量分布的不均匀?个人认为还是与潮汐有关。”行,那我再啰嗦几句,尝试解释一下。 虽然现在月球表面是岩石固体,但曾经不是。老早老早的时候,就是刚出炉的月球还没有凉成固态的时候,还是因为地球的引力 (这两个星球实在太近了,没有办法) ,将重的成分拉到一边来了。行,这就算是您老黄理解的潮汐吧,但不是固体潮,应该是液体潮(我自创的名词)吧。 非专业之作,欢迎拍砖! 【补记】看到大家对这个问题越来越有兴趣,今天到办公室后,首先在网上查了一些网页内容(非专业文献,太专业的文献估计我看不懂)看了看,更加深了一些理解。 1)如果月球的自转与地球引力无关,很难想象数十亿年来(网上这么说的,我也很奇怪这是怎么得到的)能保证月球绕轴自转周期与绕地球公转周期相同。当然如果没有这么长时间,有文明记录以来的时间也够长了,也没有发现例外。数学家可以算算,宇宙间的两个星体,如果周期间无明显的关联性,发生这种巧合的几率有多少?所以,月球的自转必定与地球引力有关,而且是决定性的。 2)探究月球的重力分布不均衡问题更有意思。据说,美国宇航员尽量避免在月球轨道上留下太空垃圾,这是由于月球引力场不均,月球轨道非常不稳定,很容易让飞船撞到月球表面。所以,月球卫星轨道通常杂乱无序且短命,部分原因就是因为月球有“月瘤”。这说明,月瘤表面遭受外来撞击的可能性更大,月幔更容易从近地面流出,使近地面的撞击坑更容易被玄武岩岩浆所“灌溉”,进一步加剧质量分布不均。还有解释说,当地球运转到太阳与月亮中间,月亮上便发生了日全食(在地球上却是月全食),日全食会形成月正面的巨大温差(没有大气和水的月球,在有太阳照射和无太阳照射的条件下,差异太大了),一次又一次温度骤变造成了正背面的差别。 3)在网上也找到了一些看似专业和主流的说法,与我博文的说法没有重大差异和矛盾:主流解释说这是“潮汐锁定”的结果。正如同月球使得地球自转渐慢,过去地球也曾使月球的自转变慢,当最后月球自转周期等于它的公转周期时,月球上两处因引潮力而形成的隆起就永远停驻不移,因而不再拖慢自转。这种因引潮力而减慢自转,终于达成自转公转同步现象的效应,这也存在于许多太阳系中的其它卫星。可预期地球的自转转速总有一天会降到于月球公转同步,那时地球和月球就会永远以同一面彼此相望,就像现在的冥王星和它的卫星卡戎一样,三重同步。 就不列参考文献了,有兴趣的可以自己用月球、自转、月瘤等关键词查询。
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[转载]荷兰科学家称月球或曾是地球一部分
redtree 2013-7-8 22:59
荷兰科学家称月球或曾是地球一部分 45亿年前大核爆形成 来源:中国日报网 发布时间:2013-7-8 17:05:18 荷兰科学家表示,地球上曾发生大爆炸,月球随之产生 从月球上看地球 据英国《每日邮报》网站7月4日的报道,关于月球起源的争论由来已久,日前来自荷兰的科学家认为月球曾是地球的一部分,在约45亿年前的一次大核爆中与地球分离,并逐渐演变成地球的一颗卫星。 荷兰阿姆斯特丹自由大学(VU University)的行星科学家维姆 凡 韦斯特瑞恩(Wim van Westrenen)在接受《新科学家》杂志的采访时表达了上述观点。 根据《新科学家》的报道,英国天文学家乔治 达尔文(George Darwin)曾提出地球在早期由于自转速度过快而分裂,其中分裂出去的一部分在后来形成了月球,这一理论曾得到过天文学界的广泛认可,但后来被“大碰撞学说”所替代。大碰撞学说认为,地球在形成初期曾遭到外星体碰撞,而月球就是在此次碰撞中形成的。 科学家分析了“阿波罗”登月飞船从月球上带回来的岩石样本,并否定了大碰撞理论。芝加哥大学的研究人员2012年重新对月球岩石进行了化学分析,他们发现月球和地球拥有相同的氧、硅和钾等同位素元素,这表明两个星体有可能具备相同的起源。 凡 韦斯特瑞恩认为月球曾是地球的一部分,它是在地球核心所发生的一次大爆炸中所形成的,而根据他的估算,此次大爆炸的强度相当于400亿颗在广岛投下的原子弹。 关于地球核心蕴藏巨大核反应堆的说法已经存在了60多年,此外还有证据表明西非地区曾经在100亿年之前发生过核爆炸,“如果地月同源的话,只有大型核爆才能将地球的一部分炸到太空中从而形成新的星体,”凡 韦斯特瑞恩介绍说。 科学家们认为,浓缩钍和铀等重元素在地球外核形成之后随着岩石进入到地球深处,如果这些放射性元素的浓度足够高的话,就将会导致核爆炸,而这种来自地心的爆炸有可能将把地球的一部分炸向太空,从而形成如今的月球,这一理论恰好也能解释地球所释放出的能量要高于所接收到的太阳能的现象。 不过也有专家认为,即便能够发现地球核爆的证据,这也不足以证明月球曾是地球的一部分,而凡 韦斯特瑞恩的理论也需要进一步的研究和证实。
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月球携带地球“基因”
tansuozhoukan 2013-6-18 10:54
■本报记者 马佳 新证:证明月球生于大撞击 对于月球的起源,近40年来的主流思想认为,地球是受到另一火星大小的天体——忒伊亚撞击,轨道中的撞击碎片聚集形成了月球。10月18日,《自然》刊登了美国华盛顿大学(圣路易斯分校)行星科学家佛雷德里克·莫瓦尼埃博士(Frédéric Moynier)与他的团队作出的最新研究结果,进一步证实了“大碰撞分裂说”。 但让科学家一直困惑的一个问题是,在早期的月球岩石分析实验中发现,与地球岩石中的化学成分相比,月球岩石中钠、钾、锌和铅等挥发性元素含量非常少,而钙、铝、钛和铀等难熔元素则比较富集。既然月球来自地球,为何会有化学成分的这种差异,这成为撞击说的重要漏洞。 莫瓦尼埃从月球岩石样本中分析锌元素的同位素组成,发现月球岩石中锌的重同位素的含量是地球岩石中锌的重同位素的十倍。这个结果看上去让人困惑,难道这不是反而更加证明了月球岩石与地球岩石的化学成分的不同? 莫瓦尼埃在邮件中告诉《中国科学报》记者:“在大撞击后,巨大的能量将忒伊亚和大量的地球地幔物质熔化,产生无数的岩石碎片和蒸汽并围绕地球运动,固体的岩石碎片聚集组成目前我们所看到的月亮。” 物质中的每一种元素都有多种变体,化学性质相同而质量大小不同,也就是同位素。大撞击导致岩石在汽化过程中,锌的轻同位素进入蒸汽中,被称为同位素分馏现象,然后在撞击碎片聚集成新的天体过程中,轻同位素跟随蒸汽逃逸,重同位素则留在了新天体的岩石中。 正是因为大撞击,地球被撞出的“基因”在巨大能量的作用下,化学成分也发生了巨大变化,导致挥发性元素的含量减少而难熔元素的含量比较富集。由于挥发性元素的同位素组成发生分馏,月球上的锌的重同位素含量就比地球的重同位素含量高了许多。也就证明了这种差异存在的合理性。 科学家们一直想通过同位素分馏的方法,模拟撞击产生的这种后果,但一直不能成功,这也导致“大碰撞分裂说”在其产生的30多年中得不到同位素方面的证据突破。 莫瓦尼埃带领的研究人员对20个月球岩石样本进行了分析,这些样本来自“阿波罗11号”“阿波罗12号”、“阿波罗15号”和“阿波罗17号”带回地球的月球岩石样本,它们来自月球的不同地点。莫瓦尼埃表示,他们选择的20个样本都是月球玄武岩,因为这种岩石来自于月球内部的岩浆,通过月球的火山活动喷发到月球表面,更能体现月球的成分。 莫瓦尼埃告诉《中国科学报》记者,在实验中,之所以选择锌作为研究对象,因为锌是一种极易蒸发的金属。因而锌的同位素也就成为这一实验证据中的重要角色。 假说:尚未终结的争论 莫瓦尼埃的实验结论是否能终结关于月球起源的争论?莫瓦尼埃告诉《中国科学报》记者:“虽然我们在月球岩石中找到的化学证据,证实曾经有过大撞击的发生。但要想进一步了解月球的形成,目前的一些实验模型包括我们的实验结果都需要改进。在那次的大撞击中,不仅仅产生了现在的月球,同时也为地球的成长演化带来了许多的原材料,它们占到目前地球质量的1.2%。因此这次大撞击也是在地球形成过程中的一个重要事件。” 中国科学院院士、中国探月工程领导小组高级顾问欧阳自远告诉《中国科学报》记者:“月球的起源与演化是人类面临的最基本的月球科学问题,也是月球探测的永恒主题和最终归宿。月球的起源与演化研究将对回答太阳系起源、地球与行星起源、生命起源等最基本的科学问题提供重要科学贡献。” 40多亿年来,月球和地球共同经历了漫长而荒古的年代。地球一直在关爱和呵护自己的独生女儿月球,月球也一直在护卫地球的安全和增添地球的活力。月球被小天体撞击得遍体鳞伤,使地球避免了许多小天体撞击的伤害;月球在地球周围运行,使地球的运行更加稳健;月球激起了汹涌澎湃的海洋潮汐,使地球增加了生命的活力;大撞击使地球的自转轴倾斜,地球表面才呈现出春夏秋冬四季的变化。 关于月球这个女儿是怎样来的,长期以来主要有捕获说、共振潮汐分裂说和双星说。近40年来,提出并被逐步完善的大碰撞分裂说获得了越来越多的观测与实验证据的支持,得到了大多数科学家的认同。 欧阳自远介绍,捕获说认为,地球与月球同属于太阳星云中独立形成的天体,依据月球的平均密度和化学组成不同于地球的特征,一部分人认为月球的形成不属于形成地球的同一团星云物质。由于地月轨道的变化,在1到10个地球半径范围内,月球就有可能被地球捕获,之后由于地球的引力改变了月球原来的运行轨道,使月球最终成为地球的卫星。月球是地球在太阳系中“抓”来的“女儿”。 共振潮汐分裂说认为,地球的初始呈熔融态,由于潮汐共振,在赤道面上一部分熔体被分裂,冷凝后形成月球。这一假说得到天文学家乔治·达尔文(进化论创立者,查尔斯·罗伯特·达尔文之子)的倡导,他认为现在的地球和月球的角动量加在一起,可以形成大约4小时为一周的自转。如果地球与月球原来在一起,那么原来的这个行星的自转周期就应该是4小时,但由于太阳的潮汐引力作用,它的周期只有2小时,这与当时的地球自由摆动周期几乎相当,这样就会引起共振,从而导致熔融状态的地球有一部分被分裂出去,地球上的太平洋是分裂之后留下的疤痕。 双星说则认为,在太阳星云凝聚的过程中,在太阳星云盘同一区域分别形成地球与月球,月球被地球捕获形成地月系。但是,地球与月球化学组成与平均密度的极大差异、地月系的角动量和运行轨道等特征,都是双星说难以解释的。 欧阳自远告诉《中国科学报》记者,月球的起源假说,必须符合目前探测与观测所获得的有关月球的事实:即月球、地球以及其他行星在太阳星云中几乎同时由星子聚集形成并很快地在大约1亿到2亿年内熔融、分异、调整;月球的总体成分与地球的平均成分差别很大;月球比地球和球粒陨石更富含难熔元素;月球更匮乏挥发性元素;月球的密度比地球的低、比地球缺水等等。 他说:“虽然目前这些假说,在这些方面都有不同程度的依据,但在地月成分与自转速度的差异、同位素组成的相似性等方面,仍存在许多难以自圆其说的难点。” 《中国科学报》 (2012-11-03 B2 新知)
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安全登陆月球和返回地球的三个关键科技问题有待解决
热度 2 QuentinYue 2012-12-30 21:26
安全登陆月球和返回地球的三个关键科技问题有待解决
安全登陆月球和返回地球的三个关键科技问题有待解决 岳中琦 月球是地球唯一的天然卫星,它与地球的平均距离约为 384401 公里,是地球半径的 60 倍。月球的质量约 7350 亿亿吨,相当于地球质量的 1/81 。它的平均半径约为 1738 公里,是地球半径的 1/3.67 。月球表面重力则差不多相当于地球表面重力的 1/6 。月球和地球之間的万有吸引力造成了地球表面海洋潮汐和地壳固体潮变化現象。 如果我们未来能够安全登上月球表面,那么,我们在月球表面的工作和生活过程就类似我们生活在地球表面的情况,受到月球向月心引力的重力作用。类似地,如果我们将来要安全地登陆月球和返回,也恰好如同我们现在用火箭增速,将我们送出地球,再用降落伞在大气层中降速返回的过程。 因此,我们将来要安全地登陆月球,再安全地返回地球,我们至少要解决以下三个关键科技问题。 第一个关键科技问题:如何在真空和月球引力场中安全降落? 我们在地球上用火箭将飞船和登月机增加速度,送到万里外空。飞船和登月机联合体在以每秒钟数千米的速度飞到月球环绕轨道后,登月机将和飞船脱离。它将以每秒千米以上的速度在数百千米高空下降,安全地落到月球表面。到达月球表面时,它的速度将要降低为零。据说,月球无大气层,四周外空是真空。我们飞船在返回到地球表面时,在大气层中利用空气阻力(如降落伞和机翼)降速方法是无法再在月球表面利用。因此,如何降低其原来高速度(约 1 到 2 km/s )到几乎为零呢?同时,登月机在月球外空具有极大的月球势能。受月球吸引力的作用,登月机的月球势能在下降过程中又要被转化成它的动能,增加它的速度。这个增加的速度也可达到每秒 1 到 2 千米。因此,在月球引力场作用下,在真空中,高速登月机如何快速降低它的这两种速度是第一个关键科技问题。否则,登月机就要与月球表面固体物质高速碰撞。我们又需要解决在高速碰撞条件下,登月机而能安全地降落到月球表面问题。 第二个关键科技问题:如何在真空和月球引力场中高速升空? 任何一种登月机在登上月球后,它相对于月球的速度也就等于零。因此,它从月球表面回升到高空时,首先是要克服月球向月心的吸引力,又要极快速地、不断增加其本身速度到每秒数千米。这样,它才可以有每秒数千米的速度再飞回到地球。因此,登月机要从它在月球表面的静止状态,在飞离月球表面到外部高空过程中不断地加速,以不断拥有和增大高速度。从而,它才不会被月球重力改变为抛物运动,再次返回月球表面。因此,登月机将要使用什么的能量和加速器来增速它的速度,脱离月球是第二个关键科学问题。显然,在月球表面,我们是不能像在地球表面一样,建设任何火箭和发射装置来完成这个任务。 第三个关键科技问题:如何在月球外高空进行飞船和登月机重新联接? 飞船在登月机离开后,就会按照某种轨道在月球外高空环绕月球飞行。登月机在离开月球后,它也在月球外高空飞行。在浩瀚的月球外高空,飞船和登月机是如何联系、如何快速地连接将是第三个关键科技问题。飞船和登月机要有某种自动增加和减少速度和改变速度运行方向的功能。在对接时,飞船和登月机的速度一定要相等、同向和同位置。 因此,将来要想安全登上月球和安全返回,我们至少要再解决以上三个科技问题。否则,我们仅能环绕月球,再砸落、碰撞到月球,而永远留在月球表面。这如同天外陨石降落到地球表面,而永远残停留在地球。 2012 年 12 月 30 日写成于港大办公室
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书写自己的故事
热度 2 benjaminliu 2012-10-23 13:31
书写自己的故事
(“我评获奖科普作品”系列之五)   最近又看完了三本国外科普。《月球的故事》(原题为 Patrick Moore on the Moon ,马星垣、傅德譧译,北京理工大学出版社, 2005 年 1 月)和《火星的故事》( 原题为 Patrick Moore on Mars , 宋宇莹、刘茜译,北京理工大学出版社, 2004 年 5 月)都是英国著名天文科普作家帕特里克·摩尔( Patrick Moore , 1923 - )的作品。摩尔是 BBC 的天文节目主持人,虽然名气不如艾登堡( David Attenborough ),但他们同样都是 BBC 的著名科普活动家。   这两本书的内容相近,无论是月球还是火星都讲了其运动、观测史和空间探索史,书中的特色内容则在于教导天文爱好者如何观察月球和火星。由于月球离地球近,表面的观测目标很多,所以《月球的故事》一书中有非常详细的月面观测指南,这部分内容放在附录中,竟使全书的附录几乎和正文一样长。火星离地球较远,《火星的故事》一书中的观察指南内容虽然不多,也仍然做到了尽可能详尽。   我对于天文观测不太感兴趣,对于太阳系天体的演化比较感兴趣,但这两本书中对月球和火星的演化介绍得很简略。所以,对于爱好观测的天文爱好者来说,这两本书是难得的好书,值得时时参阅;但对于我来说,浏览一过也就可以了。在写作技巧方面,这两本书的特色之一,是作者不时把自己的人生经历写入书中,这样就给这两本天文科普书打上了鲜明的作者烙印。   同样,获得第二届中国科普作家协会优秀科普作品奖优秀奖的《视觉之旅:神奇的化学元素》[原题为 The Elements: A Visual Exploration of Every Known Atom in the Universe ,文字作者为美国的西奥多·格雷( Theodore Gray ),摄影作者为美国的尼克·曼( Nick Mann ),陈沛然译,人民邮电出版社, 2011 年 2 月],不仅是一部化学科普,也是一部讲述作者自己故事的书。   讲述化学元素的科普书已经有很多种,但是这本书非常独特,甚至可以说是“另类”。格雷是一位 IT 工程师和元素收藏家,从 2002 年开始元素收藏,到 2009 年出版这本书时,已经收集了约 2300 件代表每一个元素的物品,有的是元素的单质,有的是元素的化合物,还有的是应用了这些元素的制品(比如铍铜合金扳手、含硼的弹性橡皮泥、钛制的人造髋关节等)。书中的绝大多数照片,都是格雷请摄影作者曼拍摄的自己的藏品。   正因为如此,在书中作者自己的收藏经历时时可见于图注或正文文字中。比如作者在童年时代制作过一尊锌制的雕塑,锌是他学会铸造的第一种金属;在中学手工课上,作者制作过一尊铝制大炮模型;他还用一根钛棒通过机械加工打制成一枚纯钛戒指。作者亲自动手打造的更不寻常的物件是用同样的模子浇铸出来的两条金属鱼,其材料非常特殊,一条用的是镉,另一条用的则是低温下凝结为固态的汞。   在讲述碘的时候,作者通过打光的拍摄认识到了烟雾和蒸气的区别。在讲述铯的时候,作者说他花了几天时间检验各种碱金属遇水后反应的剧烈程度,最后得出结论:实际上反应最剧烈的是钠,而不是人们长期误以为的铯(虽然铯是最活泼的稳定碱金属)。更有趣的是作者收集铌制品的经历:他从 eBay 上买了一个带有铌合金喷嘴的火箭发动机,原以为是过时的废品,却不料是被人从空军基地盗走的先进制品,结果导致这件样品被联邦调查局没收;此外,他还强忍尴尬,走进一家在身体上制造穿孔的肮脏饰品店,买到了由纯铌制成的穿刺饰品。   作者的父亲也是一位收藏家,目标是各种矿物。在书中可以见到这位父亲收藏的海蓝宝石(含有铍)。他还收藏有一块漂亮的宝石级菱锰矿,但是后来同意儿子用它从一位矿石商人那里换来了许多含有其他元素的矿石。   说实话,尽管我从小就对化学元素非常熟悉(这在很大程度上要归功于著名科普作家叶永烈), 本科的专业也是化学, 但是我在看过这本书两遍之后,仍然不敢说自己记清了 17 种稀土元素的用途。事实上我看这本书的时候根本就没有想过去记这些知识,兴趣完全被作者的收藏经历吸引过去了。除了这些收藏故事,书中最让我印象深刻的内容之一,也和个人的体验有关:有一位叫克里斯·坎特( Chris Kanter )的读者,大胆尝试了 5 种碱金属的氯化物的味道,并“活着”报告了他的品尝结果:“氯化钠……是碱金属氯化物中味道最好的一个。……氯化钾……会在咸味之外增加一点苦涩的金属味。氯化铷和氯化铯的咸味更淡而金属味更浓,而氯化锂先是产生灼烧般的感觉,紧接着是一种油腻的金属味的回味。”   我不禁想到,这种和元素有关的个人经历和经验,大概也可以归结为“个人知识”的一类。个人知识是博物学知识的重要组成部分,这本书如此的写作方式,也就使它具有博物学色彩。实际上,作者孜孜不倦地收藏各种元素样品的活动,完全可以视为纯粹的博物学活动。甚至在书中介绍的铱和锇哪个更重的知识,也让人感到具有博物学色彩——晶体的理论密度是由晶体结构和所含元素的原子量计算出来的。利用旧的原子量算出的金属铱的密度大于金属锇,因此铱长期被认为是密度最大的金属。但是,铱和锇的原子量后来被更新过,用新原子量算出的金属锇的密度要略大于金属铱。然而,尽管这两种元素的原子量已经被更新了很长时间,但很少有人想过去更新两种金属的理论密度值,导致过时的旧数值至今仍被广泛沿用。从现代科学的角度讲,这个错误无足轻重,因为铱和锇的理论密度没有多少实用价值。但是在博物学看来,属于同一范畴的不同事物是平等的,每一个事物都有获取它的全套特征信息的必要,从这个意义来说,知道铱和锇的理论密度是有很大价值的。   总之,我认为《视觉之旅》的特色是: 1. 图文并茂,图片和文字同等重要,缺一不可; 2. 用一个很新颖的方式(元素收藏)把有关元素的知识重新串联起来; 3. 在文字中融入了作者的大量个人经验,在需要介绍的元素知识的选择上也有很强的主观色彩; 4. 语言诙谐生动,进一步加强了全书的生活化色彩。毫无问题,这种风格的科普是中产阶级喜闻乐见的(其实元素收藏这一活动本身就具有中产阶级色彩,没有足够的钱是办不到的),这些特色对于我们的科普写作来说,也无疑有很大启发。刘华杰老师的《天涯芳草》一书之所以能够取得那么大的成功,我想主要原因也是因为在书中讲述了作者自己的故事,让人看了之后忍不住也想亲身去做类似的事情(比如尝一尝栝楼的瓤)。   掩卷之后,我几乎是立刻就想到了一个类似的植物科普的思路:按照最新的 APG III 被子植物分类系统,写一本介绍每个科的植物的书。书中自然有大量的植物照片,但文字并不是干巴巴地讲述怎么识别这些植物(一般读者其实并不关心这些知识,正如我不太关心稀土元素的用途一样),而是讲述我拍摄这些植物的经历。比如,无患子科的无患子,我是在第一次去南京的时候拍到的;蔷薇科的野蔷薇,我是在从植物所毕业后搬家到北京大学承泽园之后才确凿无疑地认识并拍到照片的;岩菖蒲科的岩菖蒲,则是在几年前的长白山之行中拍到的,而且我非常幸运,第一次上山顶就见到了天池,晚半个小时它就被云雾覆盖了……对于中国没有分布的那些科,有的可以在植物园中见到,有的必须要到国外拍摄,甚至可能要深入丛林,这些肯定也将给人留下深刻的记忆,成为值得纪念的人生经历。   这本书靠我一人之力恐怕难于在短时间内完成。如果有对这一计划感兴趣的朋友,我想也许我们可以组个团队! 2012.10.23
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人类的空间开发计划必须从月球开始
热度 3 jiangjiping 2012-8-25 07:19
人类的空间开发计划必须从月球开始 蒋继平 2012 年 8 月 24 日 虽然以美国为代表的现代人类已经有能力将一些空间无人探测器送上火星的地表, 可是, 由于现代科技发展水平的限制, 加上地球和火星之间遥远距离的客观现实, 人类要真正地登上火星还只是一个在近期内不可实现的梦想, 更不要说改造火星和移民火星这样的宏伟规划了。 按照现有的科技能力, 从地球到火星的旅行时间大约为八个月左右。假如要载人赴火星, 别的先别说, 这八个月的吃喝拉散就需要大量的物资和空间。 就目前的科技水平来说, 要把如此庞大的物体送到火星, 确实不是一个容易解决的难题。 而且, 火星现在不具备生存的条件,因而,人类即使登上火星, 也只是及其短暂的停留, 不能在其上生存, 必须立即返回。 要是依靠从地球带来的生存物资在火星上生存, 那更是加重了旅行的负担, 肯定是不现实的。 那么,返回也要八个月,也要吃喝拉散。想想看是什么样的境况。 鉴于以上的客观事实和分析,我认为人类在做探索和开发宇宙空间的计划时, 要有耐心, 要一步一步地走, 要充分地利用好上帝为我们预先设计好的天然资源。 在我看来, 这个天然资源就是与我们息息相关的月球。 我们为什么应该利用月球来进行探索和开发宇宙空间的工作呢? 我的理由如下。 第一,月球是宇宙中的一个实体, 与其他星球有许多类似的特征, 因而,可以用来作为登陆其他星球的试验站, 可以用来完善各种登陆技术。 第二,月球与地球的距离很近, 是地球最亲近的星球。 从地球到月球的旅行时间只要三天。因而,载人登月就容易得多。既然可以载人登月, 我们就可以在月球上建立人工基地, 为进一步的空间开发作好准备。 第三, 月球处在地球的外层空间, 虽然仍然受到地球引力的影响, 但是, 其引力的作用已经很微弱。 月球本身的质量是地球的 83 分之一,因而, 在月球表面, 其引力几乎不到地球表面的六分之一。 这样的话, 从月球向宇宙空间发射探测器, 就比直接从地球上发射要轻松的多, 也容易得多, 假如使用同样的动力装置, 从月球上发射比在地球上发射可以承载至少 6 倍以上的载量。 第四,月球的大气层很稀薄, 因而,月球周围的大气阻力很小,阻力小, 产生的摩擦力就小。 摩擦力小, 对物体抗摩擦力的要求就低。 因而,从月球上发射探测器, 就不需要高强度的抗摩擦材料。 这就可以大大地减轻载体本身的质量, 为输送繁重复杂的探测器提供了有利条件。 第五,因为月球的引力小,大气密度低, 所以,从月球上发射探测器可以使用更高更快的飞行速度, 这样的话可以缩短星球间的旅行时间。 鉴于这些物理学性质, 我认为人类应该把有限的资源重点放在对月球的探索和开发上, 首先在月球建立起可靠的人工基地, 在此基础上, 建立一个可以用来组装新型宇宙火箭的工厂, 然后建立一个宇宙空间发射场。 备注:这虽然是一篇博文, 但是, 却是一篇真正的简述科学原理的论文, 也是一个创新的观点。 因为我的专业不在这个方面, 而且我也不在乎论文对我人生的影响, 进一步来说, 我认为在今后的日子里, 博文也就是论文, 至少是公之于众的读物。 更为重要的是, 我现在没有时间和精力来按照正式论文的规定来写,而且即使写了,没有这个专业专家牛人的推荐, 还是不能发表。 还有,要是我按照论文的规格来写,并且投向某一期刊, 要是运气不好,碰到的编辑把我的文章据为自己的想法, 那会是什么结果。 所以,我图个轻松省事,直接用博文的方式发出来。 我确信人类在今后的宇宙空间探索和开发中, 必然采用我的设想。 请各位读者在此作证。
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月表基地建设
热度 1 chenzhao 2012-6-20 13:09
1. 有人基地最重要的生命维持物资:水的获取,必须尽可能就地取材。 但是,令人遗憾的是:月球正面已经被人类勘探的一些区域,几乎滴水不存,比人类已知的任何沙漠都更缺水。已知月球水库在南极,并不那么容易获取。 唯一可行的方法是从月岩中提取氧气,然后与携带来的氢(重量要比氧小7倍)化合成水。 2. 电子器件月夜生存的问题:昂贵的同位素电池是必须的吗?或者可以有其它办法熬过漫长寒冷的月夜? 3. 除了太阳能之外,月球表面能提供一些什么样的资源? 重力,氧气,金属,(参见月岩制氧,氢还原钛铁矿制氧), 外层建筑材料(水泥),食品(种植作物之后)。 4.必须仰赖地球供给的物资 各种材料,设备,氢,核热飞船的核燃料,有机物生长所用的土壤。 5.廉价的交通方式: 主要是发展两种交通工具: 1.近月轨道核热飞船:采用单级、核热动力火箭发动机,月球表面制取的气体作为喷射工质,可重复使用。 2.地-月拖船,该拖船采用高比冲的离子火箭发动机(RTG或太阳能电力),在地球轨道补充燃料,可重复使用。 地球-月球货运: 从空间站出发,拖船将货物舱运载到LLO(近月轨道),由近月轨道核热飞船接回月表。 月球-地球货运: 近月轨道核热飞船将货物舱送往拖船,拖船(花费50~80天时间巡航),在泊入地球轨道后与近地轨道空间站对接。然后由可重复使用的天地往返运输工具运载返回地球。 在货运过程中,只有月表~LLO是有人操作的。
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