《物理故事三百篇》251-300

1、251埃拉托色尼的巧妙计算物体在亮地里总有个影子，所以俗话说“形影不离”。可是也有例外。每年到了夏至这一天的正午，在埃及的塞恩一切垂直的东西都失去了影子。塞恩有一口枯井，很深，井口很小。每年夏至日的正午，阳光可以一直照到井底。当阳光正好垂直照射在塞恩的时候，所有垂直物体的影子都缩成了一个点，影子就消失了。而塞恩以南或以北的任何地方，阳光和弧形的地面会形成一个夹角，所以会留下影子。天文学家埃拉托色尼想，根据一个垂直物体所形成的影子的长度，可以求出阳光和这个垂直物体所形成的夹角。如果从地球的中心画两条直线，一条引向塞恩，一条引向出现影子的地方，那么，根据几何上的原理，这两条引线所形成的夹角，等于阳

2、光和这个垂直物体间形成的夹角。只要知道了夹角的大小和它们对应的那段弧的长度，就可以算出地球的圆周长来。有一年夏至，埃拉托色尼来到距离塞恩正北有5000斯塔迪姆的亚历山大里亚，在地面上垂直地面竖起一根木杆，量出它在正午时最短的影子，求出了阳光与垂直物体所形成的夹角大约等于7。一个圆周等于360，7大约等于360的五十分之一。埃拉托色尼因而求出了地球的圆周是250000斯塔迪姆。1斯塔迪姆大约等于十分之一英里，250000斯塔迪姆相当于25000英里，即40000公里。这个数字和现在已知地球的赤道为40076公里非常接近。知道了圆周长，也就可以求出地球的半径：R=40000公里2=6363公里。它

3、和现在已知地球半径为63576378公里当然也非常接近。两千多年以前的天文学家埃拉托色尼，在没有任何仪器的帮助下，这样精确地求出了地球的大小，的确是很了不起的成就。这完全是由于他对自然现象观察得非常细心，又对几何知识掌握得非常娴熟的结果。少年朋友，你是不是也想自己试一试呢？在秋分或春分的那一天中午，你垂直地面竖立一根木杆，根据它的影子求出阳光和这根木杆所形成的夹角。再从地图上量出你们在的地方到赤道的距离（因为这一天阳光中午垂直照在赤道上）。按地图上的比例尺算出它的里程。然后就可以用上面介绍的埃拉托色尼的方法，自己算一算，看看你测出来的地球是多大。252首次证明地球自转的人目前，人们对于地球在围

4、绕着太阳进行公转的同时，又进行自转这一真理已经确信无疑了。大家可知道，第一次直观地证明地球自转的实验是谁做的吗？1542年，波兰天文学家哥白尼提出了著名的“日心说”，向当时占统治地位的“地心说”进行了公开挑战，以后许多科学家和学者，如布鲁诺、伽利略等人又为这一学说进行了英勇斗争。但由于当时历史条件的限制，他们都不可能做直观的、公开的实验，说明地球在自转。1851年，是法国学者傅科第一次用实验的方法验证了地球的自转。傅科的实验是在巴黎伟人祠进行的。试验用的仪器主要是一个悬摆，是由一根约70米长的铁丝和一个质量为28千克的摆球组成的。实验时，他把悬摆挂在伟人祠的大圆顶下面，并采取措施使这个摆能在任

5、何平面内自由摆动。然后在地面上找出正对着悬挂摆的那一点。再以该点为圆心，围上一圈栏杆，并使这个圆周的半径保持在3米左右。最后，在栏杆上撒一层细沙，当悬摆摆动时，尖端就会碰掉沙子，以便测算必要的实验数据。从这个公开演示中，人们直观地看到悬摆摆动的平面是沿着顺时针方向改变方位的。经测算，这个悬摆的运动平面在1小时内改变11度多，约32小时摆动一圈，由栏杆上那一圈沙脊就可以算出，每摆动一次，摆动平面就移动3毫米。这样，通过傅科实验，直观地证明了地球的自转。对于天文学发展来说是一个重大的贡献。253地球直径是怎样得来的公元前210年6月，盛夏的烈日高悬在埃及亚历山大古城的上空。行人都不愿在骄阳下久留，

6、只有一位秃顶的老人，肩披一件白色宽袍，跟着骆驼的步子。骆驼冉冉向前，每走一步，驼铃就“当”的响一声。老人聚精会神地数呀数，当骆驼走完一千步，老人就在手中的一根木棍上刻上一道刀痕。就这样，老人随着骆驼队在炽热的沙漠上朝南走，一直走到阿斯旺。经过几十次反复地测量，老人终于算出了从亚历山大古城到阿斯旺的距离，还利用正午太阳的投影计算出地球子午线的长度，然后推算出地球南北极之间的直径是12630824米。这是人类第一次推出地球的极直径。这位老人就是古希腊的科学家埃拉托色尼。经过了1763年，到1553年春，巴黎的费涅尔博士乘着马拉的轿车，驶向避暑胜地亚眠。他一面闭目养神，一面数着车轮的转数。车到亚眠，

7、他量了一下轿车轮子的直径，坐下来就算起来了。不一会儿，博士就算出了巴黎到亚眠的距离。接着，他也利用了正午太阳的位置，算出极直径的数值是：12680253米。又过了近200年。1735年5月16日，一艘法国军舰护送着一支由天文学家、数学家和制图学家组成的考察队，从法国的拉罗舍尔港出发，直驶南美。舰上配备着当时最新的测链、转镜经纬仪、望远镜等仪器。经过8年的考察，1743年，他们宣布了极直径的数值：12707216米。1841年，著名的德国天文学家贝塞耳精心计算了关于地球的一系列数据。他宣布，地球的极直径应该是12712156米。第二次世界大战结束后，美国空军利用先进的航空测量技术，又作了一次更为

8、精确的测量。结果是12713756米。60年代初，科学家借助于人造卫星和电子计算机，算出了极直径是12713884米。1976年，国际天文学家联合会宣布了地球赤道半径的数字，根据这个数字推算，极直径应该是12713510米。这个数字以后还会不会再次修正呢？少年朋友如果有兴趣的话，让我们拭目以待吧！254向月球城迈进1967年7月21日，美国两名宇航员乘坐“阿波罗”飞船首次登上了月球。后来“阿波罗”12、14、15、16、17号飞船又将10名宇航员送上月球。他们采回382公斤月球岩石和土壤，还在那里设立了5个核动力的实验装置。苏联的“月球”号无人飞船也几次在月球着陆和采集样品。所有分析结果都表明

9、：月球十分干燥，毫无水的痕迹。人们不再怀疑，月球确实是一个没有生命的世界。月球上虽然是一片荒凉，但却有许多宝贵的资源。人们已经发现55种矿石，其中6种矿石是地球上没有的。月球的岩石和土壤中有2030%的金属，其中有铁、铅、钴、钛等，30%的硅和4%的氧，另外还有放射性元素铀和钍等。使科学家们感兴趣的是，月球上有大量的钛铁矿，它们的含氧量很高。把这些矿物进行分离处理，就能得到各种金属材料，同时获得大量的液态氧和氢气，不仅能满足人们生活和加工的需要，还可以作为轨道转运船的燃料。科学家预测，月表城将在2017年以前出现。它实际上只不过是一座月球工厂。工厂的设备和人员将乘轨道转运船分12次到达月球。建

10、设月球的先遣队机器人、挖土机、推土机等设备，在地面的遥控下工作。待工程初具规模后，才有37名宇航员分批登上月球。宇航员们居住的舱室埋在坑内，四周堆盖12米厚的月壤，以防止强烈的宇宙辐射。在开始阶段，月球建设者所需的生活用水、食品和氧气等都是从地球上运去的，使用过的水，通过生命再生系统循环使用，氧气不成问题，因为第一批月球工厂几乎全是制氧厂。夜晚长达15天，利用太阳能不方便，动力可能来源于核电站。随着大批建设者的到来，工厂和城市的界限越来越模糊了。月球的矿石大部分存在于浅表面层，可以用简单的露天开采法采矿。月球工厂只能处理很少的一部分。大部分矿石要通过大炮一样的电磁发射器抛射到空间一个集矿站，然

11、后由运输船运回同步轨道上的空间工厂或地球。月球离不开水，好在已经可以大量生产氧气，只需补充一些氢就可以了。月球的土壤里几乎包含着植物生长所需的全部矿物质，问题是还缺少一些氮气。经过人们一番努力，月球温室里将郁郁葱葱地长满了蔬菜和瓜果。这样又将产生最早的一批月球农民。月球上最忙碌的地方是航天港口，除了装满巨大球形液氧罐和转运渡船不断地起降外，月球居民还得接待越来越多的旅游者，为他们安排住宿和参观。神秘的月球将是21世纪人们最向往的地方，可望而又可及。255月亮在远去1963年，美国科学家威尔斯发现：珊瑚外壁上的环，能代表每年的生长物，而相邻两环之间的生长脊数，就是地球公转的周期，一年应有的天数。

12、因此，用珊瑚化石，就可观测地球公转速度不断变化的情况。在6000万年前，每年约有402天。因此人们将珊瑚化石叫珊瑚计时器。同样的鹦鹉螺化石，也能反映月球的情况。1978年，美国科学家卡姆和普鲁庇发现鹦鹉螺化石与月球围绕地球旋转的周期有关。鹦鹉螺是一种软体动物，壳体作包卷状，直径二三十厘米。壳质薄而脆，壳体内部被许多模板分隔成若干小室叫气室，最外的一室体积最大，为动物的肉体和内脏所在。每个气室的外壳上有着一种生长线，每个生长线是一天的生长痕迹，每个气室正是一个月的生长物。现代的鹦鹉螺，每个气室恰是30条生长线，和现代的塑望月完全一样。而古代的鹦鹉螺化石，则不同于现代。500万年前，鹦鹉螺的每个气

13、室只有9条线；345万年前，每个气室只有15条线。由此可见，月亮围绕地球旋转的天数，古代较少，现代愈来愈多。这是由于月球围绕地球的运行轨道愈来愈大，离我们愈来愈远的缘故。他们二人还利用万有引力学说进行计算，计算结果完全符合鹦鹉螺化石的反映，而由此推断出：400万年前，地球和月球之间的距离，只有现在地球与月球距离的43%，7000万年间，月球远离地球的平均速度为每年94.5厘米，而且现在仍在进行。由此可见，月亮确实在逐渐远离地球而去。256令人神往的月亮村美国休斯敦约翰逊航天中心领导人温德尔门德尔已正式向白宫提交了向月球上殖民的计划。他声称“航天飞机事件对宇航计划毫无影响”，并证实说，第一批月球

14、新村将在20年后搬到月球上去。在巴西的圣卡塔林岛，美国科学家正日以继夜地营造“生物圈-1”号，为将来在月球上建立永久性的地球外人类新村进行一系列的工作。未来的“月亮人”将与外界断绝关系，进入这座人造综合工程，在模拟的太空城中生活两年。在月球上殖民计划将分段实施。第一阶段是从1997年开始，发射出去的人造月球卫星在围绕着月球的轨道上旋转，其任务是探定在月球上殖民的最佳地区。这块殖民地应是令人惬意的小角落，具有丰富的可开采的矿物资源，而且地面又必须结实可靠。届时，将派勘测队实地制定未来的月亮村施工计划，然后开始向月球殖民并运去基建机械，诸如掘土机、推土机、起重机等。地球外的第一个人类新村将建筑在一

15、公顷见方的岩石上，地基用微波技术加以硬化处理。在这片月球地面上，首先安装“集装箱”巨型管道（直径6米，长18米），它们彼此连接成等边六角形；首批“月亮人”在“集装箱”内赖以栖身。然后又把一个个六角形彼此连接起来，就像蜜蜂营造蜂房一样形成建筑群，里面可以容纳一百人生活。第一个月亮村将用21根“集装箱”管道连成3个六角形。在每个六角形中间，用高压空气的办法鼓吹起18米高的巨大圆仓。第一个仓作为生产食物的农场；第二个仓作为月球表面研究实验室；第三个仓则是“月亮人”的公寓。那么，人们将怎样在月球上生活呢？这跟在太阳能基地生活有点类似，但要更为深居简出。因为月亮没有大气层，各种对人体器官有害的宇宙射线得

16、不到过滤减弱。而且这个地球的天然卫星会遭到规模不等的陨石雨的轰击。唯一的办法是用月球上的沙土装成沙袋，在我们漂亮的月亮村上面堆一层缓冲层，外形酷似金字塔。自然，这个小小的世外桃源会让人想起鼹鼠掘洞时形成的小土穴。庆幸的是，在月球上生活也有其优越条件：由于月球引力比地球小得多，又没有大气包围，就可以用极少的能源来完成许多任务。我们在月球上将减轻自身的重量，我们个个将飘飘欲仙月亮城比空间轨道站的最大优越性在于，人们可以稳当地直立，人的骨头也不会失钙，不会有恶心的反应。而且太阳能是充沛的，很容易收集。这些能源可以满足未来月亮居民的需求。登月考察结果表明，月球有丰富的矿产资源，月表岩层含有4%的氧，2

17、0%的钴，20%的硅，此外还有铁、钛等金属资源。氧气可以通过化学方法从地下提取，然后配制成可供人呼吸的人造空气。氢可以从碳氢化合物中提取。氧气与氢气化合就能生成水，有了水、空气和阳光，植物就可以生长这里将成为地球的先遣基地。人们可以用很少的能源建造或发射在地球上难以实现的巨型火箭。人们可以在月球表面上建造天文望远镜，特别是射电天文望远镜，它们的工作将不受地球各种电子干扰。257月球尘土上第一次印上了人类的脚印明月当空，幽淡的光辉照着地球的黑夜时，形成美丽的夜景。嫦娥奔月、吴刚伐桂，多少年来，人们一直对月亮有着美丽的幻想。国外也有类似的神话。17世纪德国天文学家开普勒首先写出了飞向月亮的幻想故事

18、。开普勒认为月亮上有空气，也有水。的确，对人类和生物来说，空气、水实在太重要了。不过，后来人们弄清了，月亮上既没有空气，也没有水。少年朋友也许会问：在一个没有空气和水的星球上，会不会出现生命？月球上有没有生命？如今已有了可靠的答案。1969年7月21日，美国宇航员阿姆斯特朗和奥尔德林，乘坐阿波罗11号宇宙飞船经100小时的飞行到达月球。3时51分，阿姆斯特朗爬出登月舱的气闸室舱门，在5米高的进出口平台上呆了几分钟，以安定一下激动的心情。然后他伸出左脚慢慢地沿着登月舱着陆架上的一架扶梯走向月面。他在扶梯的每一级上都稍微停一下，以使身体能适应月球重力环境。走完9级扶梯共花了3分钟，4时7分他小心翼

19、翼地把左脚触及月面，然后鼓起勇气将右脚也站在月面上。于是在静寂的月球尘土上第一次印上了人类的脚印。阿姆斯特朗和奥尔德林在月面上总共停留了21小时18分，在舱外活动了2小时又21分钟。在这无声无息的环境里，他们安装了自动月震仪、激光定向反射器、太阳探测仪，并收集了23公斤的月球岩石和土壤标本，插上了一面美国星条旗。电视摄像机不断地把他们的活动拍摄下来送回地面，使地面上千千万万观众与他们一道经历了这一场冒险。通过他们的亲自观察和带回来的岩石和土壤分析结果都表明：月球十分干燥，毫无生命痕迹。人们不再怀疑，月球确实是一个没有生命的世界。258太空探险者哈姆1969年7月16日，美国东海岸佛罗里达州卡纳

20、维拉尔角的肯尼迪宇宙飞行中心的发射场上，一只像36层楼高，110米长的巨型火箭，在震耳的轰鸣声中起飞了。由它和登月舱组成的阿波罗11号宇宙飞船将把第一批登月者阿姆斯特朗和奥尔德林送上月球。经过100小时的飞行，7月21日登月舱连同两位宇航员在月面上缓缓着陆，静寂的月球尘土上第一次印上了人类的脚印。在人类欢呼登月成功的时候，我们不应该忘记太空探险者猩猩哈姆。1960年7月，美国国家宇航局提出了宏伟的阿波罗计划，要把人类送上月球。可是人类要到宇宙中充满了来自太阳的高能粒子和紫外线，以及各种宇宙射线，它们都可能对人类造成危害；宇宙飞船在飞离地球的时候，加速度会达到每秒钟几十米甚至上百米；而在进入人造

21、卫星轨道以后，却又处于失重状态之下人能适应这种复杂、奇特的环境吗？采取哪些措施才能保证不发生意外呢？为了宇航员的安全，美国科学家们决定，把一些动物送到宇宙中去，通过实际飞行检验它们在太空中的适应能力，取得安全数据资料，为人类进入太空作准备。这个光荣的、历史性的任务，就落到了猩猩哈姆的肩上。哈姆原来是美国霍洛曼太空医疗中心的一只实验动物。1961年1月31日，哈姆乘坐“水星号”太空船从佛罗里达州的卡纳维拉角腾空而起，进入了广阔无际的太空。它是这艘宇宙飞船上的唯一乘客。当然，哈姆并不明白自己所肩负的重任。它的这次太空旅行是短暂的，从火箭发射到降落只有16分半钟，环绕地球只飞了不到一圈。旅途中还出点

22、差儿：由于运载太空船的“江石”火箭的推进系统发生了故障，水星号太空船的飞行轨道比原来计划高出64公里，降落地点也偏离了206公里。因此，哈姆不得不在海洋中漂流了几个小时。当人们把它从溅落地点打捞回来时，它正焦急地盼望着人们给它食物呢！专家们主要对它进行了严格的身体检查，发现它的各方面状况良好，它这次成功的飞行为美国第一个宇航员谢浮德进入太空提供了可靠的安全数据。从那以后，哈姆结束了宇航员的短暂生涯。“退休”后，在华盛顿的哥伦比亚动物园过着闲散的生活，经常和来自全国各地游客们“会面”。1981年4月，它又迁到了北卡罗来纳州，1983年去世，终年26岁。259大自然留给我们的一个谜在我国江浙一带，

23、流传着一个美丽的神话故事。在远古时代，盘古开天辟地后，天地间还是一片黑暗。一天，盘古发现了一个很亮的地方。原来是一对孪生姐妹太阳和月亮住在这里。盘古传她们上天，照亮整个世界。姐妹俩高兴地答应了，并且商量好轮流“值班”：白天是太阳妹妹，晚上是月亮姐姐。她们是农历十月初一登上天宫的。因为妹妹有些害羞，所以白天出山以后，姐姐就陪着她，行走了好长一段路才回去。以后成了习惯，每年农历十月初一这天早晨，姐姐都要和妹妹一起出来一会儿。这个时候，站在浙江钱塘江北岸的“鹰穿顶”上，就会看到太阳和月亮同时出现在天空中，亲亲热热地挨在一起。这就是“日月平升”。这个美丽的传说，流传了很多年，但是“日月平升”的奇观，却

24、几乎没人见过，直到1980年，杭州大学的一位教师在古书中看到了这个天下奇观，才在当年农历十月初一赶到了“鹰穿顶”，第一次亲自目睹了太阳和月亮在清晨同时出现的美景。据说“日月平升”时，太阳和月亮同时跃出钱塘江江面，紧紧地挨在一起，太阳显出美丽的红色或藕色的光环；有时月亮先出来，随后几乎在同一垂直线上太阳露面，太阳托住月影一起跳动；有时太阳升起后，旁边会出现一个暗灰色的月亮，一会儿，跑到太阳左边，一会儿又跑到右边，时而在太阳上面，时而又出现在太阳下面，好像忙碌的月亮姐姐在不辞辛苦地照料着太阳妹妹；有时月亮还会从太阳前面滑过，太阳表面大部分被月亮遮掩，颜色变暗，周围闪现出金黄色的月牙形真是千姿百态，

25、绚丽多彩。我们知道，月亮是地球的卫星，它又和地球一起围绕着太阳旋转。月亮的直径只有3476公里，而太阳的直径长达139万公里，相差十分悬殊。当然也不会同时出来了。其实，“日月平升”的现象也是由于天气折射造成的，也是“大气哈哈镜”的杰作。这面哈哈镜是怎么把太阳和月亮同时送上天空的呢？为什么只能在每年十月钱塘江北岸的“鹰穿顶”才能见到这一奇景呢？是因为十月空气干燥而造成的一种太阳光折射现象吗？“鹰穿顶”上有什么特殊条件，才酿成了这一天下奇观呢？这是大自然留给我们的一个谜。少年朋友，你长大了想去揭开这个耐人寻味的谜吗？260“拥挤”的太空苏联宇宙1275号导航卫星于1981年6月4日在普勒泽茨克宇宙

26、中心发射之后，绕地球持续飞行了50天，每绕地球一周为105分钟。位于近1000公里高空中的宇宙自动遥控装置控制着它的运行轨道，犹如牵引平滑如镜的海面上的浮筒。可是宇宙1275号在美国阿拉斯加的北部冻土带上空突然失去了联系：一个几乎看不见的金属碎片，像榴弹炮那样的威力沉重地撞击在苏联的这一卫星上。于是，这个工作正常的工程师们的杰作在几分之一秒的时间内就变成了144块绕地球飞行的宇宙碎片。这是一次所谓“克斯勒综合症”的最严重的事件，即专家们称之为宇宙运载工具和一块宇宙碎片的相撞。克斯勒是一位天体物理学家，多年来，他在美国国家航空和宇宙航行局的约翰逊太空中心，一直在研究使地球宇宙飞行的令人担心的无主

27、飞行体。他预言“宇宙中这类事件我们今后还要经常遇到”，因为自从开始宇宙飞行以来，宇宙环境污染一年比一年严重了。燃料耗尽的各级火箭、脱落的气体动力外罩、损坏了的驱动装置，以及最为危险的、为数众多的爆炸了的卫星残片和燃料箱，这一切构成了环绕地球运行的碎片。美国专家谢鲍托夫计算出，在一次为期4天的宇宙飞行中，飞行高度为270公里的航天飞机靠近较大（直径为1米或1米多）物体达67次之多，相隔距离小于200公里。尽管相撞的可能性仅为百万分之一，但也还有许多较小的物体飞越这一地区。目前，对载人宇宙飞行来说，问题还不十分严重，但是美国人计划发射的大型宇宙站将会被宇宙尘所击中。他认为，“如果我们今天在宇宙间有

28、10个直径为100米的宇宙站的话，那么宇宙尘就有可能每年击中其中的一个，使其遭到损坏。”人造天体每一次相撞，不论是人造卫星和燃料耗尽的各级火箭相撞，还是碎片与碎片相撞，都会产生一种新的引起危险的碎片来。实验的结果表明，在宇宙间的相撞会产生数千甚至数百万个微小的碎片。天体物理学家克斯勒警告说，通过这些相撞，在今后还将形成无数的、绕地球运行的碎片。此外，专家们显然对宇宙的自我净化力估计过高。他们认为，尤其是较小的碎片很快向地球降落，然后在大气层中烧毁。可是这一过程持续时间比专家们预计的要长。一个在800公里高度运行的物体在30年左右的时间才降低100公里。克斯勒说：“燃料燃尽的碎物却很快被更多新卫

29、星碎片所取代。”261关于牛郎织女的传说农历七月初七，是我国民间传说中牛郎织女相会的日子。传说，织女是王母娘娘的亲闺女，在天上织云彩。牛郎是人间的一个看牛娃，备受兄嫂虐待。老牛很同情牛郎，有意帮助他。一天，老牛告诉他向织女求婚的办法。牛郎照样做了，果然达到了目的。他们婚后生了一男一女。可是，王母娘娘知道后，却把织女抓回天庭。老牛让牛郎把它的皮披在身上，挑着两个孩子追上天去。王母娘娘拔下发簪在织女后面一划成了一道天河，把这对夫妻隔开了。他们隔河相望，悲伤极了。后来，王母娘娘只允许他们每年七月七日相会一次，届时由喜鹊架桥渡河。的确，夏秋之夜，天上银河西侧有颗明亮的星，旁边四颗小星，构成一个平行四边

30、形，像织布用的梭子，这颗星叫织女星。银河东侧，与织女星遥遥相对的那颗明亮的星就是牛郎星，也叫牵牛星。牵牛星两旁各有一个小星，三星成一线，统称为“扁担星”。牛郎星、织女星，容易辨认，成为古代航海导航的星辰之一，那白蒙蒙的银河，从北向南，横跨整个天空。这是由大约1400亿颗太阳般的恒星所组成的光带。织女星是一颗亮星，躯体庞大，有30个太阳大。亮度比太阳亮50倍左右。它的表面温度在9000以上，比太阳温度高3000。牛郎星的直径不到两个太阳的直径，比太阳亮10倍，表面温度比太阳高2000。我们地球与织女星的距离，若用每秒30万公里的光的传播速度“走”的话，也要27年才能“走”完（光“走”一年为一光年

31、，一光年约等于10万亿公里）。相距之遥，简直不可思议。“牛郎”、“织女”虽被古人称为“盈盈一水间”，但实际上相距有16光年。如果像人们所说的那样，牛郎、织女一定要相会的话，就算牛郎腿快每天能走100公里，走到织女星也要四五十亿年。即使乘坐每秒11公里速度的火箭，也要40万年以后才能相会。262天王星的发现人们常说：天王星的发现是个偶然，不过，在这个偶然的背后，却是几十年如一日的勤奋。1781年3月13日是天文史上的一个可纪念的日子：在这一天以前，人类观测过太阳表面的黑子、月亮上的环形山、木星的卫星、土星的光环，但是从来没有想到过土星的轨道之外还有行星。而这一天威廉赫歇耳发现了一颗新的行星，一下

32、子把太阳系的边疆扩大了一倍。威廉赫歇耳是1738年出生于德国，以后在英国定居的伟大天文学家。他的父亲是一个贫困的乐师。19岁时赫歇耳离开德国，渡海到达英国，在一个叫作巴斯的小镇依靠演奏和教授音乐谋生。就在这时，他为了提高自己的演奏技巧，开始研究乐理，接触到了数学，由此对数学发生了浓厚的兴趣。以后他又从数学转到研究天文学，并在天文学上作出了巨大贡献。1767年他的父亲去世了，他把妹妹卡萝琳从家乡接到了英国，以后这个妹妹就成了赫歇耳毕生从事天文研究的得力助手。他妹妹终生没有结婚，把自己的一生完全献给了天文学研究。赫歇耳开始用来观察天空的唯一工具，是从友人那里借来的一个小小的望远镜。他迫切渴望得到更

33、大的望远镜。但当时他非常贫困，不得不自己动手制作望远镜，他很快在这方面也表现出了出色的才能。他制作的望远镜很快就出了名，受到当时天文学家的高度评价，畅销一时。赫歇耳为了制作望远镜，把家里变成了一个小作坊。他白天有时写乐谱，有时找演员演奏，而更多的是从事制作望远镜，他的双手一刻也闲不住。到了晚上，他兄妹二人就用自制的望远镜探索天空，不论严寒或酷暑，从不间断。尽管夜间寒气凝重，手脚常常被冻伤，他们也毫无倦意，探索宇宙的奥秘已成了他们最大的乐趣。就在这长年累月的观测中，他们积累了十分丰富的资料，从中引出了许多重要的发现，改变了人类对宇宙的认识。从前人们认为，恒星是固定不动的，他们的观察证实了它们也在

34、运动，而且还发现了整个太阳系在宇宙空间内沿着一定方向运动，银河是由无数的恒星组成的，我们的太阳只是银河中的一个恒星，而宇宙中有许多银河。赫歇耳最重要的发现是在1781年3月13日。这天夜里，他们和往常一样，坐在自制的望远镜旁观察天空，他的妹妹坐在旁边作着记录，赫歇耳转动着望远镜观察。他意外地在双子座H星附近发现了一颗其貌不凡的小星。他开始怀疑它是一颗恒星。但经过三、四个月的连续观察，计算了这颗星的轨道，终于发现了它是一颗沿着圆轨道绕太阳公转的新行星，离太阳的距离大概是日地距离的19倍。由于这一发现，英王查理二世把他们请到宫廷，赐予他一笔年金，拨给他巨款制造更大的望远镜，并授予爵位，还赐给他妹妹

35、一笔年金，以表彰他们兄妹对天文学所作出的伟大贡献。263彗星是灾星吗两千多年前，我国秦始皇时期，曾经出现过大彗星，有人认为，这预示着秦朝即将灭亡。公元前44年，古罗马帝国统治者恺撒去世。恰巧在第二年，天空中出现了彗星。于是古罗马人认为，这颗彗星是运载恺撒上天的灵车。在科学不发达的古代，无论是中国还是欧洲，人们对彗星都产生过迷信和恐惧，认为只要彗星一出现，战乱、饥荒、洪水、瘟疫灾祸就会降临。直到最近几百年，科学的发展才帮助人们逐步揭开了彗星的秘密。严格地说，彗星简直算不上是一颗星，它只是一大团气体，夹杂着冰粒和宇宙尘。天文学家证明，彗星的主要化学成分是碳、氢、氧、氮。彗星明亮的“头”，叫“彗头”

36、；又有长长的“尾”，叫“彗尾”。彗头又包括两部分：彗核和彗发。彗核很小，直径只有几百米到几十公里，可是，彗星的绝大多数物质都集中在彗核里。它的平均密度是每立方厘米1克，和水差不多。彗发包围着彗核，它的体积不固定，离太阳越近，体积越大，有时甚至超过了太阳。彗发的物质非常稀薄。彗星在离太阳远时，是没有彗尾的，在走近太阳时，彗尾就逐渐形成，并且变得越来越大。当它离开太阳远去的时候，彗尾又逐渐缩小直到完全消失。彗尾通常总是背离太阳的。彗尾的体积大极了，大的有上亿公里长，宽度从几公里到一二千万公里。彗尾的物质非常稀薄，密度只有地面上空气的十亿亿分之一！透过彗尾和彗发，人们可以看到它们后面的星星，星光一点

37、也没有减弱，所以，人们把彗星叫作“看得见的真空”。我国是世界上记录彗星最早的国家。早在三千多年以前，周武王率领着大军，征伐商代最后一个皇帝，当队伍走到共头山的时候，一颗彗星从东方升起。古书淮南子中讲了这个故事。我国当代著名天文学家张钰哲利用电子计算机算出，这颗彗星就是著名的哈雷彗星。264我们这里也看到了北极光1982年6月18日晚上10点钟左右，吉林省有不少人看到了一种奇特的景象：在北面天空离地平线不远的地方，先出现一个和月亮大小差不多的半圆形乳白色光片；紧接着，光片呈扇形向东北方向逐渐扩大。大约10点15分，形成了弧形光幕。随后，光幕拉开，几乎占去整个天空的五分之一。直到10点58分左右，

38、光幕才全部消失。这种在北方极为罕见的绚丽景象，在天文学上，叫做北极光。极光主要发生在地球南北磁极的周围地区，我国领土位于北半球的中部，除最北部地区外，观测到来自北方的极光的机会是较少的。但在我国漫长的历史中，却留下了大量的极光记载。早在几千年前人们就观测到“大星如虹”等美丽的极光现象，当时是作为吉祥的象征而流传下来的。近代科学研究已经证实，天空中出现极光，是由太阳耀斑引起的。太阳耀斑就是太阳的局部爆炸现象。太阳耀斑的发生率与太阳黑子数周期性变化有密切关系。极光主要发生在南北磁极的周围地区，我国领土位于北半球的中部，除最北部地区每年可以看见一次极光，中部和南部地区，则需要几年到十几年才能看见一次

39、。如果遇到太阳大爆发，会抛出大量的带电粒子，并引起地球磁场的巨大变化，在世界大范围地区里就可以观测到极光。如1872年2月4日太阳大爆发，在印度地方和更南的孟买，都观测到极光。对这次极光我国记载很多。如湖北光化杂志上记有：“同治十年辛未冬十二月二十六日，夜半红光起西北，倾刻蔽天，日出始散。”自1979年以来，太阳一直处于活动时期。据中国科学院北京天文台观测：1982年6月14日北京时间14点20分左右，在太阳东、西半球靠近边缘的地方，分别发生了两个大耀斑。它们几乎同时爆发，同时达到极大，西边的耀斑伴有物质抛射现象，耀斑的硬射线辐射引起短波通讯中断几乎长达一个钟头。光线自太阳到达地球只需要500

40、秒钟，因此通讯中断几乎与耀斑同时发生。但从太阳发射出的带电高能粒子流则在4天之后到达地球，于是产生了吉林、黑龙江、辽宁、内蒙古、河北、山东、山西等地在6月18日晚上看到的极光现象。通过科学研究知道，极光宛如天空中一个强大的发电机，能发出高达1亿千瓦的电力。如此强大的能量常常扰乱无线电通信，甚至使电力传输线发生故障，曾造成加拿大、美国北部及北欧广大地区暂时失去电力供应。极光的各种光谱，还会影响到人造卫星上的一些光学仪器对地面的测量工作。正因为这样，人类对极光的研究是很重视的，挪威、瑞典和芬兰三国是世界的极光研究中心。威力强大的太阳爆发每11年发生一次，这时极光的能量最大。自1979年以来，太阳处

41、在活动的时期，科学家们积极的搜集有关极光的资料，在世界各地安置了100多架远距极光摄影机，在瑞典、芬兰的北极圈内还设置了两个雷达站，以探测太空中极光的活动状况。有人曾设想，在靠近北极的地区，建造一座100多公里高的巨型铁塔，把极光的巨大电能引下来。在科学技术高度发展的今天，把极光引为能源的设想是一定会实现的。265到海王星上去“作客”“旅行者”2号宇宙探测器自1977年发射升空后，创造了许多奇迹。1981年它与土星相遇，1986年与天王星交会，1989年8月又成功地“作客”海王星和海王星最神秘的卫星“海卫一”以及另外7颗较小的卫星。 当“旅行者”2号抵达海王星时，它那台经历了长途跋涉的摄像机，

42、勉强拍摄了这颗亮度只有地球1。的行星的照片，探测器内的无线电发射机只能依靠20瓦灯泡那样微弱的能源发回信息，而当微弱的信号经过4小时，45亿公里传送到地球后，它的能量已减弱了许多。然而，经过地球上超级计算机的处理，居然把“旅行者”2号飞掠海王星所获得的照片复原得如同直接拍摄的一样清晰，使地球上的人能第一次目睹海王星的尊容。从大量送回的照片中可以看出海王星的一些重要特性：首先海王星被一层厚厚的云团包裹着，有些地方还发现地球大小的“大黑斑”。由于木星上的“大红斑”是由巨大的风暴形成的，因而科学家推测，海王星保持着行星形成时留下的热量。这些热扰乱了遮盖海王星的寒冷气体，使其动荡，产生时速高达1100

43、公里的飓风，于是形成了“大黑斑”。其次是海王星的磁极偏离其地理磁极50（而地球只偏差10）。经研究认为：海王星的大气下层有一层像水一样具有传导性的流体，海王星的磁性可能就是由这些流体产生的，因而，当行星内部的热量或其他动力，使这种流体以某种特定的方式流动时，只要流体的流向不与地理磁极垂直，则它所产生的磁极就会偏离地理磁极。海王星的另一个特点是和天王星一样，极地和赤道的温度几乎相同，它们相比中纬度地区高。对于天王星而言，造成这种奇异现象的原因是它的旋转轴每年的某个时期是向着太阳的。但海王星的旋转轴并不向着太阳，因此，天文学家认为海王星肯定存在某些特殊结构，才使它出现这一令人费解的现象。如果天文学

44、家对来自海王星的发现感到吃惊的话，那么他们对海王星那颗巨大的卫星“海卫一”简直要惊得目瞪口呆了。海王星虽然是太阳系最冷的天体，但却有火山活动，而且火山坑星罗棋布。从照片上可以看出，海王星表面剧烈喷发着高达8公里的气体，分析认为，这种由氮和其他气体组成的令人惊奇的喷泉是由海卫一内部喷发出来的。此外，海卫一也是继土卫六后的第二个有极光的卫星。由于极光是带电粒子通过大气时大气分子电离所产生的，由此可知，海卫一也存在大气层。在大量的海卫一信息中，最令人兴奋的并不是海卫一本身，而是在于它所带来的信息。因为“旅行者” 2号已不能再去访问冥王星了，但由于海卫一和冥王星大小和密度都相似，也许它们的表面和大气层

45、也相似，因而通过海卫一可以间接了解冥王星。海王星是“旅行者”2号的最后一站，但并不意味着它工作的结束。它的传感器和无线电发射机还能持续工作25年，使它能到太阳系的真正边缘。266宇宙中最重的物质宇宙中最重的物质是什么呢？要想回答这个问题，得先从物质结构说起。我们知道物质是由原子组成的，原子又是由质子、中子和电子这三种基本粒子组成的。质子和中子组成原子核，电子在原子核的周围旋转。也就是说，在原子的内部存在着巨大的空隙。不论是地球上的哪种物质，它们的原子内部都有这样的空隙，所以它们根本不可能是宇宙间最重的物质。原子有一个有趣的特性，如果让里面的质子和电子撞在一起，就会形成中子。于是科学家们就提出了

46、一个有趣的设想：如果想办法让原子里所有的质子和电子都结合在一起，形成全部由电子组成的物质，那么原子里的空隙不就会填满，物质的密度不就会大得多了吗？怎样才能做到这一点呢？关键是要有足够的压力，硬是把本来围绕原子旋转的电子压回到原子核里去。因此，在50多年以前，有些思想活跃的物理学家就提出：宇宙中间可能存在着完全由中子组成的中子星。中子星的设想一提出，就引起了各国天文学家的注意，大家纷纷去寻找，可是找来找去，杳无踪影。不过，有一句老话说得好：“踏破铁鞋无觅处，得来全不费功夫。”1967年，英国天文学家休伊什对中子星的发现也是这样。休伊什利用一台自制的天文射电望远镜，对着太阳附近的空间，接收来自星球

47、的讯号，讯号记录在纸带上。每天记录的纸带有30米长，然后由一位女研究生对资料进行分析处理。女研究生叫乔丝琳贝尔，那一年她刚24岁。她工作起来总是一丝不苟。一天，她发现了一个非常奇怪的信号，每隔1.337秒跳动一次；换句话说射电望远镜每隔1.337秒收到一次脉冲讯号！贝尔把这奇特的情况告诉了休伊什，他们一起对总长约500米的纸带进行了检查。讯号是从太阳发出来的吗？显然不是。是仪器出了毛病吗？更不是。他们认为，这种信号一定是从一种人们尚未发现的天体上发射出来的。由于它总是像人的脉搏一样作周期性的变化，他们就把这种新天体命名为“脉冲星”。脉冲星的发现引起了国际天文学界的轰动，世界上几乎所有的大型射电

48、望远镜都一齐指向了这个奇怪的天体。仅在1968年一年中，人们就发现了23颗脉冲星。人们把这项发现作为20世纪60年代天文学的四大发现之一，休伊什在1974年获得诺贝尔物理学奖金。人们为什么这样重视脉冲星呢？原来它就是天文学家们寻找了几十年的中子星！脉冲星是目前人类所知道的宇宙间密度最大的物质。在脉冲星里，原子内部的电子和质子结合在一起，成为中子；所有中子都一个个地紧紧排在一起。由于物质内部没有空间，它的密度大得惊人，每立方厘米重1亿吨！倘若将来有一天，人类从太空中采回一些脉冲星的物质，哪怕只有一粒花生米大小，也要派200多艘50万吨级的轮船去迎接，每艘船上只要装载芝麻大小的一块就可以“满载而归

49、”了。脉冲星的体积很小，平均半径只有10公里，这显然是太小了，甚至没有太阳系中的一些小行星大。脉冲星，是由于它能发出像人的脉搏一样作周期变化的脉冲信号而得名的，比方说，1968年发现的第一颗脉冲星，它发出的脉冲信号周期是1.33730119227秒，精确度达到了10-11秒，有的脉冲星比它还要准确，达到10-14秒，几万年才产生1秒误差！这样稳定而短暂的信号是由于脉冲星高速旋转造成的。虽然宇宙间的所有天体都在旋转，但使人惊异的是脉冲星自转一周只要1秒多钟。在人类目前已经发现的各类天体中，除了脉冲星以外，没有一个能够受得住这样高的自转速度。脉冲星的发现，对物理学的发展产生了巨大的影响。随着对它的

50、研究，还诞生了一门新的跨学科理论密物质物理学呢！267宇宙中的钻石金刚石是一种碳原子的特殊晶状结构物，是地球上所有的物质中最硬的。经过人工琢磨和艺术加工的金刚石被称为钻石。钻石的用途很广泛，各种精密仪器仪表的轴承、高硬度和耐磨的钻头等都离不开它。钻石还被用来加工成戒指、项链、奖章等高级艺术装饰品。但是，据现在普查资料来看，地球上的金刚石蕴藏量很少，目前只在南非有一些金刚石矿床，开采量也很小。这是因为金刚石的形成除了要有一定的碳元素之外，还要有相当高的温度和压力，而在地球的形成过程中，同时具备这三个条件的地方是太少了。在地球上金刚石十分稀少的情况下，人们却意外地发现，金刚石广泛地存在宇宙中飘忽不

51、定的无数质点和星群之中，有的甚至随着陨石和陨石雨降落到地面。一些科学考察队在澳大利亚、芬兰、法国、前苏联、南极洲、南非等地区都曾经找到过一些金刚石，经过分析鉴定，它们确实是一些“天外来客”。不久前，美国、英国和澳大利亚的天体物理学家，经过分析研究一些天文资料，发现天王星和海王星的整个球面都覆盖着金刚石。据科学家预测，这两个星球在形成的早期是一些含冰的气团，外层由氨和甲烷气体包围着，而星球所处的温度达300012000之间，压力达到20600万个大气压。根据计算和试验，在超过3000度和20万个大气压的条件下，甲烷首先分解成氢和碳原子，然后碳原子再在温度和压力的作用下，被压缩成特殊晶状结构的金刚

52、石；而氢原子在这样高的压力和温度下，也可能游离存在于金刚石之中，也可能单独形成另一种特殊结构的物质。据科学家们分析，天王星和海王星的金刚石，多数覆盖在球体表面，它们的体积占星球总体积的三分之一到二分之一，有的甚至还多到无数小块的形成在这两颗星球的下层大气中漂浮着；这些漂浮着的金刚石有时由于引力的变化，甚至降落到其他行星表面，或者形成其他漂浮质点的核心和其他星群。看来，天王星和海王星确实是遍地钻石，如果能运一点回来也可满足地球上人类的需要。仅此一点足见发展航天事业的前景是诱人的，更何况宇宙中还有其他无数星球蕴藏着地球上所没有的稀有矿产呢！268星系中的一次大爆炸1980年2月20日，新华社报道了

53、一则宇宙中的一次大爆炸的消息。消息说：“1979年3月5日，在太阳系中不同位置上运行的9颗人造卫星，同时记录了在遥远空间发生的这次大爆炸的伽玛射线。科学家认为，这是有史以来人们所见到的一次最剧烈的爆炸。”还说：“爆炸只持续了十分之一秒，但释放出来的能量，相当于太阳三千年释放的能量。”听了这条消息，人们不禁会问，这是怎么回事？原来，这是一次宇宙伽玛射线爆发，它是20世纪70年代天文学最重大的发现之一。早在1972年4月27日，美国监测核爆炸的“维拉”侦察卫星，意外地接收到一种非常强烈但又非常短暂的辐射信号。这奇怪的辐射是从哪儿来的呢？是哪个国家进行了核爆炸？还是太阳上又产生了大耀斑爆发？这个问题

54、使美国的两位天体物理学家很感兴趣。经过认真研究，他们发现这并不是地球上的核爆炸，也不是太阳的耀斑大爆发，而是来自太阳系以外宇宙空间的伽玛射线爆发。他们这一发现在1973年6月公开发表之后，引起了世界各国天文学家和物理学家的重视。为此，1979年9月，美国发射了一颗名叫“高能天文台3号”的卫星，专门用来观测宇宙伽玛射线。伽玛射线同无线电波、光和爱克斯射线一样，都是电磁辐射。不过，伽玛射线的波长最短，频率最高，能量也高。可见光的能量约为2.5电子伏，而伽玛射线爆发，就是伽玛射线的一种极短暂、极猛烈地释放能量的过程，它的能量可高达几万到几兆电子伏。由于大气层对伽玛射线有强烈的吸收作用，所以在地面上是

55、不能直接探测到的。要想发现它，就必须利用火箭和人造卫星，到地球大气层以外去探测。可是，人造卫星上用来记录各种信号的仪器方向性较差，再加上伽玛射线一次爆发之后就再不露面了，因此很难确定爆发源的方位和离地球的距离。1973年以来，对伽玛射线爆发事件已经记录了数十次，其中只有少数几次能定出爆发源的确切位置。几年来的观测资料表明，宇宙伽玛射线爆发，大约平均每年发生78次，引人注目的一次伽玛射线爆发，就是1979年3月5日这一次。在太阳系中不同位置上运行的9颗人造卫星，由于都记录到这次爆发，因此爆发源的位置，已比较准确地定出是在著名的河外星系中。这次爆发的剧烈程度令人难以想象，以至于有的科学家第一次看到

56、观测记录时，简直惊讶得说不出话来。这次爆发的功率高达每秒1044尔格，比太阳的辐射功率大1000亿倍。269太空中的“车祸”1979年8月30日，美国的一颗卫星P78-1拍摄到了一个罕见的现象：一颗彗星以每秒560公里的高速度，一头栽入了太阳的烈焰之中。照片清晰地记录了彗星冲向太阳被太阳吞噬的情景，12小时以后，彗星就杳无影踪了。这种“太空车祸”的记录还可以推前近100年。1887年，人们观测到一颗彗星在行经近日点时彗头被太阳吞噬；1945年，也有一颗彗星在近日点“失踪”。由于太阳表面温度甚高，所以太阳曾与多少行星、彗星相撞过，我们无法考证。而在月球上，星体的每一次撞击，几乎都留下了痕迹。所以

57、从望远镜中看，月亮的表面竟伤痕累累，遍布着坑坑洼洼。据观测资料，月亮上的坑洼多达3万个以上。根据这些坑洼中月岩的绝对年龄测定，在距今39亿年前，曾有过频繁的行星轰击现象。当时撞击月球的陨星密似“雨点”，形成了现在被天文学家称为“雨海”的坑洼群。在人类历史上，有人曾亲眼目睹过流星撞击月亮的瑰丽景象。1178年6月18日黄昏，坎特伯雷修道士杰瓦斯看到：正当新月刚刚爬上天际之时，突然上端的月牙被分裂为二，裂缝中间出现一把点燃了的火炬，火焰一跃而起，向上窜出，烈火熊熊，好像炽热的煤块，迸发着火星；火焰使得新月变了形，随后，当新月回到常态时，弯月从一角到另一角，通身失去了光亮，显得乌黑。太阳系中大约有1

58、000颗小行星，在许多星体表面，都有着大小不一的陨石坑。这说明星际间的碰撞现象是很多的。1979年3月5日，在不同轨道上的9颗人造卫星同时记录到一起罕见的射线爆发，不仅爆发的强度比以往探测到的强得多，而且爆发之后，又出现了一个持续好几分钟的，周期为8秒的微弱脉动。美国洛斯阿拉莫斯实验室的迈克尔纽曼认为，这一射线爆发来自星际间小行星与中子星的碰撞。在遥远星际空间的小行星，很像是星际“流浪汉”，它们很可能是超新星爆发时被击碎的行星碎块。洛斯阿拉莫斯实验室的科学家用电子计算机模拟跟踪一颗假想的1000亿吨的小行星，考察它与一颗中子星撞击时的情景：在相距10万公里距离时，使小行星土崩瓦解，碎片被拉成1

59、00公里长、几十米宽的细长条。碰撞时间大约为十亿分之一秒，碰撞产生的巨大动能，很快就转变成热能，从而产生强大的射线爆发。地球也遭到过行星撞击，地球环绕着倾斜的地轴自转这一事实，就是证据之一。地球侧斜着身子绕太阳运转。正因如此，地球上才有春夏秋冬之分。那么，地轴为什么会倾斜的呢？前苏联天文学家沙弗洛诺夫指出：在地球形成后约一亿年，地球轨道近处一个小行星突然闯进地外空间，与地球猛烈相撞，由于原始地球没有大气层保护，这颗直径约1000公里重量达10亿吨的星体以每秒11公里的速度撞向地球，使地球的自转轴发生了23.5的倾斜，表面温度升高了1000度。幸亏当时地球还没有生命存在，否则也一定都遭毁灭了。但

60、是这一飞来横祸结果反而成了好事，使地球从此有了四季，更适宜生物繁衍生长。证明地球曾受过行星撞击的另一个事实，是在地壳中的中生代地层和新生代地层的边界面，发现了一层含铱较丰富的薄粘土层。铱是比黄金、铂更贵重的稀有金属，在地壳中含量极少。而在地核和小行星、彗星中，铱的含量就多一些。科学家认为那时（距今约6500万年前）地球遭到了一颗巨大的镍铁陨星的撞击，它的化学结构与地核十分相似，因此含铱量比地壳中丰富，从而在地壳中留下含铱量突增的痕迹。科学家还认为，当这颗巨大的镍铁陨星撞击地球时，由于气温的升高，尘埃的弥漫，地球上有75%以上的物种被灭绝，地球险些成为不毛之地，只有那些繁殖率高、适应性强的较小物