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主题:【文摘】《我们的宇宙》解说词 (序) 【赵致真】 -- 不爱吱声

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家园 【文摘】二:地球的故事

[主持人

  为什么会有四季轮回?为什么会有潮落潮起?为什么会有日食月食?还有很多很多的为什么。

  让我们一起继续看看地球的故事。

[电视片解说词

  我们的地球象一只陀螺,绕着地轴不停地自西向东旋转。地球自转一周需要23时56分4秒平太阳时。于是,我们便有了白天黑夜的轮番交替,日月星辰的东升西落。

  1851年,法国科学家傅科做了一个著名的实验,他从巴黎国葬院的穹顶上悬挂了一副67米长的绳索,下面吊着一个28公斤重的摆锤。随着每一次摆动,地上巨大的沙盘便留下摆锤运动的痕迹。令观摩者们相顾惊诧的事情发生了。这只大摆没有始终按一条直线来回往复,而是经过一段时间后,摆动的方向偏转了很大的角度。傅科宣布说:“我们看到了地球的转动。”假如这个实验搬到北极去做,傅科摆一昼夜便会转过360度。而在赤道上,摆动就不会发生偏转了。

  人们还发现在北半球,南北方向的河流更多冲刷右岸,南北行驶的火车更易磨损右侧的铁轨,南北发射的炮弹也会向右发生微小偏移。而在南半球则情况正好相反。这便是我们所说的科里奥利力。地球不是一个惯性系,自转的时候,赤道的地面24小时要走完4万公里的大圆圈,而极点的地面却没有动。地球高纬度和低纬度之间旋转半径的差,便是造成科里奥利力的原因。大气的流动也不能超越这一影响。当赤道的空气被加热上升,造成永久的低气压带后,回归线附近高压带的空气便向赤道流动,并受科里奥利力的作用发生东西方向的偏转。于是在赤道以北形成东北风,赤道以南形成东南风。这种吹彻全球的万里长风曾鼓动麦哲伦和哥伦布远航的船帆,由于它恪守信用,千古不变,所以被叫做信风。当然,科里奥利力只能在大尺度和长时间里才会显示出微弱的影响。我们无须担心在田径场上由北朝南奔跑时会偏离方向。

  除了自转以外,我们的地球以每秒29.79公里的速度,沿着一个偏心率很小的椭圆绕着太阳公转。走完大约10亿公里的一圈路程要花365天又6小时。于是地球上便周而复始跨进了新的一年。

  烈焰喷薄的太阳仅仅把22亿分之一的光热投射到地球上,但这对于我们的行星已经足够了。每平方厘米1353瓦,我们把这一高空测出的单位面积垂直辐射能叫太阳常数。太阳是“地球发动机”永不熄灭的“锅炉”,提供了大气运动、水循环和万物生长所需要的全部能量。我们从事农业活动,其实是在利用植物做媒介收获阳光。而地下埋藏的煤炭、石油、天然气则可以看作地球生命亿万年间制造出来的“阳光罐头”。没有太阳,生机盎然的地球将变成冰冷死寂的世界。

  地球上为什么会有寒暑交替,春去秋来?其中的玄机和奥妙,原来尽在于地球的自转轴有一个23度27分的倾角。当北半球接受太阳光的直射而处在盛夏时,南半球则面对太阳光的斜照而正值隆冬。北半球的春天又对应着南半球的秋天,两半球得到了同样多的阳光。这便是四季的由来。我们把北纬23度27分的纬圈叫北回归线,南纬23度27分的纬圈叫南回归线,意思是太阳的直射到此为界,然后便开始掉头转向,打道返回了。而北极圈、南极圈则会有半年时间照耀着不落的太阳,另外半年陷入漫长的黑夜。由于地球绕日轨道不是一个标准的正圆,因此南半球稍稍比北半球的夏天更热,冬天更冷。有研究者认为,以数万年为周期的地轴变化和日地距离的叠加效应,可能是地球上冰川时期形成的宏观原因。

  除太阳之外,没有哪个天体对地球的影响比月亮更大。千百年来,美丽的月轮一直是神话创作的素材和诗人灵感的源泉。但实际上,这座“广寒宫”却是个十分枯燥乏味的地方。月亮距地球的平均距离有38万4400公里。半径1737公里,面积不及亚洲大,质量是地球的81分之一,引力也只有地球的6分之一。月亮上的逃逸速度仅为每秒2.38公里,因此根本无法留住自己的大气。亿万年间,长驱直入的宇宙流星轰击着毫不设防的月球表面,因为没有空气和水的活动去风化和抚平,那些疮痍满目的陨石坑至今仍保持着碰撞时的模样。我们称为“月海”的较暗区域是低洼而开阔的平原。33000多个环形山是月球表面最醒目的地形特征。

  月亮无疑是第一个让我们有了多星球概念的天体。有人猜测它是被地球抓来的“俘虏”,有人认为是从地球身上甩出去的,并言之凿凿说太平洋的凹陷便是留下的“疤痕”,应将月亮视同地球的“第八洲”。而更合乎科学的解释,月亮和地球应该在太阳系诞生中同时形成。当然,按照主星和卫星通常的尺寸比例,月亮的体积有些过大了。倒不如把月亮看成地球的伴星更为恰当。实际上,地球和月亮是互相围绕着共同的质量中心旋转的地-月系统。地球绕日运行的轨道应该是地-月中心的轨道。至于地球自身行走的路径,则是一条起伏很小的波浪线。

  每当我们看到排山倒海的潮水滚滚而来的时候,便会惊叹大自然磅礴的力量和微妙的机制。潮汐便是月球引力最直观而生动的演示。我们很容易懂得地球靠近月亮的一面受到引力最大,中心部位次之,而背向月亮的一面最小。这个引力差趋向于把地球挤扁和拉长。于是,向着月球的一面和背着月球的一面便同时鼓起两座水丘。由于地球的自转,这两座隔球相对的水丘追着地-月间的连线不断移动,潮汐便产生了。质量大得多的太阳由于距离遥远,起潮力只有月亮的三分之一,当日、月和地球处于同一直线时,叠加效应会使潮高出现极大值。其实作为弹性体,地球的岩石圈也有固体潮。不过形变的幅度不大,“潮峰”只有70厘米左右,平时不易被感知和觉察。还有大气圈因潮汐作用而引起的流动和压力变化,则被淹没在原因复杂、丰富多采的气象活动中了。

  潮汐作用对地球最深刻的影响在于,海水流动的摩擦,对海岸的冲击,岩石圈的形变,都阻碍着地球的自转,起着一对“刹车片”的作用。尽管这一力量十分微小,只会使地球的自转在10万年里减慢2秒,但我们却不得不又一次惊叹长长的“时间杠杆”撬动的结果。16亿年前,地球每昼夜只9小时,一年有800多天,6亿年前的每昼夜是20小时,一年440天。海底珊瑚虫的化石生长线留下了古代的时间刻度。遥想当年,比今天高得多的巨潮扑向海岸,地球生命从海洋摇篮登上陆地显然得力于潮汐的催发和运送。而远古月亮比今天离我们近得多。伴随着地球自转减慢,月球也遵循角动量守恒的规则,以每年3厘米的速度渐行渐远。反过来,地球在月球上引起的固体潮同样带来月球的“自转失速”。直到月亮永远将一面朝着地球才告稳定。说到引潮力也会使地球永远以一面朝向月亮,那还需要至少几十亿年时间。

  让我们祖先一代代备受惊吓的天文现象,也许莫过于日食和月食了。当好端端的一轮红日朗照中天的时候,突然被什么东西“吃”成了一弯月牙甚至全部消失,的确足以让人类大起恐慌。其实这不过是日、月、地三者运动中产生的遮掩现象。太阳的直径虽然比月亮大400倍,但距离却远400倍。因此在天幕上的视角直径都是0.5度。月亮作为既不发光又不透明的天体,背着太阳的一面总会拖着自己长长的影子。如果说“一叶障目”可以“不见泰山”的话,当月亮走到太阳和地球之间的直线上时也会挡住太阳的光辉。在地球上,月亮本影掠过的地方就会看到日全食,半影所及的区域则看到日偏食。如果月球本影的尖端达不到地球表面,它延伸而成的伪本影扫过之处就看到日环食。同样,当月亮走到地球背向太阳的一面,并全部或部分钻进地球的本影中后,就发生了月食。如果月亮只经过地球的半影,便出现半影食,它只会减弱月光的亮度,因而不易为人们所觉察。

  对于地球上某一个具体地方来说,日食现象并不多见。但从全球范围看,每隔18年就会有43次日食。古人已经懂得推算日月食的发生,今天对日月食的长程预报早已达到了高度精确的程度。

  打从华夏祖先发明指南针的时候起,人类便知道利用地磁来确定方向了。我们的地球究竟是怎样变成一块大磁铁的,科学家作了多种解释。令人信服的说法是,地球的高速自转与核心流动的铁镍物质形成电流回路,如同一个巨大的天然发电机把机械能转换成磁能,于是产生了大地的磁场。多亏疏而不漏的磁力线对地球起着屏蔽作用,把许多有害射线束缚在“范艾伦带”使其不能到达地面。南北极地区美丽的极光,便是被偏转的带电粒子轰击高空大气所点亮的最壮观的霓虹灯。古地磁考察表明,地球南北磁极过去曾发生过多次游移和颠倒。大洋中脊两侧岩石在冷却中固定下来的磁性分子,为不同地质年代地球磁场方向交替变化留下了确凿的物证。

[主持人

  我们讲了这么多地球的故事。对地球了解得越深,就会对她越加热爱和珍惜。

  地球确实得天独厚。它是大自然妙手偶得的杰作。无论对地球的尺寸、质量、自转速度、自转倾角、与太阳距离等任何天文数据稍加修改,就会使今天的世界秩序、气候模式完全改变和乱套,带来不可设想的后果。

  幸运地生活在茫茫宇宙中这块微小绿洲上,当人类终于认识了“我们只有一个地球”的时候,才能真正成为拥有光明前途和希望的物种。

  我们将和几十亿年间大地海洋孕育出来的无限生灵一起,共同乘着地球号宇宙飞船,继续奔向无尽的航程!

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