书城科普爱因斯坦的圣经
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第19章 新约(17)

第六章:地形

地球并非完美的球形。有些地区比周围地区高,有些地区却凹陷下去。下沉的地区会积水,大面积存水区称为海洋。地球有四大海洋——太平洋、大西洋、印度洋和半冻结的北冰洋。在地球表面,71%以上的地区为十亿立方公里的海水所覆盖。总体来说,地势高的地区都很干燥。小型分离的陆地,周围有海洋环绕的地方称为岛屿,大片干燥陆地称为洲。地球共有七大洲,计有欧洲、亚洲、北美洲、南美洲、大洋洲、南极洲和非洲。在某些地方,陆地隆起,或者推挤至数千米高,这些高地称为山。火山为隧道形山体,由溶岩构成,此溶岩经地球内部上冲形成。有时候,火山会喷发,吐出烟尘与涌动的火山岩浆。大陆的其他部分很平坦,它们被称之为平原。所有大陆都包含有承载水的狭窄缝隙。这些就是地球上的河流。它们将水运走,使内陆的水排出。河流从海拔高的地方流向海拔低的地方,最终汇人大海。缺少雨水的地方为沙漠。大自然通过自然过程而使地表千姿百态,繁复多样。

从外太空的角度看,地球非常漂亮。蓝色的是海洋,白色为极帽。棕、绿和灰是大陆。白色的还有云层,云层为地球涂上圣洁的白色。

第七章:大地构造

地球的上层处在永恒的变化之中。地壳开裂成多个巨大的构造板块。这些板块的厚度从50到100公里不等,构成了地球的岩石圈。地壳共有11大板块:欧亚板块、印澳板块、非洲板块、阿拉伯板块、北美板块、南美板块、纳茨卡板块、太平洋板块、加勒比板块、柯可斯板块和南极板块。纳茨卡板块位于南美海岸以外的太平洋中,其北边为柯可斯板块。除开这些大板块以外,还有很多更小一些的板块。

这些板块在固体的地幔上浮动,如同巨大的冰山浮在海洋中。板块的边缘会不停地彼此碰撞。在几个世纪的时间里,板块只会移动很小的一点距离。但是,在数千万年的移动中,其运动距离就相当惊人了。

两大板块相撞,要么汇集一处,要么彼此分离,要么交错而过。汇集时,它们会隆起地表,形成新的山脉。分离时,岩石圈会扯断,使热溶地幔升起而填补空处。这样一种上冲的岩浆会形成火山脊。在大西洋中部沉入的火山脊延绵达数千公里,并由北美和欧亚板块的分离而造成。两大板块交错时,会产生巨大的地震活动带。如果交错突然发生,地球会产生震动,这就是所称的地震。

第八章:气流

风向南方吹,

又转头向北。

风呼啸不止,

刮过自己的路径。

热气会膨胀,在膨胀过程中,它会变得更轻。更轻的气流升起,如同热气球冲向天空,因它有了浮力。冷空气会收缩,因而变重。冷气流因滞重而下沉,因它失去浮力,如同一根铅棒沉入水中。

因赤道地区最热,那里的气流会上升。较冷的气流进而代之,从热气底下流入。赤道地区一半的上升热气移向北方,在移动过程中逐渐变冷。最终,它会变得比下层气流还冷。到北纬30度左右,它会下沉。下沉之后,它开始沿地球向南部移动。在向南移动的过程中,它会变热。等到达赤道以后,它会比上面的气流还热。这样它又开始上升。由此,气流在一个巨大的椭圆形内循环。

赤道的上升热气流的另一半会向南部移动。到南半球的南纬30度的时候最终也开始变冷和下沉。然后,它会沿地球向北移动,在接近赤道的路上会变暖,最后完成循环过程。

北极和南极都很冷,因此,那里的气流都会下沉。这样下沉的气流会推动下层气流,逼迫它朝赤道移动。在北半球,被推动的气流会沿地表向南流动。向南流动过程中,它会增温,到南纬60度的时候,它的温度会高过上层气流的温度。然后,它开始上升。上升之后,它会向北移动,一直到北极,去填充那里因为向下移动的更冷的气流形成的空缺。因此,在北极,气流也是以巨大的椭圆形循环的。

在南半球,也是如此。冷气流在南极下沉,向北移动到北纬60度,并在那里变暖上升,然后南移替代南极下降的冷气流。因此,气流在南极亦是以巨大的椭圆形循环的。

如此,就有表层风在南北极向赤道刮。这些风之上的风就向与赤道相反的方向刮。

在30至60纬度内,气流也以巨大的椭圆形循环:其中一些气流,它们在北半球的60度纬度上向南移动,而不是向北移动。在较高的纬度上,这股气流会一直在高层流动,到与来自赤道30度的下降气流汇集为止。这股来自北方的气流然后也开始下降。从这里开始,它会向北移动到60度的纬度,并在那里上升。

在南半球,也是同样的一种情况。

因此,在30至60度纬线之间,南北半球都有地表风从赤道向两极刮过。这些风上层的风都向赤道刮来。

地球自转会引起这些风向东和向西偏移。

如果你在旋转木马中逆时针方向转动,并从木马中抛出一只球,此球看上去会向你的右侧偏转。这是一个错觉,因为牛顿第一定律说,除非施以外力,否则物体以直线运动。但是,并没有横向的力作用于这只球。因此,球的确是以直线运动的。转动的是你本人,是你的视点在发生变化:球的弯曲运动是你的错觉使然。

旋转木马的运动如同地球的转动。由于地球上的观察者与地球一起运动,它们跟坐木马的人一样也在转着圈。因此,气流在地表的运动会发生转向。从两极刮向赤道的风会转向西。从赤道向两极刮去的风就会转向东。

东风区与西风区交汇时,会以飓风的形式旋转。

风与山体相遇会被迫抬升。风遇谷地会下沉。因此,地表的形态会影响风向。

第九章:气候

尔见南风刮过,

料有热气来袭,

事果如此。

空气穿过大气层下沉,会形成高压区。向上移动的气流会形成低压区。上升气流一般会把湿气带给较冷较高的大气。这样的湿气会在途中凝聚。因此,低压区会有云和雨及风暴。

相当厚的大气、云层、海洋、大陆、极帽、空气运动及地表地形会形成多种气候。通常在高压控制的地区,云量较少,会晴天。在低压控制的地区,云层极密。这些云层会使湿气释放,水滴从云中下落,谓之雨。在较冷地区,水会变成晶体下落,谓之雪。高压和低压区的云层移动,强度会减弱或加强,导致不断变化的气候。又有一些时候,强劲循环的风及厚重的乌云会形成飓风,以每小时一百多公里的速度前进。

冷热气团交汇处,温暖潮湿的气流将上升,使水汽上升至大气层,会超越冷气团。潮湿气体与较冷气体相遇时,会凝聚成水滴,水滴落在地面成雨。如果冷气团在温热气团下前进,这就是冷峰。冷峰前行时,温度会下降。如果冷气团后退,因而令温湿气团在冷气团上面前进,那么,这就是暖峰。当温气团经过时,温度会上升。当冷峰与暖峰相遇,会形成多雨的天气。

又有一些时候,云层会引发雷电。电流从大气层中闪过,称之为闪电。闪电会造成强烈深沉的声音,称为雷鸣。雷电期间释放出来的能量与千吨级当量原子弹释放出来的能量是一样多的。所幸其沉降物是雨水而不是放射性元素。

赤道附近的上升热气流使海洋湿气上升,因而使那里的雨水特别多。这个赤道带的广袤陆地便形成热带雨林。

大陆以相当快的速度吸收并散射其热能,海洋吸收和散射热能的速度则相对较慢。因此,大陆上层的温度比海洋上层的温度变化更大。海洋上层的空气比大陆上层的空气更湿一些。结果,有海风刮过的陆地就形成温和的湿热气候。比如,英国和温哥华尽管都远在北部,但那里的气候却湿热温和。但是,北美的东北部和中国东部虽然也近海洋,但却非常干燥,四季之间有非常大的温度变化,因为在这些地方,盛行的西风源于大陆。

云层会阻挡光线,因此,多云的天气也有助于保持地球的热量。晚上如果多云,次日早晨则会比晚上无云热一些。

气候特征遵守物理学原则和流体力学原则,因此也容易理解和预测。但是,详细的天气预报却很困难,因为地球的地形和大气层太大,太复杂。

第十章:生命之母

陆地、海洋和大气层为生物提供了特别的环境。在太阳所有的孩子中,地球在容纳大量生物的环境方面是非常独特的。地球是太阳系的生命之母。生物是一种自我组织的复杂结构,由无数碳一氢一氧有机分子构成。虽然有无限多的生命形式,但只有两种基本类型:植物及动物。植物利用太阳光中的能量,在此过程中产生氧气供应地球大气层。动物有许多不同的特性和能力,其中一个就是移动的能力。

尔等当为大地祈祷。

行星学之第四书,称为月球

彼为较弱之光。

孤悬高空,统领黑夜。

第一章:月球的一些事实

地球有同伴,为月球。月球之于地球,如同小弟弟。其直径为地球的1/5,质量为地球的1/18。月球表面引力为地球的1/6:如果你在地球上重60公斤,到月球后,你的重量就是10公斤。

月球沿椭圆轨道绕地球旋转,离地球最近的时候,距离为36万公里。离地球最远的时候,距离为41万公里。

第二章:相位

月球处于地球靠太阳的一边时,月球黑暗的一面就对着地球,这就是新月。当月球处在地球的另一边时,月球明亮的一面就对着地球,称之为满月。月球围绕地球转动,月球表面被照亮的部分就面对着地球。这就是月球的相位。

月球需要27天时间绕地球转一周,在此期间,地球和月球都会绕太阳转动全程的1/13。因此,满月之间的时间多出1/13。这样,满月之间的时间就为近30天,这个间隔就是一个月。因此,月球每一个月完成一圈的转动,历经所有的相位。

第三章:日蚀、月蚀

月球有时候会通过地球与太阳之间的地区。从地球看去,太阳会变得暗淡无华。日蚀就是这一现象的名称。看起来,就好像印度教的吞日之神拉胡吞掉了太阳。有时候,满月会进入地球的阴影地带。照亮月球的阳光就会被挡住,月球暗淡下来,这一现象就是月蚀。

第四章:月球的特性

月球以围绕地球转动的同样速度自转。这使月球总以同一面对着地球。因此,月球较远的一面就一直不为地球所见。

第五章:月球地貌

月球的表面是尘埃和疏松的岩石。从地球上看去,月球好像有黑暗和明亮的地区。明亮的地区为山地,黑暗的地区为月海。因为古代熔岩流动,结果就更平滑。月亮上面有下陷地区,为环形火山口。火山口从几十米的直径到数十公里不等,应该是外太空岩石撞击所致。其中一些会放射出白光,这是由于撞击排出物所造成的。最着名的为第谷火山口。第谷火山口可放射出长达1000公里的白光。

第六章:潮汐

地球上的海洋能够感觉到月球引力的拉动,这就导致潮汐的涨落。引发这些潮汐所需的能量来自地一月系统的能量。月球以每百年数百米的速率远离地球,也可以说,地球在逐渐地失去对月球的拉力。虽然不太容易为人所察觉,但是,地球在随时间的推移而逐渐减缓自转,因为能量被潮汐所消耗。因此,地球白昼的长度会慢慢地增大。每千个百年,白昼会增长两秒。

行星学之第五书,称为慧星

天与地布满征象,

笃信者据以为凭。

第一章:起源

太阳系的外端为黑暗王国,偶有点点的星光是太阳的来客。

常见的情形是,在离太阳数千天文单位的地方,10公里大小的冰、尘和粗砂构成的星体会偏离轨道奔袭太阳而来。数万年之后,这样的星体会经过海王星附近。当它接近太阳时,太阳会使其升温。冰冻的气体会蒸发,并释放出尘粒。气体会反射太阳的光,发出暗红的颜色。这就是慧星。

第二章:结构

在慧星的核心,会有发光的膨胀气体,这就是慧星的慧发。太阳辐射会使慧星的尘粉发光。太阳风会吹动慧星的气体,这就会形成跟吹嘴上的蓝色火苗一样的长长的白色条痕,这就是慧星的尾巴。

当慧星沿曲线绕近太阳,然后又从太阳身边飞走时,其尾巴不会指向太阳,而是指着太阳相反的方向。对于地球上一些不了解真情的人来说,这个形象很是奇怪,因为慧发应该是向其尾巴相同方向移动的。但是,千真万确,这事非常自然,因为它的尾巴受到太阳风的吹动,慧星飞向遥远的地方后,太阳不再加热其冰冻的气体。然后,慧星就又一次消失在暗空。

第三章:轨道、大小、生与死

有些慧星因木星和土星的扰动,或者因为与小流星的碰撞而在太阳系的内侧可以看到。慧星以巨大的椭圆形轨道运动,每隔几年,几十年或者几个世纪会造访太阳。这些就是短周期的慧星。

地球人看到的那些慧星一般都有10公里大小的体积,其慧发可伸及数千公里长,慧尾则长达一亿公里。第一次看到慧星的人会宣称发现这颗慧星,并以自己的名字命名这颗慧星。因此,慧星有如下一些名字:第谷慧星、哈雷慧星、恩克慧星、塔特尔慧星、波恩斯温内克慧星、沃尔夫慧星、舒马克一利维慧星、惠普尔慧星、哈尔一波普慧星等等。

有些慧星在接近太阳时会变得非常之热,竞至分解成很多碎片。这些慧星不久即毁灭了。大多数慧星在最后破解之前都会造访太阳系一千多次。由于每颗慧星最终都会破解和消失,因此慧星都有自己的生命周期。但是,太阳系外太空边缘的星云会不时提供新的慧星。

在任何一个既定时间里,慧星的数量都会超过一万亿个。但是,它们的质量合并起来才只是地球质量的几倍。它们很少访问太阳,偶有访问光线也很暗,很少有能够在地球上观察到的。它们来的时候,会停留几个月的时间,然后离开。在夜空中,地球上的人看到最大的慧星,它们的尾巴延伸十多个月亮那么长。但是,小慧星可以通过望远镜看到。最小的慧星通过时,人们根本就看不见。

行星学之第六书,称为流星

巨星自云天坠落,

燃烧如明灯闪耀。

第一章:起源

地球有客自太阳系来,更有远亲在无边宇宙。

常有的情形是,一粒卵石样的碎片来自外太空,进入地球轨道后又穿过大气层。与地球大气的摩擦使其炽热如火,闪出亮光。它在暗夜如光的条纹拖动。这就是流星,它像飞星疾驰夜空。

第二章:流星雨

有岩石并杂物落自九天。

在一年的某些时期,地球要通过一个布满外太空杂物的地区。抬眼望去,每小时可见数十颗流星。流星雨就是自然焰火的展览。着名的流星雨都有名称。比如,每年的1月3号,会有一阵象限仪流星雨。4月22号,会有天琴座流星雨。英仙座流星雨会持续两个星期,高峰期在8月12号。猎户座流星雨持续几天时间,高峰在10月21号。在11月17号,狮子座流星群会展示其光芒。双子座流星雨也持续几天时间,但12月14日才是它展示真正辉煌的时候。流星雨经常是因慧星形成的。比如,猎户座流星雨就与哈雷慧星有关。例外的情况是双子座流星雨,它源自一种叫做“四轮马车”的小流星。

第三章:殒石

较少见的一种情况是,流星从天上飞过,燃烧过后剩下一大块发出暗红颜色的圆球,大小约月球的1/4或更大。这就是所谓的火球。

一克流星在大气层中释放出来的能量相当于100克TNT(三硝基甲苯)。这些小流星会在大气层中变成粉末燃烧尽净。由于大部分流星都很小,几乎所有的流星都会消失在大气层中。但是,不太常见的情形是,地球会遇到一种相当大的流星。这样的大型殒石撞击地球会形成一个大坑。每隔数亿年,一颗10公里或更大体积的流星有可能打击地球一两次,产生相当于一亿兆吨TNT炸药的爆炸力。由此造成生态灾难,地球将经历一场浩劫。