《我们的宇宙-美丽的地球》解说词文摘

转自 科技之光-我们的宇宙-美丽的地球之解说词


武汉电视台科技之光-科技新闻  今天的大气早已经不是地球诞生时的第一代大气。地球几十亿年地质活动和生命活动共同创造了一个相对稳定的最佳配方:21%的氧,78%的氮,1%的二氧化碳、水蒸气和其他气体。我们就生活在这样一个数千公里厚的空气海洋底部。应该深深感谢原始海洋中无数代绿色海藻光合作用的卓著功勋。是它们把浓重的二氧化碳吞噬殆尽,并为地球上生命大潮的涌动准备了必要条件,那便是富氧气圈的形成。美国著名科学家萨根说:“地球上的天空是用生命换来的。”还应该知道,大气虽然只占地球质量的百万分之一,但却阻挡了来自太空的陨石撞击,维持了地球适宜的温度,以水蒸气的分压,确保了地面上的游离水不被蒸发干净,并用20-60公里高空的臭氧层滤掉了足以杀伤生命的太阳紫外线。这便是我们今天为什么对南极上空出现臭氧空洞忧心忡忡的原因。

  地球引力如同一条无形的锁链,把我们牢牢栓在地面上。法国著名科幻小说家儒勒.凡尔纳曾写过一种大炮,能把人发射到月球上去旅行。那时他还并不知道,火箭的速度只有达到每秒11.18公里才能挣脱地球引力。这便是地球上的逃逸速度。领会这一点,有利于理解地球上大气的状况。事实上,如果气体分子的运动速度大于逃逸速度,我们的行星将无力吸引住它们而只能任其跑个精光。气体分子的平均速度是和他们的绝对温度成正比,和分子量的平方根成反比的。今天,我们地球的引力和温度,能够绰绰有余地抓住氧和氮的分子。至于飘到几百公里高空的氢和氦,则只能随他们开溜到太空中优游逍遥了。不妨设想,如果地球质量小一些,那么我们的空气将变得不胜稀薄,甚至不复存在。如果地球质量大一些,也许就留住了氢和氦并生成大量甲烷,使我们的空气变得完全无法呼吸了。

  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。

  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。

  该轮到我们逐一介绍各具风姿的太阳系之星了。距太阳最近的这一颗是水星。其实它上面一滴水也没有,但确实象一颗滴溜溜滚动的水银。中国古代称它为辰星,西方人则称它为希腊神话中脚生双翼、为诸神送信的飞毛腿赫尔姆斯。它的运动也的确比太阳系中所有行星都快。绕日一周只用88个地球日。强大的潮汐效应虽然还没有使水星以固定一面朝向太阳,但自转周期已经慢到59个地球日。水星自转3圈才看到一次日落日出,因此每昼夜长达176天。比一个水星年还长一倍。因此,“度日如年”的说法在水星上就几乎等于“时间过得真快”了。