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第31章 未来展望(1)

月球离地球而去怎么办

月球是地球惟一的卫星。亿万年来,月球沿着自己的轨道绕着地球旋转,日复一日,年复一年。人们对此已习以为常。但你知道吗?其实,月球正悄悄地试图从地球身边溜走!

天文学家说,地球上的潮汐现象多数是由月亮的这一运动引起的(太阳的作用稍小一点)。潮汐的形成是这样的:由于月亮绕着地球旋转,地球上的海洋受到月球的引力牵引,由于月球对地球本身的引力牵引作用大于对其水体的作用,面对月亮的那一面就出现高潮,地球上远离月球的另一面也同时出现另一个高潮。

在满月和新月时,太阳、月球和地球都在一条线上,这时形成的潮异乎寻常的大,人类称之为朔望大潮。而当月亮在最初和最后的1/4月牙时,较小的潮就形成了。当月球到达离地球最近处(我们称之为近地点)时,朔望大潮就比平时还要更大,这时的大潮被称为近地点朔望大潮。

所有这些牵引现象还产生了另外一个有趣的作用,通过牵引,地球自转的能量被月球一点一点地“偷”走了,由于能量损失,地球越转越慢,因此每100年地球的自转周期就延长了1.5毫秒,我们地球自转的一天也从最初的4—5个小时变成了今天的24小时。

1978年10月,英国《自然》杂志报道美国地理学家——普林斯顿大学的卡姆和科罗拉多州立大学的普姆庇对鹦鹉螺进行研究,在解剖了千百只鹦鹉螺后,他发现它们是一种奇异的“时钟”,外壁的生长纹清楚地记载着月亮在地质年代中的变化历程。

原来,太平洋南部水域里生活着一种鹦鹉螺,它被视为地球的“活化石”。鹦鹉螺是一种古怪的软体动物,身上背着一个很大的贝壳,外貌同蜗牛有点相似。壳内呈灰白色,腹部洁白,背部有棕黄色的横条纹。壳内由隔膜分隔许多“小室”,最外的一个小室最大,是它居住的地方,称“住室”。其他小室,体积较小,可贮存空气,称为“气室”。隔板中央有细管将室与肉体相联系。鹦鹉螺通过调节气室里空气的数量,使自身沉浮海中,夜间到洋面吸取氧气,白天则转移到海洋深处,改为厌氧呼吸。在吸取氧气的时候,鹦鹉螺要分泌出一种碳酸钙,并储存在它的贝壳出口处。白天,在厌氧呼吸过程中,碳酸钙会慢慢溶解,并留下一条条小槽,即生长纹。

有趣的是,鹦鹉螺的气室之间的生长纹同现代的朔望月非常接近。生长纹每天长一圈,气室则每个月长一隔。两位美国学者在考察、研究了新生代、中生代和古生代的鹦鹉螺化石后,发现同一地质年代的化石生长纹相同,而不同的地质年代化石的生长纹则不同:新生代渐新世的螺壳上有26条;中生代白垩纪的螺壳上是22条;侏罗纪的螺壳上为18条;古生代石炭纪的螺壳上是15条;奥陶纪的螺壳上共有9条。人们由此就推想到,在4亿多年前,月亮绕地球一周是9天,而随着时间的变迁,月亮的公转周期,逐渐变成15天、18天、22天、26天,而到今天则有29天多。他们还根据此法则作了进一步的推算,结论是,4亿年前,月亮和地球之间的距离仅为现在的43%左右,7000万年来,月亮渐渐离地球而去。另一些科学家通过对日食进行观察,并根据3000年间的天文记录的测算,发现月亮正在以每年5.8厘米的平均速度,在慢慢地离地球远去。

月球利用巨大的潮汐从地球身上吸取自转的能量,并且利用这个能量让自己从轨道上每年向外偏离3.8厘米。地球与月球之间的距离刚开始时是2.2万多千米,现在已拉大到了38万多千米,有科学家说是45万千米。随着时间的推移,月球还将会逃得越来越远。

虽然科学家得出的月亮脱离地球的速度不尽相同,但是其一致之处在于,月亮正缓慢地离地球而去。久而久之,总有一天它会飞离地球,一去不回。不过我们倒不用杞人忧天,因为那将是千百万年、几亿年甚至几十亿年以后的事了。那时候,随着科学的进步,人类或许有可能用自己的智慧和劳动来挽留月亮,让这颗美丽的星球永远成为地球的伴侣。

有月球相伴的日子,我们没有感到它有多么重要,可一旦它消失了,问题就很严重了。科学家们预测,没有了月球这个稳定器的作用,地轴再也不可能保持稳定的倾斜角绕太阳转动了,地轴来回摆动,地球就会失去平衡,气候也将出现剧烈变化,风将以每小时数百千米的速度掠过,沙尘暴肆虐,气温将在零下100℃到零上100℃之间跳跃,冰川融化,陆地淹没。那将是一幅多么可怕的景象啊!

每年,月球都从地球上吸取一点自转能量,并利用这能量来使自己在轨道上向外偏离3.8厘米。天文学家告诉我们,当月亮形成的时候,它与地球的距离仅仅是22530千米,而现在的距离已经拉大到了450000千米,而且随着时间的推移,月亮会走得越来越远。为了阻止月球的后退,有的科学家提出用在海中筑坝的方法来降低海洋潮汐的巨大威力,以减缓地球的能量被月球偷走。但在海中筑坝目前只是一件天方夜谭的幻想。最近一位美国科学家提出一个更为大胆的想法:既然挡不住月球的后退,就另辟蹊径。由于木星的卫星众多,不妨“借”一颗来用一用。捕获一颗木星的卫星,将它停放在月球的轨道上,来充当月球的替身,以帮助地球扶正因月球后退和消失而造成的混乱。

计划是否可行,另当别论,但月球的后退是事实,它的消失尽管遥远,却也不是无稽之谈。就像关心人类的命运一样,月球和地球的未来也需要人类去关注。相信总有一天,人类会想出更好的办法。

宇宙中的星球会相撞吗

如果地球同其他星球靠得很近,同时又是面对面运动的话,也许有可能互相碰撞。

靠地球最近的星球当然是月亮,但是它同地球的平均距离就有38万多千米。月球有规则地绕地球运转,不会同地球相撞。

太阳离地球更远,平均距离约为1.5亿千米,如果你步行到太阳去,得走3400多年。地球又是规规矩矩地绕太阳公转的,因此根本撞不到太阳上去。

至于太阳系的其他行星,太阳的引力迫使它们各就各位,在自己的轨道上运行,相互之间也是不会碰撞的。

如果还谈到其他恒星,那就离得更远了。与地球最近的恒星,离我们有4.22光年,这就是说,每秒钟跑30万千米的光线,从那里射到地球上来,也得花4年零3个月。

太阳系附近的宇宙空间里,恒星之间的平均距离在10光年以上。所有的恒星运行也都是有规律的,太阳和所有银河系的恒星都围绕银河系中心在旋转,而不是没有规律地横冲直撞。因此在银河系内,恒星之间碰撞的可能性很小。科学家计算过,在银河系里,平均说来,恒星的相碰大约每100亿亿年才会发生一次。

太阳系中倒是会发生彗星和行星的相遇、流星的陨落等现象。例如,1910年5月,地球从哈雷彗星尾巴中间穿过;1976年3月8日,吉林地区降落了世界罕见的陨星雨;1994年7月中旬,“苏梅克-列维9号”彗星撞击木星等。这些都是天体与天体的相撞,其中,陨星下落则是经常发生的碰撞现象。

什么是宇宙飞行中的时间膨胀效应

现在我们已经知道,最快的速度是光和电磁波的速度:每秒299792.5千米。没有比这更快的速度了。

光从月球达到地球只需1.25秒。当一个地球上的人用无线电与月面上的宇航员通话时,即使宇航员一听到声音就作出回答,地球上的人也要在2.5秒之后才能听到声音。

冥王星是太阳系中距离太阳最远的一颗行星。它的轨道直径也可以看作是太阳系的直径。光线从冥王星的一侧运行到另一侧,约需要11小时。

除太阳外,半人马座是离我们最近的恒星,距离为4.3光年。如果从地球上向它发出无线电信号,对方一收到就回答,那么地球上的人也要在发出讯号的8.6年之后才能听到对方的回答。

这样看起来,以光速飞行在宇宙空间还不够快,难道不能用超光速进行星际飞行吗?

人类现有的物理知识对此作出的回答是否定的。因为爱因斯坦的狭义相对论中指出,任何有质量的物质都不可能超过光速。而且,光速极限也多次被试验和观测证明是正确的。

不能以超光速进行飞行,人类能以光速或接近光速的速度进行太空飞行吗?

我们知道,当我们飞离地球时,必须使飞船逐步加速。而要让加速度保持在人体能承受的范围,加速到光速就需要很长的时间。同理,当到达目标星准备降落时,也需要很长的时间减速。

如果加速和减速的时间为1年,在目标星上探索的时间为3年,而飞船飞行的速度为光速,则寻访完一颗恒星返回地球到地球的总共时间为光速往返的时间再加上3年。

我们可能感到,这时间太长了,飞船上的“乘客”怎么能受得了!

其实不然,因为爱因斯坦的狭义相对论告诉我们,当飞行器的速度接近光速时,时间的流逝要比“正常”的时间慢,这便是时间膨胀效应。

在高速飞行的宇宙飞船上,一切东西的运动,如原子运动、钟的行进、人体的新陈代谢都会变慢。由于飞船上的一切都以相同的速度在变慢,所以飞船上的人感觉不到这种变化。他们只是发现飞船以外的一切都在加快。这好比坐在火车上的人感觉不到自己在运动,而发觉窗外的景物在动一样。

飞船相对于宇宙运行越快,飞船内部的时间流逝得越慢,当速度达到光速的98%时,时间流速仅为地面流速的五分之一,即在飞船内度过1年,而地球上却度过了5年。

人类能建造第二个地球吗

自从有了望远镜开始瞭望星空以来,人类一直在想:地球之外有没有人居住?目前的地球是宇宙中有生命的“惟一”球体吗?人类一方面担心有高于人类智慧的“外星人”入侵地球,一方面又希望有外星智慧生命来打破人类在宇宙中的“孤独”。进入宇宙时代之后,人类面临越来越多的全球性问题,也就更希望能找到另一个适合生命存在,尤其是适合人类生存的星球。寻找“另一个地球”,已成为当前和今后天文学探索的新热点。

1997年7月4日,美国“旅居者”探测车搭乘“火星探路者”飞船在火星成功着陆。此举再次激起人们探索火星的兴趣和热情。在许多人眼里,火星就是“另一个地球”的最佳候选者。因为火星是离地球最近的一颗行星,其自然条件与地球非常相似:两者都有相似的一年四季,火星的一昼夜只比地球的一昼夜长约40分钟;两者都有大气层,大气层中均含有二氧化碳、氮、氧,不同的是大气成分含量不同,火星大气中二氧化碳占多数,为95%,氮气占2.7%,氧气占0.1%;两者都存在水的形态,不同的是地球上的是液态水,它是地球生命的源泉,而火星上尽管发现在大气中存在着含量甚微的水蒸汽,但至今尚未发现液态水存在的迹象;两者都有一层土壤,不同的是地球土壤中有着一个生机盎然的世界,而火星土壤上则是一片荒凉。尽管看起来火星上自然条件恶劣一些,但人类探测火星的步伐还在继续:2005年派遣宇宙飞船到火星上去搜集实物样品(比如土壤、岩石等)并带回地球,供科学家进一步分析研究;21世纪前半叶,宇航员将驾驶飞船登上火星,实现人类拜访地球之外另一个行星的梦想;这之后,人类可望进入对火星的大规模开发阶段,把火星建成人类的另一片家园,但是具体时日实难预料。

火星能成为人类想要寻找的“第二个地球”吗?若是能,那么人类只有下功夫建设才行,因为目前条件下人类是无法在火星上生存的。但是,要把火星建成“第二个地球”谈何容易。

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