王大虎

王大虎: 火星为什么是红色的?

王大虎

想在星空中找到火星通常是很容易的,因为夜晚的星星大多是发白光的,而火星却是红色的。

在“海盗号”宇宙飞船登陆车1976年发回的照片中,火星上的环境看起来有点像美国亚利桑那州:地面遍布岩石,巨石高耸,沙丘连绵,平顶高地与橙红色的天空相接。即使是在夏日的清晨,水雾和二氧化碳“雪”也可以将红色的岩石装扮得银装素裹。

火星上的土壤中含有大量的氧化铁矿物,这些物质反射太阳光中橙红色的部分,所以火星看起来是红色的。也就是说,火星的土壤中含有大量的铁锈。观察一下生锈的铁锅,火星就是这个颜色了!

风把尘土散播开来,为火星表面原本暗灰色的火山岩盖上一层铁锈。沙尘暴会把更多的土扬到空中。有时沙尘暴肆虐,整个星球笼罩在弥漫的红色沙尘中。即使没有风,空气中仍然有红色尘土漂浮,将天空染成粉色。

这颗红色的行星与我们居住的地球还有很多不同之处。它比地球小很多,大概只有地球的一半大。由于火星质量小,它的重力也小,大约只有地球上的1/3,也就是说,一个60千克重的人到了火星上就只有20千克重了。

火星的空气非常稀薄,密度只有地球上空气的1%。我们地球上的空气主要由氧气和氮气组成,火星大气的主要成分则是二氧化碳。

和地球一样,火星上也有季节变化。在冬季的夜晚,最低气温可以达到-140摄氏度;而在夏日的午后,最高气温可达20摄氏度。在寒冷的冬日清晨,二氧化碳气体会在空气中凝固,形成浓重的冰雾。

地球上有大峡谷,火星上也有峡谷(“水手号”宇宙飞船发现的火星峡谷),这是太阳系最大的峡谷了,延伸了3 000多千米(如果这条大峡谷是位于美国境内的,那么它足可以横穿美国大陆,从太平洋直通大西洋)。如果向峡谷里扔块石子,石子将会坠落4~6千米。

地球上有珠穆朗玛峰,火星上有奥林匹斯山,其海拔近24 000米。这座壮观的火山的高度约为珠穆朗玛峰的3倍,山峰的巨大基部可以覆盖整个X。

尽管今天的火星上的景象看起来与地球截然不同,但它曾经是太阳系中与地球环境最接近的行星。从图片上可以看到火星表面纵横交错的干枯河床,所以天文学家认为在这个荒凉沙漠星球上曾经有过河流,河水冲刷地面,形成了今天图片上看到的沟槽。

水在火星表面流淌了很久,也许是20亿年,然后慢慢地,一部分水渗入了土壤中,还有些封冻在地下深处的永久冻层中,而大部分水分则储存在北极附近的冰盖中(火星的南极主要是冰冻二氧化碳)。

那么,火星上的液态水又为什么消失了呢?有人认为是由于火星上的万有引力小,不足以维持原有大气。随着大气逐渐变得稀薄,大气压也随之降低,结果加速了地表水分的蒸发,然后散失到宇宙中去了。

天文学家还猜想,很久之前,当火星上的空气还比较稠密的时候,可能还含有氧气,依据就是尘土中的铁锈——铁在遇到氧气的时候发生化学反应生成的。既然火星上布满了红色的铁锈,这就说明火星上曾经的大气与今天完全不同,甚至有可能是可供人类呼吸的空气。

 

 

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我们的地球为什么是倾斜的?

 

如果你能有幸看到地球绕太阳旋转的情形,你一定会觉得我们地球的姿势实在是不优雅。因为地球在公转的同时自转,自转轴与公转平面并不是垂直关系,而是有23.5°的倾角,就像狂风中的帆船直不起腰。天文学家认为,46亿年前的宇宙大爆炸造就了太阳系,同样是这次破坏性的爆炸塑造了地球今天的形貌。

太阳、地球和其他七大行星的共同祖先原本是宇宙中旋转着的气体和尘埃云团。无数运动的物质颗粒碰撞后黏附在一起,物质团越长越大形成小星球,小星球之间又在相撞后合二为一,直到一颗行星大小的星球诞生。我们的地球也是这样形成的(地球的卫星可能是在地球还处在红热状态下时,某个较大体积的星体撞在地球上形成的)。按照克拉克·查普曼(美国亚利桑那州的图森行星科学研究所的一位研究员)的理论,在形成过程中,地球经受了无数次的冲撞,但最后一次强冲撞最终确定了地球今天的位置和姿势。

这个倾斜的角度却使地球上的生活变得多姿多彩:北半球的枫叶在深秋变成红色;孩子们在酷暑时节跳进池塘戏水;在严冬有时白雪皑皑……总之,地球的倾斜带来了四季的变化。

由于地轴与公转轴之间有夹角,所以一年当中,北极有半年时间倾斜朝向太阳,另外半年倾斜远离太阳。在北半球,当北极倾向太阳时,人们会获得更多的光和热;而当北极远离太阳时,天气就会变冷,夜晚也更漫长。南半球刚好相反,当波士顿时值严冬之际,巴西的圣保罗正沐浴在夏日的阳光中。

如果没有这个倾角,四季几乎会消失。因为地球公转轨道不是正圆形,所以一年当中与太阳之间的距离也是不断变化的。当地球离太阳近些时,温度就高些;距离远些,温度则会低些。但这毕竟是微小的变化,与四季的变迁相比,这些变化几乎可以忽略不计。如果不是这个倾角,我们的语言里大概就不会有“春”、“夏”、“秋”、“冬”这四个字吧?

科学家认为,是最后的一次强撞击最终确定了地球的倾斜角度。

 

 

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其他星球上会下雨吗?

 

地球上下雨不是什么稀罕事,我们经常会看到乌云密布,暴雨倾盆。在太阳系的其他行星上也有云团和风暴,但是这些云团却不是由水蒸气组成的,而是其他的化学物质或混合物。每颗行星都有其独特的大气和天气。

水星是距离太阳最近的行星,是一个火山密布、干旱荒凉的世界,白昼温度可以高达400摄氏度,这里的大气很稀薄,甚至难以察觉。水星上没有云,也没有雨。

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金星是我们的近邻,有厚厚的云层,还有穿过云层的闪电。由于厚厚的云层包裹了整个星球,挡住了我们的视线,科学家们曾经猜想云层之下的金星或许是一个X、多沼泽、丛林密布的世界。不过现在我们知道,我们的姐妹行星是一个岩石质的星球,正午温度高达480摄氏度。

金星上有真正的“酸雨”。黄色的云团不是水分组成的,而是X。下“雨”的时候,酸液滴从云层中掉下来,但是在480摄氏度的环境中,液滴还没有落到地面上就蒸发掉了。

火星,离太阳第四近的行星,是人类迄今为止发现的与地球最相似的行星。今天的火星上覆盖着稀薄的大气层。从“海盗号”火星宇宙飞船送回的照片上看,火星的表面与美国西南部的沙漠地区很相似。在火星上的冬季,二氧化碳组成的云团飘在红色的平原上,岩石上有霜层覆盖。早上,山谷里会漂浮着薄雾。雾是火星上与雨最接近的天气现象。

在火星上可以找到类似于河床的痕迹。科学家们猜测,这里曾经有河流,但现在干枯了。他们认为,几十亿年前火星上有很厚的大气层,雨水可能很充足。今天,这些水部分储存在了火星极地地区的冰盖里,或是岩石和土壤里。

离太阳第五近的行星——木星,与金星截然不同。木星是一个不停旋转的气体球,主要由氢气和氦气组成。在木星的中心,也许存在一个固体核,淹没在氢气海洋之中。木星的周围环绕着彩云带。有些云团可能是由水汽组成的,但大部分云团不是,它们很可能是由带有X性气味的氨冰组成的。有些行星专家认为木星上会有风暴,而且有时很猛烈。木星上的雨滴(或雪花)可能是由氨晶体形成的,但是在落到木星表面的氢气海洋上之前,这些冰晶就会液化,然后蒸发到空气中。

土星是太阳系中另一个巨大的气体星球。土星上的环境与木星的很相似。“旅行者号”行星探测器曾在土星赤道附近发现一次绵延5.6万千米的雷暴天气。

天王星也是一个气体星球,它的表面也覆盖着厚厚的云层。有些云团的主要成分是甲烷,看起来很像是地球上雷雨云的放大版本。这些云团耸立在天王星的上空,形状像铁匠使用的铁砧。天文学家说,液态甲烷滴会从云层中掉落下来,但在降落的过程中就蒸发了。

遥远而神秘的海王星也是由气体组成的。海王星的云层由甲烷冰组成,但科学家们对这里的天气状况却几乎一无所知。

然而人类寻找天气现象的目光并不只限于这八大行星。泰坦是土星的最大一颗卫星,有时,甲烷雪花会从红色的云层中飘下来,落在由甲烷或氮气组成的海洋里。这里有时甚至会下冰冻汽油。

 

 

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为什么旋转的地球从不减速,更不会停下来?

 

地球生来就是旋转的。科学家推测,地球和太阳系的其他7颗行星都来自于约46亿年前的一个旋转的气体和尘埃云团。云团里的物质颗粒自己也不停地旋转,相互黏附在一起,最后形成体积较大的天体。

今天,各行星绕太阳公转的方向依然与初始的云团旋转的方向一致。小行星,也就是行星和卫星形成之后留下的岩石天体,在围绕太阳公转的同时也在不停地自转。一些体积较大的小行星需要5~8个小时才能自转一周。

我们的地球自转一周的时间大约为24小时。据此,一位美国天文学家威廉·哈特曼(亚利桑那州的图森行星科学研究所的研究员)推算出地球赤道上的自转速度约为1 600千米/小时。

地球自西向东转。于是各个国家都将卫星的发射地点选在赤道附近(比如美国的佛罗里达州),而且总是朝着东方发射,这样,卫星在发射前就具有1 600千米/小时的初速度。

问题是,地球的自转速度为什么不加快也不减慢呢?实际上,地球的自转速度是在变化的。地球形成初期,它的旋转速度比现在快得多,据科学家估计,那时候地球赤道附近的自转速度大约为6 400千米/小时,也就是说,那时的一天只有6个小时(如果那时候地球上有人类存在的话,那他们将会在日出3小时之后看到日落,然后是只有3个小时的夜晚,估计只够打个瞌睡用的)。

那时月球距离地球也比现在近得多。几亿年来,月球离我们越来越远。月球的万有引力作用在地球的海洋上形成了潮汐现象。海浪的波动使地球自转减速,据估计,每过100年,一天的时间就加长半分钟。

 

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