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第二章

13兴旺的卫星家族

人造地球卫星是由人工制造、环绕地球在空间轨道上运行(至少一圈)的无人航天器,人们简称它为人造卫星或卫星。

自从1957年前苏联发射第一颗人造地球卫星以来,到1996年近40年来,全世界共发射了4000多颗航天器(包括人造地球卫星、载人飞船和太空探测器等),其中,人造地球卫星占90%左右。今天,卫星已形成种类繁多、用途广泛的一个大家族了。

尽管如此,所有人造卫星都包含各种仪器设备的若干系统,这些系统可分为专用系统和保障系统。

专用系统是指与卫星所执行的任务直接有关的系统,大致又分为三大类,即探测仪器(如红外天文望远镜等)、遥感仪器(如各种照相机、测视雷达等)和转发器(如通信转发器等人)。

保障系统主要有结构系统(卫星的外部壳体属结构系统的一部分)、热控系统(使卫星内保持一定的温度)、电源系统(卫星体外张开的一般为太阳能电池板)、无线电测控系统、姿态控制系统(使卫星保持一定的姿态)和轨道控制系统筹。有些卫星还装有计算机系统,用以处理、协调和管理各分系统的工作。返回式卫星还有返回着陆系统等。

在人造地球卫星的大家族中,包含哪些成员呢?主要有:

通信卫星它是在地球赤道平面内,离地面35860公里的高空上运转的同步卫星。由于它与地球同步运转,所以卫星好像静止地悬挂在空中。世界上第一颗同步通信卫星是美国于1963年发射的,其覆盖面积大约为地球表面积的40%。我国在1984年成功地发射了第一颗通信卫星。有了通信卫星,就能在大范围内迅速传播电视、电话、电报、传真图片等。

通信卫星还可以用于军事、航空、航海和飞机、船舶的导航等。如果在赤道上空的同步轨道上,等距离分布3颗通信卫星,就能实现全球通信。人们坐在家里就能收看世界任何一个电视台的节目。

气象卫星专门进行气象观测的人造卫星。自从1960年美国发射了第一颗气象卫星,到目前为止,太空中已经有上百颗气象卫星运转。利用气象卫星可以获得大气层中许多气象资料。例如,云、地表面温度、海水温度、大气温度和湿度的垂直分布等。气象部门根据这些资料和拍摄到的照片、云图,就能较快、较准地作出天气预报。此外,对渔场分布,可以通过气象卫星找出冷暖海洋交界处,这里鱼饵丰富、鱼儿集中。

侦察卫星人们也称它为太空“间谍”,它以偷窃军事情报为主。自1960年前后出现以来,发展很快,已成为有能力发射这类卫星国家获取情报的有效工具,成为现代作战指挥系统和战略武器系统的重要组成部分。在这些太空“间谍”里装有各种各样的侦察设备,如照相机、电视摄像机、红外探测器及电子侦察仪器等。按执行的任务和侦察设备的不同,侦察卫星一般可分为照相侦察卫星、电子侦察卫星、海洋监视卫星和导弹预警卫星。侦察卫星是卫星家族中为数最多的一类,它占卫星总数的60%左右,是世界上发射数量最多的一种卫星。

导航卫星它为地面、海洋、空中和空间用户导航定位服务。自1960年4月美国发射第一颗导航卫星“子午仪”以来,世界各国发展了数十颗各种类型的导航卫星。现在它们正在为飞机、导弹、舰船等各种用户当“向导”。

测地卫星用于测定地面点坐标、地球形状和地球引力场参数,也可作为地面观测设备的观测目标或定位基准。它可以为洲际导弹发射测定准确的目标位置。60年代初,人们观测人造卫星运动,推算出地球扁率,利用卫星测定观测站坐标,计算地球重力场,取得较大成果,从此,美、苏、法等国相继发射了测地卫星。

地球资料卫星它是在气象卫星基础上发展而来的。1972年7月23日,美国发射了世界上第一颗地球资料卫星。它采用60年代发展起来的航空遥感技术,如光谱遥感技术,拍摄出照片,帮助人们寻找地下的丰富矿藏,调查森林、水文、耕地种植和农作物生长等情况。地球资源卫星能迅速、全面、经济地提供有关地球资源的情况,对资源开发和国民经济有重要作用。地球资料卫星分为陆地资料卫星和海洋资料卫星。

科学卫星和天文卫星它可以帮助人们研究地球周围的空间、太阳和天体物理。其中天文卫星又分为以观测太阳为主的太阳观测卫星和以探测太阳系以外的天体为主的非太阳探测天文卫星、紫外天文卫星、X射线天文卫星和Y射线天文卫星等。

此外,还有用于拦截敌方卫星的反卫星等。人造卫星的种类远不止上面所说。世界各国对卫星的研制、发射正方兴未艾,我国也在急起直追,成绩斐然。

14卫星是怎样发射的

首先,当装有卫星的运载火箭耸立在发射台上,全部准备工作完毕,按照“倒计数程序”进入最后预备阶段。随着地面控制中心的发射指令:“9.8.7.6、5.4、3.2、1.发射,第一级火箭发动机点火,运载火箭开始脱离发射架上升,而且速度越来越快。这就是加速度飞行段开始了。

运载火箭从地面发射到把有效载荷送入预定轨道,称为发射阶段。在这一阶段所飞经的路线就叫做发射轨道。运载火箭的发射轨道一般为三大部分,即加速飞行段。惯性飞行段和最后加速段。运载火箭垂直起飞后10秒钟数到0秒钟后,开始按预定程序缓慢地转弯。发动机继续工作约100多秒后,运载火箭已上升到70千米左右高度,基本达到所需的入轨速度和与地面接近平行的方向时,第一级火箭发动机关机分离,同时,第二级火箭发动机点火,继续加速飞行。此时,已飞行2-3分钟,高度已达150千米一200千米,基本已飞出稠密大气层,按预定程序抛掉箭头整流罩。接着,在火箭达到预定速度和高度时,第二级火箭发动机关机、分离,至此加速飞行段结束。

这时,运载火箭已获得很大动能,在地球引力作用下,开始进入惯性飞行段,一直到与卫星预定轨道相切的位置,第三级火箭发动机开始点火,进入最后加速段飞行。当加速到预定速度时,第三级火箭发动机关机,卫星从火箭运载器弹出,进入预定的卫星运行轨道。至此,运载火箭的任务就算完成了。

15飞向月球

1969年7月侨日肯尼迪航天中心所在的梅里特岛上,冯·布劳恩博士亲临控制中心。上午9点32分,市劳恩为他设计的“土星”5号火箭下达了“倒计时”的指令。身高110.6米,全重2930吨的“上星飞号,以1.32X10瓦的雷霆万钧之势,载着”阿波罗“11号飞船,踏上了地球人类希冀飞往月球的漫长之路的最后一程。

发射后9分11秒,第H级火箭脱离,第三级火箭第一次点火。11分40秒,第三级火箭熄火,飞船进入地球轨道。当第三级火箭再次点火后,飞船脱离地球轨道,进入狭长的地月过渡轨道。发射后3小时历分,指令舱和服务舱与第三级火箭暂时分离。指令舱驾驶员麦克尔·柯林斯把飞船调转180度,然后把指令舱端的锥状对接杆,慢慢地准确插入登月舱的连接孔。接着,埃德温·艾德林,这位宇宙工程学博士卸下登月和指令舱间的封闭隔板,接通电缆,完成了全部对接工作。发射后4时10分,第三级火箭与飞船彻底分离。登月舱向月球飞奔而去。

在月面降落

“阿波罗”11号在第一天飞行中,向地球转播了在高空俯瞰的太平洋和美洲大陆的景象。第二天的门点32分,飞船向地球转播了宇航员的生活和工作情况,转播达34分钟。第三天飞行中,又向地球转播了1小时30分有关宇航员进人登月舱及舱内仪器设备的场景。第四天清晨,11号飞船以每秒减速800米进入月球轨道。当飞船绕月3圈时,指令长尼·阿姆斯特朗主持第4次电视转播,许多地球人第一次清晰地看到了遥远月球的坑坑洼洼的表面。7月20日上午,柯林斯随飞船指令舱留在绕月轨道上,阿姆斯特朗和艾德林驾驶登月舱逐渐向月面下降。离月面2200米时,登月舱下降速度稳定在每秒6米。当登月能离月面150米时,阿姆斯特朗发现预定着陆点资料与实情不符。这位美国最著名的宇航员果断决定改变着陆点。经过102小时39分40秒的飞行,现在,“鹰”号登月舱的4条着陆支架终于稳稳地落在被称为“静海”的月球上地上。遥远星球亘古以来的宁静被人类的使者打破了。

划时代的“一小步”

地球上亿万人的目光都通过电视屏幕紧盯着走出登月舱口的阿姆斯特朗。他花了3分钟才走完9级踏板的舷梯。美国东部时间,1969年7月20日,22时56分20秒,月面上终于踏出人类的第一个脚印。阿姆斯特朗面对沉睡已久的月球大地宣布:“对一个人来说,这只不过是小小的一步,可对全人类来说,这却是一个巨大的飞跃.

在此后2小时40分的月面探险中,两位宇航员展开了太阳能电池阵。安设了月震仪和激光反射器,还采集了22千克月球岩石和土壤的样品,并与美国总统尼克松进行了电视谈话。7月ZI日上午11时15分,登月舱飞离月面之后与绕月轨道上的飞船会合。1969年7月28日,美国东部时间12时55分22秒,“阿波罗”11号完成人类首次登月后,安全溅落在夏威夷西南的太平洋上。总统尼克松亲临打捞的大黄蜂“号航空母舰,主持”阿波罗“11号三位宇航员返航的欢迎仪式。

“阿波罗”11号飞船和三位宇航英雄,在人类发展史上永久地刻下了自己的姓名。

16高空的窃听能手

常规战争中,敌对双方常常捉“舌头”(即俘虏对方人员)来了解对方战术意图、兵力部署及武器装备等情报。随着航天技术的发展,人们采用更先进的方式,即利用人造地球卫星窃取常规手段难以获得的敌方情报。

1984年4月17日,在伦敦发生了利比亚人民办事处用轻机枪扫射游行队伍的事件。这个事件的发生是有先兆的。据美国ABC电视台透露,事件发生前,利比亚政府曾指示利比亚驻伦敦人民办事处,“不能坐视反卡扎菲的示威游行”。美国很快就知道了这个指示,并通报英国政府,但在得到确切的情况之前,枪击事件就发生了,一名女警察被打死,许多参加游行的人负了伤。

窃听这个“指示”的是美国电子侦察卫星。它监听了利比亚政府和驻伦敦人民办事处之间的电话。由此可见利用侦察卫星进行情报战的作用。

在太空遨游的电子侦察卫星是窃听能手,它利用捕获无线电波的方式来获取情报。电子侦察卫星的任务主要有:一是确定敌方地面防空雷达和反导弹雷达的精确位置。信号特性和作用距离,以便使轰炸机或弹道导弹不被雷达发现和跟踪;二是确定敌方军用电台的位置和信号特性,以便战时将其摧毁掉,而更重要的任务在于平时窃听军事通信中的重要情报。

通常,雷达或军用电台的工作频率属高频段,因此,它的作用距离有一定限制。一个幅员辽阔的国家,为了保卫本国的安全,在远离疆界的腹地往往要布设许多防空雷达。如果在国外用舰船或飞机等一般的方法测量敌方防空雷达的位置和特性,那是极为困难的,甚至无法办到。但是,如果用卫星去侦察,就能打破国境线的障碍,“无忧无虑”地测定敌方雷达的位置和特性。

电子侦察卫星窃听方式比较巧妙。当卫星经过敌方上空时,卫星上的磁带迅速地录下雷达信号和其他电磁辐射源,然后在自己国土地面站上空又把磁带记录信号“快手快脚”地输送到地面站,经过地面分析。研究或破译,就能掌握敌方地面雷达的位置和特性,从而偷偷窃听到许多敌方重要信息。

窃听能手--电子侦察卫星在太空飞行的轨道,近地点(距地心最近时的位置)高度300-500公里,因此,窃听能力很强。它与照相侦察卫星一样,具有普查型和详查型两类。

普查型“窃听能手”,用来对敌方地面大面积侦察,测定地面雷达的大致位置,窃听地面雷达的工作频段。详查型.“窃听能手”,用来捕获感兴趣的雷达特征和电台信号的详细情报,用搜索型超外差接收机窃听地面的无线电信号。

目前,多数电子“窃听能手既能作一般监视,对地面进行普查性窃听工作,又能对地面各种无线电信号进行搜索和窃听,一颗卫星身兼普查和详查两种功能。一般来说,电子侦察卫星上的计算机里贮存所有已知的敌方雷达信息(如位置和信号特征),如果卫星一旦探测到新的雷达位置和新的信号,下次经过这一地区上空时,便会自动地对这些特性进行分析,并对新的雷达进行定位,以确定雷达的精确位置。因此,窃听能手--电子侦察卫星能无一遗漏地探听清楚地面雷达、无线电台等的位置和信号特征。

17大炮能把卫星送上天吗

据研究,只要能使物体获得7.9公里/秒的速度,它就能绕地球运行,成为人造地球卫星。怎样才能使物体获得环绕速度呢?人们曾经想用大炮把地球卫星发射到天上去,但是,目前超远程大炮只能打出速度为2公里/秒的炮弹,离环绕速度还差得很远。

用飞机直接把人造地球卫星送上轨道,这也是不可能的。现代喷气式飞机能在空中飞行,靠的是飞机的推力和机翼的升力,而推力和升力的产生又必须依靠空气。这样它离不开包围地面几十公里厚的大气层,速度也不可能很大。

人造地球卫星是靠火箭送上天去的。发射人造地球卫星的火箭叫做运载火箭,也叫运载工具。人造地球卫星能否发射成功,火箭的速度是个关键问题。

在目前技术条件下,一般火箭发动机的喷气速度最大只能是2.5公里/秒,相应地,火箭前进的最大速度是4.5公里/秒。很明显,要把卫星送上几百公里的高空,并具有环绕速度,用单级火箭是很难达到的。所以,在目前技术条件下,单级火箭无法使卫星达到环绕速度,不能做卫星的运载火箭。

多级火箭在航行过程中,可把工作完毕而变得无用的火箭壳体和发动机(死重)抛掉,以达到提高速度的目的。目前,发射人造地球卫星只要用二级或三级火箭就足够了。根据需要还可以用一枚多级火箭同时发射几颗卫星。

多级运载火箭是一个整体,通常由几个单级火箭组成。一般用串联形式连接,各级头尾相接,也有下一级为并联、上面为串联的组合形式,整个运载火箭分为壳体、推进系统、飞行控制系统等。

运载火箭还有各种分离系统,包括各级的分离,卫星与运载火箭末级的分离,卫星与整流罩的分离。级间分离系统既要保证各级牢固连接,又要在下面一级工作完毕之后,可靠地把它分离掉,同时启动上面一级发动机和控制系统工作。

发射人造地球卫星时,运载火箭从地面起飞到进入卫星轨道可分为加速飞行段、滑行段(惯性飞行)和最后加速三个阶段。加速飞行段是指运载火箭由地面垂直起飞,在发动机推力的作用下,运载火箭飞出了稠密大气层后,达到预定速度熄火。运载火箭熄火后推力等于零,这时靠自己获得的能量,在地球引力的作用下滑行,一直飞到与卫星轨道相切的位置时,火箭再一次点火,稍许增加一点速度,使卫星最后加速入轨。

为了对发射人造地球卫星有一个比较全面的了解,以一枚三级火箭(液体火箭)为例,将卫星的发射与入轨的一般过程略述如下:

当卫星及其运载火箭出厂运送到发射场,经技术阵地检测合格后,再运送到发射阵地,竖立在发射台上,尔后进行卫星和运载火箭的对接、加注推进剂、程序控制指令的装定以及各种测试,在最后测试合格后,由控制中心下达命令,火箭点火。在第一级发动机的推动下起飞,火箭徐徐垂直上升,穿过稠密大气层后,第一级发动机在预定时间熄火、分离、脱落,与此同时,第二级发动机点火工作,继续加速。第二级发动机在预定时间熄火、分离、脱落,运载火箭的第三级与卫星一起,经过一段自由滑行,到达预定轨道附近,按程序控制指令第三级发动机点火,继续加速,使之达到预定速度,在预定点把卫星弹出,进入预定轨道。这就是发射人造地球卫星的简单全过程。当然,在这过程中,如果某零部件出了故障,那么卫星发射就会失败。

将卫星送入地球轨道的办法很多,前面所述只是其中的一种,是节省能量的最简便易行的一种。

18飞机为什么能飞

飞机为什么能飞?尽管有各个部件的配合,但是最主要的是飞机有一对采用特殊剖面形状的机翼。

翼剖面又称翼型。典型的翼型上凸下平,人们通常称流线型。根据流体的连续性和伯努利定理可知,相对远前方的空气来说,流经上翼面的气流受挤,流速加快压力减小,甚至形成吸力(负压力)而流过下翼面的气流流速减慢。于是上下翼面就形成了压力差。这个压力差就是空气动力。按力的分解法则,将其沿飞行方向分解成向上的升力和向后的阻力。阻力由发动机提供的推力克服。升力正好可克服自身的重力,将飞机托向空中。这就是飞机为什么会飞的奥秘所在。

19地球为什么会自转

我们知道,太阳系的几乎所有天体包括小行星都自转,而且是按照右手定则的规律自转,所有或者说绝大多数天体的公转也都是右手定则。为什么呢?太阳系的前身是一团密云,受某种力量驱使,使它彼此相吸,这个吸积过程,使密度稀的逐渐变大,这就加速吸积过程。原始太阳星云中的质点最初处在混饨状,横冲直闯,逐渐把无序状态变成有序状态,一方面,向心吸积聚变为太阳,另外,就使得这团气体逐渐向扁平状发展,发展的过程中,势能变成动能,最终整个转起来了。开始转时,有这么转的,有那么转的,在某一个方向占上风之后,都变成了一个方向,这个方向就是现在发现的右手定则,也许有其他太阳系是左手定则,但在我们这个太阳系是右手定则。地球自转的能量来源就是由物质势能最后变成动能所致,最终是地球一方面公转,一方面自转。

20为什么在地球上看到的星星是黄色的

从地球上看星星,它们并不是黄色的。表面温度12000-40000度的恒星,蓝白色,例如,猎户l(猎人腰刀南端的“伐”)。10000度的白色,例如,天琴α(织女一)。7000-8000度的黄白色,例如,仙后β(王良一)。5000-6000度的黄色,例如,天龙β(天棓三)。4000度的橙色,例如金牛α(毕宿五)。3000度的红色,例如,猎户α(参宿四)。温度更高的,辐射能量主要在紫外波段,不能穿透地球大气;温度更低,能量主要在红外波段,超出可见光范围。

21海鸥为什么总追着轮船飞

在海上航行的轮船,一般有一群白色的海鸥相伴,从而给白茫茫一望无际的大海洋增添了无限生机和诗意。

那么,海鸥为什么总是喜欢追逐轮船呢?这是因为,轮船在海上航行时,由于受到空气和海水阻力,在轮船上空产生一股上升的气流。海鸥尾随在轮船的后面或上空,可借助这股上升的气流毫不费力地托住身子飞翔。

另外,在浩瀚的大海中,小鱼、小虾之类被破浪前进的船激起的浪花打得晕头转向,漂浮在水面上,很快就会被视力极强的海鸥所发现,轻而易举地把它们吃掉。这种“守株待兔”的觅食方式,当然是海鸥的聪明之举。

22海水会越来越咸吗

海水是咸的,其原因是海水中含有各种盐分,平均每1000克海水中含35克盐。有人估计,如果把海水中所有的盐分都提取出来,铺在陆地上,可得到厚153米的盐层;如果铺在我国的国土上,可使我国平均高出海面2400米左右。

海洋刚形成时,海水和江河湖水一样,是淡的。后来,雨水不断地冲刷岩石和土壤,并把岩石和土壤中的盐类物质冲入江河,而江河的水流到大海,使海洋中的盐分不断增加。与此同时,海中水分不断蒸发(盐几乎不会蒸发),这就使盐的浓度越来越大。当然,这个过程是很漫长的。

这么说来,海洋一定会越来越咸了。含盐量高达25%的死海似乎肯定了这种推测。其实不然。因为海洋也通过以下几种方式“释放”盐分、把盐分“归还”于陆地:

⒈海洋中含盐类的可溶性物质的浓度达到一定程度时,会互相结合成不溶性化合物,沉入海洋的底部。

⒉海洋中的生物体内吸收了一定的盐类物质,当海洋生物死去后,它的尸体沉到海底。

⒊台风暴发时,狂风巨浪,海水被卷到陆地上,海水中的盐类物质也被带到陆地;从漫长的陆地变迁历史看,在海洋的海湾地带,由于地壳的升高而与海洋隔断。这些被隔离的地带,在太阳光的“肆虐”下,变成陆地,留下大量盐分。

那么,海水会不会越变越淡呢?这也不大可能,雨水和江河湖水每天连续不断地流入海内,海水的咸度会保持相对的平衡状态。当然,这不排除在某一个海域某一段时间,海水会变咸或变淡。

23炸药的威力为什么会很大

炸药爆炸,并不是炸药里蕴藏着特大的能量。一公斤炸药爆炸时所放出的能量并不比一公斤木材燃烧时放出的能量多,炸药爆炸时之所以具有巨大的威力,是因为炸药释放能量的速度特别快。

燃烧一公斤的木材,无论炉火有多旺盛,木材总是一点点地燃烧;如果把同样重量的炸药投入炉膛,炸药仅在十万分之一秒内,就把它含有的全部能量释放出来,平均每秒钟放出的能量达一亿达卡,在这样的能量冲击下,火炉连同房屋就会一起炸毁。

炸药爆炸时,在极短的时间内可以产生大量的气体,来不及扩散,会在爆炸中心形成几十万个大气压的强大压力,同时产生几千度的高温。正是因为爆炸时所造成的冲击如此突然而集中,所以使得炸药表现出巨大的威力。

24为什么天空会呈现不同的颜色

天空中色彩各异的颜色是在不同的气象条件下,阳光在大气层中的散射所引起的。我们所看到的天空的颜色,实际上是大气层散射的光线的颜色。如果天空是十分纯净的,没有大气和其它微粒的散射作用,那么,除了能看见太阳、月亮、星星以外,整个天空背景将是一片黑暗。

大气对不同色光的散射作用并不是“机会均等”的,在相同的非均匀媒质中,光的波长越短,散射就越强。波长较短的蓝光和紫光要比波长较长的红光和橙光的散射能力强10万倍;另一方面,散射强度与媒质中质点的大小有关,质点越小,越有利于短波光线的散射,而不利于长波光线的散射。

在晴朗的天气中,大气比较纯净,大气分子是极细小的质点,有利于短波光线的散射,所以阳光中波长较短的蓝光和紫光极易通过大气散射开来,散布在整个天空背景上,由于人眼对紫光不太敏感,所以天空看起来就成了蔚蓝色。

当天空中有云时,云中的水滴是较大的质点,可以引起各种色光的散射,相互混合的结果,看上去就如片片白絮。

在大雨来临之前,云中的水滴又大又密,透明度很低,散射出来的光线很少,因此天空看上去就是灰蒙蒙或黑沉沉的。

25火箭为什么能在太空中飞行

在大气层内,火箭的飞行可以根据牛顿的作用与反作用的理论解释,即火箭向后喷出气体,气体向后推动空气,空气就会给火箭以大小相同的反作用力来推动火箭前进。

但是,当火箭飞出了大气层到了宇宙空间,空气没有了,空气的反作用力也就不存在了,那么,火箭为什么还能继续飞行呢?其实还是要用牛顿定律来解释这一问题,关键是力和作用点的变换。

火箭向前飞行时,燃烧剂和氧化剂在燃烧室迅速燃烧,产生的高温高压燃气以每秒数千米的速度向后喷出。我们把火箭和喷出的气体作为互相作用的两个物体,作用点选在火箭上,问题就迎刃而解了。

火箭在喷气的时候相当于给气体一个向后的推力,按牛顿定律,喷出的气体就会通过在火箭上的作用点给火箭一个反作用力,使火箭向前飞行。这个物理过程与空气无关,所以即使是在没有空气的宇宙空间,火箭也会照样高速飞行。

26为什么停车信号用红色

我们知道,光线通过空气时会发生散射,对于相同的媒质来说,光线的波长越短,散射作用越强,光线的波长越长,散射作用就越弱。

在所有的可见光中,红光的波长是最长的,它约为紫光的1.7倍,所以空气对红光的散射作用最弱,它可以传得较远。特别是在下雨或大雾的天气里,空气的透明度大大降低,这种作用就更为明显。

用红色信号灯作为停车信号,可以使司机在比较远的地方看到信号,制动车子,减速慢行;如果司机在近处才看见停车信号,由于车的惯性作用是停不住的,极易发生危险。另外,红色会引起人的视神经细胞的扩展反应,是一种使人兴奋的扩张色,所以红色信号灯比较醒目,这也便于提醒司机及早刹车,防止事故发生。

红色信号灯不仅可以作为停车信号,还可以作为各种危险、警示信号。比如,在城市的某些高大建筑物的顶上常要装设红灯,这一盏盏的红灯可以保障夜航飞机的飞行安全,防止撞机事故的发生。另外,还可以作为公安消防部门的标志。

27火山爆发是怎么回事

火山并非是喷出“火”的山,它喷出的是一种高温粘稠的物质,这种物质叫岩浆。火山爆发时景象异常壮观。平时,死死被地包在地壳里岩浆,由于其温度极高,又承受着地壳的巨大压力,所以一遇地壳较薄的地方或有裂隙,岩浆就猛烈地冲出地面。

当火山爆发时,伴随着惊天动地的巨大轰鸣,石块飞腾翻滚,炽热无比的岩浆像条条凶残无比的火龙,从地下喷涌而出,吞噬着周围的一切,霎时间,方圆几十里都被笼罩在一片浓烟迷雾之中。有时候,由于火山爆发,还能使平地顷刻间矗立起一座高高的大山,如赤道附近的乞力马扎罗山和科托帕克希山就是这样形成的;有时候,又能在瞬间吞掉整个村庄和城镇。

火山的形成是地表下面,越深的地方,温度就越高,大约在20英里深处,温度之高足以熔化大部分岩石。岩石熔化时,就会膨胀而需要更多更大的空间。这种被高温熔化的物质便会沿着隆起造成的裂缝上升。当熔岩槽里的压力大于它上面的岩石的压力时,便向外爆发而形成一座火山。

28为什么云有各种不同的颜色

天空有各种不同颜色的云,有的洁白如絮,有的是乌黑一块,有的是灰蒙蒙一片,有的发出红色和紫色的光彩。这不同颜色的云究竟是怎么形成的呢?

我们所见到的各种云的厚薄相差很大,厚度可达七八公里,薄的只有几十米。有满布天空的层状云,孤立的积状云,以及波状云等许多种。

很厚的层状云,或者积雨云,太阳和月亮的光线很难透射过来,看上去云体就很黑;稍微薄一点的层状云和波状云,看起来是灰色,特别是波状云,云块边缘部分,色彩更为灰白;很薄的云,光线容易透过,特别是由冰晶组成的薄云,云丝在阳光下显得特别明亮,带有丝状光泽,天空即使有这种层状云,地面物体在太阳和月亮光下仍会映出影子。

有时云层薄得几乎看不出来,但只要发现在日月附近有一个或几个大光环,仍然可以断定有云,这种云叫做“薄幕卷层云”。孤立的积状云,因云层比较厚,向阳的一面,光线几乎全部反射出来,因而看来是白色的;而背光的一面以及它的底部,光线就不容易透射过来,看起来比较灰黑。

日出和日落时,由于太阳光线是斜射过来的,穿过很厚的大气层,空气的分子、水汽和杂质,使得光线的短波部分大量散射,而红、橙色的长波部分,却散射得不多,因而照射到大气下层时,长波光特别是红光占着绝对的多数,这时不仅日出、日落方向的天空是红色的,就连被它照亮的云层底部和边缘也变成红色了。

由于云的组成有的是水滴,有的是冰晶,有的是两者混杂在一起的,因而日月光线通过时,还会造成各种美丽的光环或虹彩。

29为什么极光出现在地球两极

我们已经知道,极光是高空稀薄大气层中带电的微粒所致,在带电微粒流的作用下,各种不同的气体所发出的光也不相同,因此就出现了各种不同形状和颜色的极光,美丽又壮观。

极光大多在南北两极附近出现,而很少发生在赤道地区,这是为什么呢?原因是地球像一块巨大的磁石,而它的磁极在南北两极附近。我们所熟悉的指南针因受地磁场的影响,总是指着南北方向,从太阳射来的带电微粒流,也要受到地磁场的影响,以螺旋运动方式趋近于地磁的南北两极。所以极光大多在南北两极附近的上空出现。在南极发生的叫南极光,在北极发生的叫北极光。我国在北半球,所以在我国只能看到北极光。

30为什么温水比冷水结冰快

有经验的汽车驾驶员都知道,冬天洗车最好用冷水而不用温水,否则温水一沾到车厢便会马上结冰。难道温水比冷水结冰快?这是为什么呢?

今天的科技日报报道称,其实,解释不了这个奇怪的自然现象是非常正常的,因为迄今为止,连科学家也没有搞清楚:为什么冬天温水比冷水冻得快?当今世界上还没有人能够破解这个看似稀松平常的自然之谜。

据说,古希腊人曾发现了这个有意思的自然现象,但他们没有找到答案。

1969年,一名坦桑尼亚大学生艾拉斯托·穆宾巴正式向全世界提出这个问题--为什么冬天温水比冷水冻得快?从那以后,这个问题才被全世界科学家所关注。据说,1969年盛夏,艾拉斯托·穆宾巴想亲手制作冰激凌,他把一杯由牛奶和糖水等物质相混合的、还没有放凉的温热液体放进了冰箱冷冻室,结果他惊讶地发现,这次液体结晶得比以往任何一次都快,他很快就吃到了自己亲手制作的冰激凌。这个有趣的发现激发他深入研究的欲念。从那以后,艾拉斯托·穆宾巴相继做了很多温水冷冻实验,写了很多篇研究报告。由于艾拉斯托·穆宾巴的突出贡献,这个神奇的自然现象现在被科学界称为“穆宾巴效应”。

现在,在许多解释中最为普遍的理论为:温差理论,即冬天温水比冷水冻得快,是因为温水与周围环境之间的温差大于冷水与周围环境之间的温差,温差大温水中水分子的能量会很快散发到周围环境中。当然,这个理论仍然遭到许多科学家的质疑。因为按照这个理论,冷水与周围环境之间的温差小,冷水分子能量失去较慢,那么出现的问题是,温水终究要变成冷水,它变成冷水后结晶速度应该与冷水直接冷冻一样。因此,考虑到把温水冷却成冷水时耗费的时间,应该得出结论,即无论怎样冷水都应比温水冷冻得快。看来,这个“温差理论”也不值得推敲。报道称,那么,温水到底缘何比冷水冷冻得快呢?温水在冷冻过程中肯定还有一个至今未被人们认知的机理。也许不久的将来,科学家会解开藏在我们身边的这个谜团。 2z1onvka1bzMYuUx3koR9IaR94hwmo7JjS7EU07OEzgCaX4pHLgOhY+lbKTU5pWg



第三章

31为什么台风的风眼中没有风

台风是范围很大的一团旋转的空气,中心气压很低,四周围的空气绕着它的中心以反时针方向快速地旋转。低层空气边旋转边向低压中心流动,空气流动速度越快,风速也越大。

在台风中心平均直径约为40公里的圆面积内,通常称为台风眼。由于台风眼外围的空气旋转得太厉害,在离心力的作用下,外面的空气不易进入到台风的中心区内,因此台风眼区就像由云墙包围的孤立的管子。它里面的空气几乎是不旋转的,风很微弱。

台风眼区外的空气,向低压中心旋进,它们挟带着大量的水蒸气,由于不易进入眼区,而在其外围上升,形成大片灰黑色臃肿高耸的云层,下着倾盆般的暴雨。而台风眼区内出现了下沉气流,因而云消雨散,夜间还能看到闪烁的星星。正如今年第5号台风威马逊的卫星图像所表现的那样,由于台风眼中一般是晴到少云天气,因而在卫星云图上呈黑色小圆点状。但台风眼移过后,天气将重新变得极为恶劣。

32为什么山区会出现焚风

“焚风”,顾名思义,就是火一样的风,是山区特有的天气现象。为什么山区会出现焚风呢?这是由于气流越过高山,出现下沉运动造成的。从气象学上讲,某一团空气从地面升到高空,每升高1000米,温度平均要下降6.5℃;相反,当一团空气从高空下沉到地面的时候,每下降1000米,温度约平均升高6.5℃。这就是说,当空气从海拔4000-5000米的高山下降至地面时,温度就会升高20℃以上,会使凉爽的气候顿时热起来。这就是产生“焚风”的原因。

焚风”在世界很多山区都能见到,但以欧洲的阿尔卑斯山,美洲的落基山,原苏联的高加索最为有名。阿尔卑斯山脉在刮焚风的日子里,白天温度可突然升高20℃以上,初春的天气会变得像盛夏一样,不仅热,而且十分干燥,经常发生火灾。强烈的焚风吹起来,能使树木的叶片焦枯,土地龟裂,造成严重旱灾。

焚风有时也能给人们带来益处。北美的落基山,冬季积雪深厚,春天焚风一吹,不要多久,积雪会全部融化,大地长满了茂盛的青草,为家畜提供了草场,因而当地人把它称为“吃雪者”。程度较轻的焚风,能增高当地热量,可以提早玉米和果树的成熟期,所以原苏联高加索和塔什干绿洲的居民,干脆把它叫做“玉蜀黍风”。

在我国,焚风地区也到处可见,但不如上述地区明显。如天山南北、秦岭脚下、川南丘陵、金沙江河谷、大小兴安岭、太行山下、皖南山区都能见到其踪迹。

33大气中为什么会出现晕

“晕”的出现虽然让人感到奇妙和异常,其实它是大气中的一种物理现象。当冰晶云存在时,云幕上日、月周围出现的圆形光弧,叫“晕”(hale)。它是由悬浮于大气中的冰晶对日、月光的反射和折射形成的物理现象。色序与副虹相同,即外紫内红。以太阳为中心的,称为“日晕”,以月亮为中心的,称为“月晕”。常见的晕有22度晕和46度晕。

晕与天气变化也有一定的关系。天气谚语云:“日晕三更雨,月晕午时风”。天空里有晕出现,表示观测站处在气旋的前端,距地面暖锋约几百公里。随着地面暖锋向观测站移动,伴随而来的天空将是云层愈来愈低,风力愈来愈大,并逐渐开始降水。但当气旋边缘经过时,则不一定有雨,而可能只是风力增强,风向改变。

此外,在热带气旋外缘,如果有卷层云存在,也会形成晕。所以在台风季节,低纬度地区看到天空有卷层云和晕存在时,台风将可能来临。

34共振的幽灵

任何物体产生振动后,由于其本身的构成、大小、形状等物理特性,原先以多种频率开始的振动,渐渐会固定在某一频率上振动,这个频率叫做该物体的“固有频率”,因为它与该物体的物理特性有关。当人们从外界再给这个物体加上一个振动(称为策动)时,如果策动力的频率与该物体的固有频率正好相同,物体振动的振幅达到最大,这种现象叫做“共振”。物体产生共振时,由于它能从外界的策动源处取得最多的能量,往往会产生一些意想不到的后果。

18世纪中叶,法国昂热市一座102米长的大桥上有一队士兵经过。当他们在指挥官的口令下迈着整齐的步伐过桥时,桥梁突然断裂,造成226名官兵和行人丧生。究其原因是共振造成的。因为大队士兵迈正步走的频率正好与大桥的固有频率一致,使桥的振动加强,当它的振幅达到最大以至超过桥梁的抗压力时,桥就断了。类似的事件还发生在俄国和美国等地。鉴于成队士兵正步走过桥时容易造成桥的共振,所以后来各国都规定大队人马过桥,要便步通过。

在我国的史籍中也有不少共振的记载。唐朝开元年间,洛阳有一个姓刘的和尚,他的房间内挂着一幅磬,常敲磬解烦。有一天,刘和尚没有敲磬,磬却自动响起来了。这使他大为惊奇,终于惊扰成疾。他的一位好朋友曹绍夔是宫廷的乐令,不但能弹一手好琵琶,而且精通音律(即通晓声学理论),闻讯前来探望刘和尚。经过一番观察,他发现每当寺院里的钟响起来时,和尚房里的磬也跟着响了。丁是曹绍夔拿出刀来把磬磨去几处,从此以后就不再自鸣了。他告诉刘和尚,这磬的音律(即现在所谓的固有频率)和寺院的钟的音律一致,敲钟时由于共振,磬也就响了。将磬磨去几处就是改变它的音律,这样就不会引起共鸣。和尚恍然大悟,病也随之痊愈了。

登山运动员登山时严禁大声喊叫。因为喊叫声中某一频率若正好与山上积雪的固有频率相吻合,就会因共振引起雪崩,其后果十分严重。

35海浪为什么迎岸而来

在海岸上极目望去,波涛汹涌的海浪总是垂直于海岸线迎面袭来,从来没有见过沿海岸线前进的海浪,这是为什么?

海面上的波浪在深海处传播的速度总是比浅海处的传播速度快,越是近海岸,海水越浅,波浪的速度越慢。若用虚线AB表示海岸附近深水域与淡水域的分界线,那么在深水域中,海浪在第1、2、3……、11秒走过的距离较大(因为速度快),因此,线条之间的间隔大;在浅水域中,同样花费1秒钟时间,海浪经过的距离短,表现为线条之间的间隔小。因此,在分界线处发生了海浪的波长和传播方向的改变,海浪的传播方向变得渐渐垂直于海岸线了。由于越靠近海岸的海水越浅,因此,海浪的速度也渐渐慢下来,这就使它的传播方向越来越垂直于海岸线。当我们站在海岸面向大海时,由于看到的海浪都是以垂直于海岸线的方向一排排袭来,我们就感到海浪是迎你而来的。

在远离海岸的大海深处,海浪的行进方向取决于海风与海流的方向,并不一定朝观察者迎面而来。

36船吸现象

1912年秋天,“奥林匹克”号正在大海上航行,在距离这艘当时世界上最大远洋轮的100米处,有一艘比它小得多的铁甲巡洋舰“豪克”号正在向前疾驶,两艘船似乎在比赛,彼此靠得较拢,平行着驶向前方。忽然,正在疾驶中的“豪克”号好像被大船吸引似地,一点也不服从舵手的操纵,竟一头向“奥林匹克”号闯去。最后,“豪克”号的船头撞在“奥林匹克”号的船舷上,撞出个大洞,酿成一件重大海难事故。

我们知道,根据流体力学的伯努利原理,流体的压强与它的流速有关,流速越大,压强越小;反之亦然。用这个原理来审视这次事故,就不难找出事故的原因了。原来,当两艘船平行着向前航行时,在两艘船中间的水比外侧的水流得快,中间水对两船内侧的压强,也就比外侧对两船外侧的压强要小。于是,在外侧水的压力作用下,两船渐渐靠近,最后相撞。又由于“豪克”号较小,在同样大小压力的作用下,它向两船中间靠拢时速度要快得多,因此,造成了“豪克”号撞击“奥林匹克”号的事故。现在航海上把这种现象称为“船吸现象”。

鉴于这类海难事故不断发生,而且轮船和军舰越造越大,一旦发生撞船事故,它们的危害性也越大,因此,世界海事组织对这种情况下航海规则都作了严格的规定,它们包括两船同向行驶时,彼此必须保持多大的间隔,在通过狭窄地段时,小船与大船彼此应作怎样的规避,等等。

37高科技炮弹有哪些

对于炮弹,人们一般只知道它具有爆炸杀伤、破坏的功效,却不知炮弹在高科技的巧妙“催化”作用下已具备多种特殊的功能。可以预见,在未来的高技术战争中,炮弹家族将大显神威。

制导炮弹制导炮弹可以说是炮弹与导弹的“混血儿”。它像普通炮弹那样由火炮发射,也像导弹那样捕捉和跟踪目标。被誉为“打了不用管”的末制导炮弹和末敏炮弹,射程远,威力大,价格低,命中率高,具有子母弹的打击能力,还具有破甲弹、动能弹的攻击方式,在万马千军中拿下装甲目标的“首级”,如探囊取物一般容易。

窃听炮弹它是利用震动声音传感器窃听战场目标信息的。弹体内装有一个震动声音传感器,发射至目标区域后,能自动探测不同类型的声响,并能自动将目标的声音转换成电信号发送给控制中心,再还原成声音信号。这种炮弹对目标的分辨能力很强,而且不受地形和气候的限制,具有及时、隐蔽和不间断的目标侦探和监控功能,从而扩大了战场信息探测的时空范围。

电视侦察炮弹这种炮弹是以微型化电视摄像机和袖珍电视为主体组成。当火炮将其发射至目的地以后,弹中的摄像机开始工作,将拍摄到的战场实况通过微型发射机传输回去,整个侦察过程犹如电视台的实况转播那样直观。

电子目标破坏弹现代战场上,雷达、无线电等设备是指挥官的“耳目”,也是电磁波的发源地。此种炮弹专门用于寻找和破坏电子目标,一旦对方发射电磁波信号,该炮弹就会沿着辐射信号直奔其通信枢纽和指挥所。此时,即使电台停止工作,炮弹也能根据记忆装置的指令直捣目标。

强光致盲炮弹这种炮弹是通过辐射极强的闪光来破坏敌人各种侦察器材上的光学敏感元件和传感器的,从而使敌人双目失明丧失战斗力。发射手段可以用普通榴弹炮、迫击炮或航空炸弹,甚至可以用手榴弹投掷。

干扰炮弹这是一种用来干扰敌方通信联络和信息传递的弹种,其类型有通信干扰弹和声音干扰弹两种,通信干扰弹能对运行中的指挥通信网实施有效干扰,使其通信网络产生混乱,在不良气候和气温条件下特别适用。声音干扰弹是专门用于干扰敌方指挥信息接收的弹种,它能将敌方人员发出的各种指挥口令,重新编排成与原内容相反的口令,再用敌方人员同样的声音发送出去,以此干扰敌方战斗人员执行口令,使之真假难辨。

诱饵炮弹这是一种通过辐射强大的红外线能量,来制造一个与所保护目标相同的红外辐射源,以诱骗敌方红外制导导弹上当受骗的炮弹。诱饵炮弹有烟火型、复合型、燃烧型等类型,各种类型的诱饵弹均能制造与目标相同的红外辐射源,以对付敌方导弹的攻击。

反机动特种炮弹这种炮弹主要采用了两种技术:一种是抗摩擦力技术。这种炮弹的弹内装入大量高性能的润滑剂,用大炮或飞机发射到敌人的重要战略地域后,由于摩擦力大大减少,会使得敌方飞机无法起飞、列车脱轨、车辆失控等;有些超级粘性物质又有极强的粘胶作用,一旦人员或装备沾染了这种粘性物质后,就会被牢牢地粘在原地而无法解脱。另一种是采用特种化学剂。当弹丸在目标区爆炸后,可撒布大量的特殊功能的微粒战剂,它对人员不会造成任何伤害,但是当飞机、坦克、车辆等燃料箱或发动机一旦吸入,燃料的正常燃烧过程就会受到破坏,发动机就会被迫停止工作。

38威力无比的核武器

在第二次世界大战即将结束时,出现了一种给日本人民带来沉重灾难的大规模杀伤武器。

1945年8月6日清晨,在日本广岛这个仅有二十四万人口的城市,居民和往日一样平静地生活着。突然,随着急促的嗡嗡声,一架美国军用飞机飞入市区上空。在这之前,虽然已发出了空袭警报,然而人们在战争环境下对警报已习以为常,有人甚至误认为是来了一架侦察机,所以大部分人没有及时进入防空洞躲避。

这架美国飞机不是侦察机,而是一架B-29型轰炸机。这次,它只投下了一颗炸弹,然后就拼命逃离了广岛上空。那颗黑色大炸弹带着降落伞慢慢落向市中心,离地面还有五六百米时,急剧地爆炸了。

爆炸的瞬间,先是耀眼的强光一闪,随即是天崩地裂的爆炸声。紧接着出现一个大火球,逐渐上升。翻滚和扩大,变成一团暗棕色的烟云。地面上的尘土、碎石被扬起卷入空中,形成一个粗大的尘柱,并急速追赶上升的烟云团,最后两者会合成一个高大的蘑菇烟云;顿时,广岛市烟尘滚滚,房倒屋塌,成了一片火海,死伤人员达20万。占总人口五分之四以上。

这颗黑色大炸弹就是原子弹。由于日本法西斯拒不投降,美国政府决定用刚刚研制成功的原子弹袭击日本城市。在广岛被摧毁的三天以后,另一个日本城市--长崎,也遭受了同样的厄运。

原子弹为什么会有这样大的杀伤和破坏威力呢?说来也怪,它无与伦比的威力,竟来自小得人眼看不见的原子核中释放出来的能量。

大家知道,世界上所有物质都是由原子组成的。原子很小,一粒灰尘中就包括有几十亿个原子。而每个原子中间都有一个带正电的原子核。

原子核中具有的能量比一般化学反应产生的能量大几百万倍。当原子核发生裂变或聚变时,都能将其中的丰富能量释放出来。例如1克铀在裂变时,它的原子核产生的爆炸力相当于20吨TNT炸药的能量。

人们通过实验发现,一个铀原子分裂时能放出许多中子(原子核就是由带正电的质子和不带电的中子组成的),而这些中子又能击破别的原子,产生更多的中子,依次延续下去,这种现象叫做连锁反应,或者链式反应。原子弹就是利用原子核裂变的连锁反应来爆炸的。

为了实现核爆炸,即维持裂变的连锁反应,就必须有足够的核装药(如铀、钚)等,因为核装药数量少时,体积也就小,所产生的中子如果没有击中别的原子核,就有可能跑到核装药外面去,使链式反应中断。这种保证链式反应正常进行所需要的核装药的最小数量,叫做“临界质量”。

原子弹的结构与临界质量有一定的关系。核装药(如铀235)分成了好几块,并间隔一定距离放在弹体中,而每一块核装药都必须小于“临界质量”。这是为了防止在原子弹的制造和储存过程中,由于意外原因使中子进入核装药而引起核爆炸所采取的安全措施。

在核装药的外面包了一层坚固的能反射中子的材料,其作用是将过早跑出来的中子反射回去,以提高链式反应的速度。在核装药的中间装有能产生中子的中子原,在反射层外面装着起爆装置。起爆装置与装在核装药外面的炸药以电路相连。

需要原子弹爆炸时,先由起爆装置点燃雷管,进而引爆炸药,在炸药爆炸产生的高压作用下,将分成几块的核装药压合在一起,使核装药达到“临界质量”。与此同时,中子原放出中子,使核装药发生链式反应,于是原子弹就爆炸了。

原子核的裂变反应能放出巨大的能量,这是获得核能的一种方法,后来,人们在研究太阳发光的秘密时发现,“氢”元素的原子核在极高的温度下聚合成较重元素的原子核时,也能释放出巨大的能量。这种释放能量的方法,叫做“核聚变反应”或“热核反应”。

但是,核聚变反应比核裂变反应更复杂一些,它在反应时需要几千万度的高温。因此,长期以来,人们认为只有在太阳上才能满足这样的条件。直到原子弹爆炸成功后,用人工方法实现核聚变反应的愿望才得以实现。

这种产生核聚变反应的装置,实际上就是后来出现的氢弹。

由于氢弹是用原子弹作为引爆的“扳机”,所以它的结构与原子弹有些相似之处,好比是在氢弹内装了一个原子弹和发生核聚变反应的热核装料。原子弹爆炸后,在弹内产生极高的温度,从而引起热核装药的聚变反应,使氢弹发生爆炸。

氢弹爆炸时释放出的能量要比原子弹大得多,而且由于热核装药没有“临界质量”的限制,所以可根据需要制造威力特别大的氢弹。1952年爆炸的世界上第一颗氢弹,它所释放出的能量相当于投向广岛的那颗原子弹的五百倍。

核爆炸时产生的破坏和杀伤力与一般的武器弹药不同,它主要包括冲击波、光辐射。贯穿辐射、放射性沾染和核爆炸电磁脉冲五个方面,其中尤以冲击波和光辐射的破坏作用最大。冲击波的速度很高,约为一般强台风风速的好几倍。它既能使建筑物倒塌,又能使人体受到严重伤害。

光辐射能在大范围内引起物体燃烧,使人员受到严重烧伤。此外,它还能辐射出强烈的X射线和紫外线起杀伤破坏作用。

为了打破超级大国对核武器的垄断,保卫世界和平和祖国的安全,我国已先后研制成功了原子弹和氢弹,成为拥有核武器的国家之一。

39动物为什么不会迷失方向

两项新的研究揭示了动物是如何利用自身固有的“指南针”来识别方向的。研究人员发现迁徙的海龟是依靠地域性磁场引导它们在北大西洋中游动的。海龟通过沿着一个被称为北大西洋环流的循环流动系统确定自身的方位,避免了进入危险的寒冷水域中。来自美国佛罗里达州东部的海龟幼仔在一进入大海后,就开始漫长的迁徙。它们游向环绕着马尾藻海域的北大西洋环流,并用几年的时间沿着该环流游动。

科学家把海龟放置在一个大水缸中,水缸由计算机控制的线圈环绕着,以此来研究海龟幼仔对不同磁场的反应。每个海龟身上装有一个电子跟踪仪,可以记录下海龟的位置。海龟可以通过改变它们游动的方向,对磁场中的某些变化做出反应。

在另一项对赞比亚地下鼹鼠的研究中,捷克和德国的研究人员发现在名为上丘脑的大脑结构中有些神经细胞是这种动物生物“指南针”的一部分。这些细胞组对不同磁场方向会做出有选择性的反应。鼹鼠利用这些磁感觉信息合成了一幅它们周围环境的心理地形图,而其它的动物用不同感官信息来达到同样的地形图。

40太空育种的原理是什么

经历过太空遨游的农作物种子,返回地面种植后,不仅植株明显增高增粗,果型增大,产量比原来普遍增长而且品质也大为提高。

太空环境对植物基因产生影响已经得到各国科学家的证实。但是对太空育种原理的解释仍在争论之中。

科学家认为,太空育种主要是通过强辐射,微重力和高真空等太空综合环境因素诱发植物种子的基因变异。由于亿万年来地球植物的形态、生理和进化始终深受地球重力的影响,一旦进入失重状态,同时受到其他物理辐射的作用,将更有可能产生在地面上难以获得的基因变异。综合太空辐射、微重力和高真空等因素的太空环境对植物种子的生理和遗传性壮具有强烈影响,但是究竟主要是那些因素产生影响,以及如何产生影响,至今还没有定论。

41风是怎样形成的

大气为什么会运动?是什么力量驱使它运动的呢?原因是错综复杂的。水平的风,垂直的升降气流,不规则的乱流运动,都各有其复杂的成因。这里先就风的成因谈起吧。

自从十七世纪出现了气压表,指出空气有重量因而有压力这个事实以后,为人们寻找风的奥秘提供了开窍的钥匙。十九世纪初,有人根据各地气压与风的观测资料,画出了第一张气压与风的分布图。这种图不仅显示了风从气压高的区域吹向气压低的区域,而且还指明了风的行进路线并不直接从高气压区吹向低气压区,而是一个向右偏斜的角度。

一百多年来,人们抓住气压与风的关系这一条从实践中得来的线索,进一步深入探究,总结出一套比较完整的关于风的理论。风朝什么地方吹?为什么风有时候刮起来特别迅猛有劲,而有时候却懒散无力,销声匿迹?这完全是由气压高低、气温冷暖等大气内部矛盾运动的客观规律在支配着的。人们不仅用这种规律来解释风的起因,而且还用这些规律来预测风的行踪。

42云是怎样形成的

人们常常看到天空有时碧空无云,有时白云朵朵,有时又是乌云密布。为什么天上有时有云,有时又没有云呢?云究竟是怎样形成的呢?它又是由有什么组成的?

漂浮在天空中的云彩是由许多细小的水滴或冰晶组成的,有的是由小水滴或小冰晶混合在一起组成的。有时也包含一些较大的雨滴及冰、雪粒,云的底部不接触地面,并有一定厚度。

云的形成主要是由水汽凝结造成的。

我们都知道,从地面向上十几公里这层大气中,越靠近地面,温度越高,空气也越稠密;越往高空,温度越低,空气也越稀薄。

另一方面,江河湖海的水面,以及土壤和动、植物的水分,随时蒸发到空中变成水汽。水汽进入大气后,成云致雨,或凝聚为霜露,然后又返回地面,渗入土壤或流入江河湖海。以后又再蒸发(升华),再凝结(凝华)下降。周而复始,循环不已。

水汽从蒸发表面进入低层大气后,这里的温度高,所容纳的水汽较多,如果这些湿热的空气被抬升,温度就会逐渐降低,到了一定高度,空气中的水汽就会达到饱和。如果空气继续被抬升,就会有多余的水汽析出。如果那里的温度高于0摄氏度,则多余的水汽就凝结成小水滴;如果温度低于0摄氏度,则多余的水汽就凝化为小冰晶。在这些小水滴和小冰晶逐渐增多并达到人眼能辨认的程度时,就是云了。

43雨是怎样形成的

我们已经知道,云是由许多小水滴和小冰晶组成的,雨滴和雪花就是由它们增长变大而成的。那么,小水滴和小冰晶在云内是怎样增长变大的呢?

在水云中,云滴都是小水滴。它们主要是靠继续凝结和互相碰撞并合而增大的。因此,在水云里,云滴要增大到雨滴的大小,首先需要云很厚,云滴浓密,含水量多,这样,它才能继续凝结增长;其次,在水云内还需要存在较强的垂直运动,这样才能增加多次碰撞并合的机会。而在比较薄的和比较稳定的水云中,云滴没有足够的凝结和并合增长的机会,只能引起多云、阴天,不大会下雨。

在各种不同的云内,其云滴大小的分布是各不相同的,造成云滴大小不均的原因就是周围空气中水汽的转移以及云滴的蒸发。使云滴增长的因素是凝结过程和碰撞并和过程,在只有凝结作用的情况下,云滴的大小是均匀的,但由于水汽的补充,使某些云滴有所增长,再加上并和作用的结果,就使较大的云滴继续增长变大成为雨滴。雨滴受地心引力的作用而下降,当有上升气流时,就会有一个向上的力加在雨滴上,使其下降的速度变慢,并且一些小雨滴还可能被带上去。只有当雨滴增大到一定的程度时,才能下降到地面,形成降雨。

44雪是怎样形成的

我们都知道,云是由许多小水滴和小冰晶组成的,雨滴和雪花是由这些小水滴和小冰晶增长变大而成的。那么,雪是怎么形成的呢?

在水云中,云滴都是小水滴。它们主要是靠继续凝结和互相碰撞并合而增大成为雨滴的。

冰云是由微小的冰晶组成的。这些小冰晶在相互碰撞时,冰晶表面会增热而有些融化,并且会互相沾合又重新冻结起来。这样重复多次,冰晶便增大了。另外,在云内也有水汽,所以冰晶也能靠凝华继续增长。但是,冰云一般都很高,而且也不厚,在那里水汽不多,凝华增长很慢,相互碰撞的机会也不多,所以不能增长到很大而形成降水。即使引起了降水,也往往在下降途中被蒸发掉,很少能落到地面。

最有利于云滴增长的是混合云。混合云是由小冰晶和过冷却水滴共同组成的。当一团空气对于冰晶说来已经达到饱和的时候,对于水滴说来却还没有达到饱和。这时云中的水汽向冰晶表面上凝华,而过冷却水滴却在蒸发,这时就产生了冰晶从过冷却水滴上“吸附”水汽的现象。在这种情况下,冰晶增长得很快。另外,过冷却水是很不稳定的。一碰它,它就要冻结起来。所以,在混合云里,当过冷却水滴和冰晶相碰撞的时候,就会冻结沾附在冰晶表面上,使它迅速增大。当小冰晶增大到能够克服空气的阻力和浮力时,便落到地面,这就是雪花。

在初春和秋末,靠近地面的空气在0℃以上,但是这层空气不厚,温度也不很高,会使雪花没有来得及完全融化就落到了地面。这叫做降“湿雪”,或“雨雪并降”。这种现象在气象学里叫“雨夹雪”。

同样雪的大小也按降水量分类.雪可分为小雪,中雪和大雪三类。

45雾是怎样形成的

雾和云都是由浮游在空中的小水滴或冰晶组成的水汽凝结物,只是雾生成在大气的近地面层中,而云生成在大气的较高层而已。雾既然是水汽凝结物,因此应从造成水汽凝结的条件中寻找它的成因。大气中水汽达到饱和的原因不外两个:一是由于蒸发,增加了大气中的水汽;另一是由于空气自身的冷却。对于雾来说冷却更重要。当空气中有凝结核时,饱和空气如继续有水汽增加或继续冶却,便会发生凝结。凝结的水滴如使水平能见度降低到1千米以内时,雾就形成了。

另外,过大的风速和强烈的扰动不利于雾的生成。

因此,凡是在有利于空气低层冷却的地区,如果水汽充分,风力微和,大气层结稳定,并有大量的凝结核存在,便最容易生成雾。一般在工业区和城市中心形成雾的机会更多,因为那里有丰富的凝结核存在。

46露是怎样形成的

在温暖季节的清晨,人们在路边的草,树叶及农作物上经常可以看到的露珠,露也不是从天空中降下来的。露的形成原因和过程与霜一样,只不过它形成时的温度在0摄氏度以上罢了。

在0摄氏度以上,空气因冷却而达到水汽饱和时的温度叫做“露点温度”。在温暖季节里,夜间地面物体强烈辐射冷却的时候,与物体表面相接触的空气温度下降,在它降到“露点”以后就有多余的水汽析出。因为这时温度在0摄氏度以上,这些多余的水汽就凝结成水滴附着在地面物体上,这就是露。

露和霜一样,也大都出现于天气晴朗、无风或微风的夜晚。同时,容易有露形成的物体,也往往是表面积相对地大的、表面粗糙的、导热性不良的物体。有时,在上半夜形成了露,下半夜温度继续降低,使物体上的露珠冻结起来,这叫做冻露。有人把它归入霜的一类,但是它的形成过程是与霜不同的。

露一般在夜间形成,日出以后,温度升高,露就蒸发消失了。

在农作物生长的季节里,常有露出现。它对农业生产是有益的。在我国北方的夏季,蒸发很快,遇到缺雨干旱时,农作物的叶子有时白天被晒得卷缩发干,但是夜间有露,叶子就又恢复了原状。人们常把“雨露”并称,就是这个道理。

47霜是怎样形成的

在寒冷季节的清晨,草叶上、土块上常常会覆盖着一层霜的结晶。它们在初升起的阳光照耀下闪闪发光,待太阳升高后就融化了。人们常常把这种现象叫“下霜”。翻翻日历,每年10月下旬,总有“霜降”这个节气。我们看到过降雪,也看到过降雨,可是谁也没有看到过降霜。其实,霜不是从天空降下来的,而是在近地面层的空气里形成的。

霜是一种白色的冰晶,多形成于夜间。少数情况下,在日落以前太阳斜照的时候也能开始形成。通常,日出后不久霜就融化了。但是在天气严寒的时候或者在背阴的地方,霜也能终日不消。

霜本身对植物既没有害处,也没有益处。通常人们所说的“霜害”,实际上是在形成霜的同时产生的“冻害”。

霜的形成不仅和当时的天气条件有关,而且与所附着的物体的属性也有关。当物体表面的温度很低,而物体表面附近的空气温度却比较高,那么在空气和物体表面之间有一个温度差,如果物体表面与空气之间的温度差主要是由物体表面辐射冷却造成的,则在较暖的空气和较冷的物体表面相接触时空气就会冷却,达到水汽过饱和的时候多余的水汽就会析出。如果温度在0摄氏度以下,则多余的水汽就在物体表面上凝华为冰晶,这就是霜。因此霜总是在有利于物体表面辐射冷却的天气条件下形成。

另外,云对地面物体夜间的辐射冷却是有妨碍的,天空有云不利于霜的形成,因此,霜大都出现在晴朗的夜晚,也就是地面辐射冷却强烈的时候。

此外,风对于霜的形成也有影响。有微风的时候,空气缓慢地流过冷物体表面,不断地供应着水汽,有利于霜的形成。但是,风大的时候,由于空气流动得很快,接触冷物体表面的时间太短,同时风大的时候,上下层的空气容易互相混合,不利于温度降低,从而也会妨碍霜的形成。大致说来,当风速达到3级或3级以上时,霜就不容易形成了。

因此,霜一般形成在寒冷季节里晴朗、微风或无风的夜晚。

霜的形成,不仅和上述天气条件有关,而且和地面物体的属性有关。霜是在辐射冷却的物体表面上形成的,所以物体表面越容易辐射散热并迅速冷却,在它上面就越容易形成霜。同类物体,在同样条件下,假如质量相同,其内部含有的热量也就相同。如果夜间它们同时辐射散热,那末,在同一时间内表面积较大的物体散热较多,冷却得较快,在它上面就更容易有霜形成。这就是说,一种物体,如果与其质量相比,表面积相对大的,那么在它上面就容易形成霜。草叶很轻,表面积却较大,所以草叶上就容易形成霜。另外,物体表面粗糙的,要比表面光滑的更有利于辐射散热,所以在表面粗糙的物体上更容易形成霜,如土块。

霜的消失有两种方式:一是升华为水汽,一是融化成水。最常见的是日出以后因温度升高而融化消失。霜所融化的水,对农作物有一定好处。 2z1onvka1bzMYuUx3koR9IaR94hwmo7JjS7EU07OEzgCaX4pHLgOhY+lbKTU5pWg

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