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天空的秘密

2014-01-23 01:28:52 今日中学生(初一版) 2013年12期

陈重威

尽管大家和大气有着最亲密无间的接触,或沉浸其中,或为了活下去而大口将它吸入体内,但浩瀚无垠的天空还是对大家保守了很多秘密。

魅力十足的云层

构成云的微小水滴需要有催化种子才会开始生长,它们可以是矿物质颗粒,也可能是细菌;最新的研究结果显示,宇宙射线也可能参与了这一过程;当更多来自太空的高能粒子碰撞大气时就会形成更多的云层,其结果将对大家的气候产生深远的影响。

在海岸线附近经常可以见到阵势浩大的呈蜂窝图案的云。这种被称为“巢室开放式”的云是天空中一道独特的风景。它们是在雨水将空气射流往下驱赶到大海表面上方时形成的。每股射流接着会不断地向外扩散,一直持续到与其他射流相碰撞为止。在发生这种现象的地方,射流都会再度按蜂窝图案升腾而起,催生出千姿百态魅力十足的云朵。

夜光云是一种形成于距地面约80千米的大气中间层的云。这种呈半透明状的云层由精细的冰晶组成,颜色为银白色或蓝色。夜光云看起来有点像卷云,但比它薄得多。这种罕见的云一般只在冰冷的高纬度地区露脸。但是,近年来,夜光云越来越多地出现在低纬度地区,并且越来越亮、越来越频繁,甚至在离赤道不远的地方也能探测到它们的踪影。科学家还不清楚这是为什么。

变幻无穷的极光

说到夜光云,是不是让你想起了极光?实际上,它们完全是两回事。极光是一种大气光学现象。简单地说,极光就是来自太阳的高能带电粒子碰撞地球磁场时,形同漏斗般地以尖端对着南北两极而发生的放电现象。出现在北极的叫北极光,出现在南极的叫南极光。极光往往突然出现,持续一段时间以后又突然消失。

极光通常有带状、弧状、幕状或放射状等多种形状。由于空气中含有氢、氧、氮、氦、氖、氩等气体,在带电粒子流的作用下,各种不同的气体会发出不同颜色的光,例如,氖气发出红光,氩气发出蓝光等等。因此极光的颜色丰富多彩、变幻无穷。如果有机会去黑龙江省旅游,建议你首选漠河北极村,在那里你将有机会看到五彩斑斓的北极光。

生命起源于高空?

地球上几乎没有什么生物能像细菌和真菌这些天空中的隐形常客那样遨游得如此高远。1977年,奥地利科学家在阿尔卑斯山3千米处收集到的云滴中,目睹了细菌在其中生长和繁殖的情景。美国科学家在世界各地的观察点都发现了藏身于雨和雪之中的微生物。他们认为,微生物能在无生命的核做不到的温度下激发结冰这一过程。但仍有很多人怀疑天空中是否有足够的细菌能影响云的形成。为此,一个美国科学家团队在2007年驾机飞临怀俄明州上空采集云样。他们发现,三分之一的冰核中含有微生物,包括细菌和真菌孢子。

到目前为止,没人知道有多少物种在高窄游移飘荡,也没人知道高空生命是如何成为可能的。正如一位美国科学家所说的,“大家对高空边界一无所知”。为此,他的团队将气球发送到中间层内,借此探视那里是否有生命的踪迹。目前,他们依然在整理调查的结果,但初步迹象表明,有些生命在超过60千米的高空还能够生存。

距地面如此高远的条件,跟火星表面具有惊人的相似之处:冰冷、干燥,几乎没有空气且辐射强烈。所以,对地球大气层外缘的生命展开研究,可以让大家深入了解地外生命的生存境遇。有科学家甚至认为,原始细胞也许是在中间层的细微水滴中生成的。这些水滴或许是从陨星中汲取的营养,而更为复杂的化学现象则是受来自太阳的紫外线照射而发生的。

空气潮汐的威力

对海洋潮汐你一定并不陌生,但你是否了解空气潮汐呢?如果说大海的沉浮起伏受制于月亮,那么,空气海洋则是按一种更加复杂的节拍而涌动不已。太阳的热量与月球的引力相结合影响着大气的压力和运动,所形成的空气潮汐具有令人惊叹的威力。

在大家生活的低空,空气潮汐几乎难以觉察。然而,随着潮汐般的气压波逐渐向上翻涌,它们的能量会传递给质地稀薄得多的空气,形成更加狂暴的运动,不时达到飓风的速度。在数十万米的上空,一次高潮能使大气层明显地增厚,从而加大对沿轨道运行的卫星的曳力。还会对无线电通信造成干扰,扰乱包括全球定位系统GPS数据在内的无线电信号。

低空的空气潮汐表面上看起来无足轻重,却依然能使大家脚下的大地发生位移。美国科罗拉多州就有大块带泥土的岩石正在缓慢地向山下滑动,地质学界称之为“矿泥滑行”。美国地质学家的调查发现,其滑动速度同空气潮汐密切相关;因为潮汐会造成气压失衡,改变山崩处底层泥土颗粒问的接触压力。

闪电仍是难解之谜

人类的祖先曾对闪电充满敬畏之心,虽然大家现在确信闪电不是诸神手中挥舞的一件武器,但闪电对于现代科学来说仍然是个难解之谜。谜团之一在于,雷电云是如何变得如此高度荷电的?最合理的说明是:当细小冰粒与形体较沉被称为霰的雪泥团之间发生碰撞时,往往会传递电荷,但这一过程在真实云层中的作用并没有得到证明。更大的谜团在于,当空气是电绝缘体时,雷霆闪电的巨大电流究竟是如何开始流通的?让空气经过分解而形成导电的等离子是可能的,但这需要大于每米100万伏的超强电场。气象学家曾将数以百计的携带仪器的气球和火箭发送到雷电云中,为的是测试那里的局部条件;但他们迄今见到过的最强电场只有所需值的十分之一左右。

闪电也许需要某种催化剂才会一泄为快?有科学家认为,宇宙射线参与了催化过程。正是这些来自太空的带电粒子使空气得以电离,产生呈锥形的自由电子射丛,为开始流通的电流创造了必要的条件。但至今仍没有确切的证据能证明宇宙射线是雷霆闪电的始作俑者。

“黑暗闪电”是存在的

尽管“黑暗闪电”的名字听起来更适合“科幻小说,但是研究人员最近收集到的证据显示,这种闪电是存在的。事实上,科学家直到上世纪90年代才第一次发现这种由X射线与伽玛射线组成的黑暗闪电。与普通闪电类似,黑暗闪电也形成于雷云之中,并通过与普通闪电展开“竞争”才获得释放能量的机会。

尽管无人准确知晓,但也许有人以前就曾被黑暗闪电击中过,很有可能是在乘坐飞机的时候。但这种可能性并不大,因为飞行员往往对雷暴敬而远之,而且黑暗闪电的数量要比普通闪电少得多。如果被黑暗闪电击中,飞机上的乘客可能既听不到也感觉不到。据科学家估计,他们吸取的辐射量相当于一生中可以接收的安全辐射总量。

地震光与地震云

几百年来,一直有人报告在地震前夕或期间,天空中出现诡异离奇、凶险不祥的闪光、火花,甚至是吞噬地面的火焰。据说,1746年,秘鲁圣洛伦索岛上摇曳闪烁的火焰令典狱长惊骇不已,他当即下令释放了所有在押的犯人,好让他们一起留神察看。3个星期后,一场大地震袭击了附近的利马,引发的海啸洗劫了这个方圆5千米的小岛。

地震光是如何形成的尚不清楚。有科学家认为,当地壳中的岩石受到挤压时,会形成往上向地表传播的脉动电荷;岩石变得犹如蓄电池似的产生出巨量电荷。虽然这个过程只是产生低电压,但电荷会在地表形成一个超薄层。正因为电荷集中在极狭小的间距内。因此会形成一个强大的电场,也许足以使空气电离而发生由地表向上空传播的熠熠闪烁的放电现象。

地震光是如此的罕见,因此很难证实上述说明的正确性。美国科学家正通过设置摄像网络和数据处理中心来监测类似的现象。他们希翼这个系统与卫星成像技术配合,有朝一日能提供近似于气象预报的地震警示。

光或许不是大地震迫在眉睫的唯一空中预兆。2004年,在伊朗断层线上方的云中出现了一个奇特的直线型缺口。69天以后,一场地震接踵而至。2005年缺口再度形成,这一次的地震是在6天以后发生的。

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