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第16章 宇宙与太空趣闻(1)

宇宙和外太空虽然遥远,但也并非看不见、摸不着,只要你用心去体会,总能发现身边就存在着许多有趣的事情。

神秘的天外来客——陨石

陨石是什么

陨石是极为珍贵的天体资料,它能够告诉我们外太空的物质构成和演变状况。毫不夸张的说,一块陨石,就是一个小行星的发展史。陨石是人类直接认识太阳系各星体的珍贵稀有的实物标本。

陨石是地球以外的宇宙流星脱离原有运行轨道后变成碎片散落到地球的石体。在火星和木星的轨道之间有一条小行星带,被认为是陨石的故乡。这些小行星相互碰撞,被撞出轨道,奔向地球,在进入地球大气层的过程中产生高温、高压和内部不平衡,从而发生爆炸,未燃尽的流星落到地球上,就形成了陨石。

陨石的分类

根据化学成分的不同,陨石通常可以分为三大类:石陨石、铁陨石和石铁陨石。石陨石是最常见的陨石,主要的成分是岩石。铁陨石也称“陨铁”,主要成分是铁和镍。石铁陨石,或称为“陨铁石”,是介于石陨石和铁陨石之间的一种陨石,大体上由铁、镍等金属和硅酸盐组成,这类陨石非常少见。

引人入胜的陨石坑

陨石坑就是陨石高速撞击地表或其他天体表面所形成的坑穴。地球上已经被确认的大陨石坑中,以美国的亚利桑那州的梅蒂尔坑最为著名,其直径达到1240米,深170多米。坑的周围比附近地面高出约40米。据考证,该陨石坑是2万年前由一个直径约60米,重达10万吨的陨石体以约每秒20千米的速度撞击地面形成的。

太阳光与地球的生命

地球是太阳系中唯一具有生命的行星。之所以能够得到这样的结果,其根本原因在于太阳光的适度照射、水的存在和地球上的大气,正是这些条件,是地球上的生命存在成为可能。其中,太阳光的照射功不可没。

植物的光合作用

光合作用是绿色植物和藻类利用叶绿素等光合色素和某些细菌(如带紫膜的嗜盐古菌)利用其细胞本身,在可见光的照射下,将二氧化碳和水(细菌为硫化氢和水)转化为有机物,并释放出氧气(细菌释放氢气)的生化过程。

植物之所以被称为食物链的生产者,是因为它们能够通过光合作用利用无机物生产有机物并且贮存能量。通过食用,食物链的消费者可以吸收到植物及细菌所贮存的能量,效率为10~20%左右。

光合作用的作用原理是,植物与动物不同,它们没有消化系统,因此它们必须依靠其他的方式来进行对营养的摄取。就是所谓的自养生物。对于绿色植物来说,在阳光充足的白天,它们将利用阳光的能量来进行光合作用,以获得生长发育必需的养分。

这个过程的关键参与者是内部的叶绿体。叶绿体在阳光的作用下,把经由气孔进入叶子内部的二氧化碳和由根部吸收的水转变成为淀粉,同时释放氧气。

对于生物界的几乎所有生物来说,这个过程是它们赖以生存的关键。而地球上的碳氧循环,光合作用是必不可少的。

研究光合作用,对农业生产、环保等领域起着基础性的指导作用。知道光反应、暗反应的影响因素,可以趋利避害,如建造温室、加快空气流通使农作物增产等。

地球上的氧气离不开植物的光合作用

从生物与环境的互相关系的角度来分析,环境影响着生物,生物在适应环境时也影响着环境。

地球上动物、植物的生存离不开氧气,一切物质的燃烧,动植物的腐烂,铁的生锈等也离不开氧气。那么,长此以往,地球上的氧气会不会用完呢?

19世纪时,英国物理学家汤姆逊·克尔文曾十分忧虑地说:“随着工业的发达与人口的增多,500年以后,地球上的所有的氧气将被用光,人类将趋于灭亡!”事实证明,这种担忧完全是多余的,地球上的氧气不会用完。

瑞士的科学家谢尼伯曾经做过这样一个实验:他采集了许多植物的绿叶,浸在水里,放在阳光底下。叶子很快就不断地发出一个个小气泡,谢尼伯用一只试管收集了这些气体。这些气体是什么呢?当谢尼伯把一片点着了的木条扔进试管时,木条猛烈地燃烧,射出耀眼的光芒。这说明试管内是氧气,因为,只有氧气才能帮助燃烧。接着,谢尼伯又往水里通入二氧化碳。他发现,通进去的二氧化碳越多,绿叶排出的氧气也越多。谢伯尼得出了这样的结论:“在阳光的作用下植物靠着二氧化碳营养而排出氧气。”

原来,在阳光下,绿色植物会吸收空气中的二氧化碳,使二氧化碳与从根部吸入的水分发生化学作用,化合成他们需要的营养物,同时放出氧气,这叫做“光合作用”。植物通过光合作用放出氧气的总量比它呼吸时的需要氧量要多20倍左右。这样氧气在空气中就不会减少,而且经常保持21%的含量。同时二氧化碳也经常保持在0.03%的含量。

地球上的植物对于维持地球的大气环境具有绝对的意义,原因就在于它们通过光合作用,将二氧化碳吸收进去,转而释放出氧气,这样一来,既吸收了动物和人类工业排放出的二氧化碳,又释放出供人类和动物呼吸的氧气,这也就解释了为什么人们在森林里会感到呼吸特别畅快的原因。

因此,保护好现有的森林,尤其是热带雨林和温带森林,大力提倡种植绿色植物,就显得异常重要。

太阳光与植物生长

光合作用对人类的意义不仅体现在调节地球大气方面,它在农业生产方面也具有十分重要的意义。我们都知道,大多数农作物都喜光,种在阳面长势好,而种植在阴面背光处的农作物则长势差一些。

植物生长器官受单方向光照射而引起生长弯曲的现象称为向光性。对高等植物而言,向光性主要指植物地上部分茎叶的正向光性。以前认为根没有向光性反应,然而近年来以拟南芥为研究材料,发现根有负向光性。

植物的向光性以嫩茎尖、胚芽鞘和暗处生长的幼苗最为敏感。生长旺盛的向日葵、棉花等植物的茎端还能随太阳而转动。燕麦、小麦、玉米等禾本科植物的黄化苗以及豌豆、向日葵的上下胚轴,都常用作向光性的研究材料。向光性是植物的一种生态反应,如茎叶的向光性,能使叶子尽量处于吸收光能的最适位置进行光合作用。

植物喜光中的极端例子就要属向日葵的种植了。

向日葵在生长阶段,其叶子和花盘会随着一天中太阳的移动而顺势转动,使得其始终正对着阳光,借以更好的吸收太阳的光照。

据农业学家论述,向日葵从发芽到花盘盛开之前这一段时间,特别喜欢阳光,其叶子和花盘在白天追随太阳从东转向西,不过并非即时的跟随,植物学家测量过,其花盘的指向落后太阳大约12度,即48分钟。太阳下山后,向日葵的花盘又慢慢往回摆,在大约凌晨3点时,又朝向东方等待太阳升起。

在阳光的照射下,生长素在向日葵背光一面含量升高,刺激背光面细胞拉长,从而慢慢地向太阳转动。在太阳落山后,生长素重新分布,又使向日葵慢慢地转回起始位置,也就是东方。

但是,花盘一旦盛开后,就不再向日转动,而是固定朝向东方了。为什么最后要面向东方而不是其他方向或朝上呢?这可能是自然选择的结果,对向日葵的繁衍有益处。向日葵的花粉怕高温,如果温度高于30℃,就会被灼伤,因此固定朝向东方,可以避免正午阳光的直射,减少辐射量。但是,花盘一大早就受阳光照射,却有助于烘干在夜晚时凝聚的露水,减少受霉菌侵袭的可能性,而且在寒冷的早晨,在阳光的照射下使向日葵的花盘成了温暖的小窝,能吸引昆虫在那里停留帮助传粉。

太阳光与动物成长

太阳的光照对动物的生长也具有决定性的意义。除了通过光合作用,为动物提供适于呼吸的氧气外,光还无时不刻影响着动物的生物钟。

例如,老鼠喜欢生活在阴暗处,见光它们会受惊,其他如苍蝇,蚂蟥、疟蚊等也是如此。这些动物都属于避光性动物,它们追求阴暗的环境。更加极端的例子是,一场大雨使蚯蚓爬到土壤表面,但只要在短时间暴露在太阳光下就会死亡,这种现象称为光死亡。这些动物适应弱光的生活方式,称为夜行性动物。

而大多数动物则只有在光线充裕的情况下才能捕食,我们人类也只有在光下才能有效的工作和生活。这些动物适应较强的光照条件,称为昼行性动物。喜欢光的动物都有趋光性。

动物有许多其他活动也都和光线有关。

例如,鸟类醒来和鸣叫与光照强度有直接的关系,因此在不同季节便有鸣叫时间的不同变化;而幼小的鳗鱼在白天溯流而上,但在夜间就停止回游并且隐藏起来;蝗虫迁飞时如果遇到太阳被云遮住,立即停止飞行;金龟子在日落后五六分钟出现。这些都说明光照对动物行为的作用。

所以,各种动物的活动行为都与一定强度光的照明有关。

动物的季节性活动,虽然有很多种原因,但光是最主要的因素。在一年之中随着季节的变化,光对动物的形态、生理、生态都会发生作用。

例如,鸟类、哺乳类(海豹、鲸、鹿等)、爬行类(如海龟)、鱼类都有季节性迁移的习性,其中候鸟的迁移最引人注意,它们定期、定向,保持严格的季节周期,都与日光照射时间的长短有关。它们的生殖腺受长时间日照后就朝向北方飞行,而在秋季短时间日照下,生殖腺萎缩就向南方飞行。

鸟类更换羽毛、动物脱毛都与日光照射时间的长短有关。根据试验,将生活在雪地中的雪兔一整年都放在由人工控制短时间日光照射下,尽管温度保持夏季的2l℃,结果毛色仍保持冬季的白色,而不呈现夏季的棕黄色。

动物是经由身体的表面接受光的热能的,许多变温动物(蛇、鳄鱼等)在活动之前必须先晒太阳取暖,然后才开始活动。鸟类和哺乳类动物也常进行日光浴利用阳光取暖,以维持热能代谢的平衡,另外还能促进体内维生素D的合成。动物的身体表面都有一定的颜色和结构,就是为了有利于从日光照射中吸取热能,例如高山地区昆虫大多是黑色,因此可以吸收较多的太阳能,同时还可防止紫外线的伤害。

青蛙和鲑鱼的卵在有光的情况下,才能正常发育,并且比无光的环境下发育得更快。相反,生活在阴暗环境下的昆虫,在有光的环境下发育迟缓。这些都表示光对于动物的生长有减缓或促进的作用。

变色龙的体色变化不同,其颜色变化决定于环境因素,例如光线、温度以及情绪。人们一般认为,变色龙变色是为了与周围环境颜色一致,其实这是误解。实际也是对光的一种应激反应。

根据动物对光照强度的耐性范围,分成狭光性动物和广光性动物。

昼行性动物多为广光性,如大多数鸟类、灵长类哺乳动物、有蹄类、松鼠、蝶类等;

夜行性动物多为狭光性,如夜猴、蝙蝠、家鼠、夜鹰、壁虎、蛾类等。

人类根据动物对光的反应,可以做出调整,以促进农业发展。

例如,可以人工控制鸟类产卵,夜间补光提高母鸡产蛋量,鸟类每年按日迁移;

对于长日照兽类,即春天日照增长开始生殖的动物,如野兔、雪貂、刺猬等,可以增加人工光,以利生殖繁育;

对于短日照兽类,即秋天日照缩短进入生殖的动物,如绵羊、山羊、鹿等,可以人工减少光照,以利生殖繁育。

太阳光与人类

自从人类产生以来,就与太阳光结下了不解之缘。早晨,红日从东方升起,带来了光明,给大地带来了温暖,也养育了我们人类;夜晚,华灯初上,万家灯火,光又让人们在黑暗中不至于迷失,幸福的生活。

有了光,人类才可以看到东西,不仅可以看见眼前的东西,还可以看到很远或很小的东西;利用光,人们可以看见距我们亿万光年的天体;依靠光,人们可以观察各种细菌、微生物,乃至原子分子的结构。

太阳光所发出的光合作用,为人类制造出了粮食、蔬菜、水果和氧气,这些都是人类赖以生存的必需品;紫外线、X光、伽玛射线可以用来消毒杀菌,或者可以用来诊断治疗疾病以及工业探测;红外线也为人类的生活增添色彩。

一切物体都在不停地辐射红外线,温度越高,辐射的红外线就越多。物体辐射红外线的同时,也在吸收红外线。红外线的主要特性——热作用强。红外线的应用非常广泛,可用来加热物品。取暖、摇控、探测、夜视,还可用于红外线遥感、红外线论断疾病。

光还可以用来通讯或者制造自动控制仪器。光谱分析可以鉴定物质中的各种微量成分。

在生活中,人类广泛地应用着眼镜、照相机、电影放映机、电灯、电视机、经纬仪、测高仪、望远镜、显微镜等各种各样的光学仪器。在工业生产和国防建设中,光学仪器,光学的原理和方法都被广泛的应用着。

光与人类的生产活动具有十分紧密的联系。地球上天色的变化,往往是天气变化的标志之一。“人黄有病,天黄有雨”,就是我国劳动人民运用大气浊度的演变来预测天气的经验总结。

当天气变坏以前,空气中水汽必然增多,云层里水滴增大,这样太阳光射过来时,只散射出黄色的光来,使天空变成黄色。所以天黄常作为阴雨的预兆。在冬季湿度低的时候,天黄也是下雪的预兆。

臭氧层的破坏

最近几十年来,关于臭氧层遭到破坏的新闻经常见诸报端,引起广泛关注。臭氧层究竟是什么东西?它对我们真的很重要吗?它的破坏究竟意味着什么呢?

什么是臭氧层

臭氧层,是指大气层的平流层中臭氧浓度相对较高的部分,其主要作用是吸收短波紫外线。大气层的臭氧主要以紫外线打击双原子的氧气,把它分为两个原子,然后每个原子和没有分裂的氧合并成臭氧。