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触摸太阳系的边缘：Voyage-1的太空探索

空错 — Sun, 16 Mar 2008 22:28:17 +0800

图1 “旅行者”1号宇宙飞船（Voyager-1）（图片来源：NASA）

一、去吧，去触摸太阳系！

1977年9月，一颗体重为722kg的宇宙飞船”旅行者”1 号（Voyager-1 ）带着神圣的使命在美国腾空，这次腾空同时也代表了美国的高度。

这个使命甚至用现在的眼光来看，也是那样不可想象：触摸太阳系的边界！

是的，此前两个月，”旅行者”1号的妹妹”旅行者”2号就已经先行一步，迈向了太空。

这两姐妹要做的事实在很多，除了沿途不断地给太阳系拍照外，她们还希望能碰到外星人：她们带着地球的问候语”行星地球的孩子（向你们）问好”，希望能被外星人听懂。此外，飞船上还有中国的京剧和古曲《高山流水》！看吧，这两个才是中国文化的精华啊！

那是个冷战年代，那个时候的中国，正酝酿一场伟大的社会革命：改革开放！而美国人，却把自己的触角伸到了太阳系。

二、太阳系，你有多大？

图2 旅行者姐妹正在触摸太阳系的边界。（图片来源:NASA）

太阳系到底有多大，太阳系的边界到底在哪里？

哲学家康德曾说让他心灵震撼的一是头上的星空，二是人间的道德法则。一想起星空，人类就会觉得世界很奇妙，就会不可遏制地问自己：人类到底来自哪里？宇宙到底有多大？宇宙外面是什么世界？

好了，先别管宇宙了，先问问自己，太阳系到底有多大？

太阳系的边界通常有两种定义：

1，狭义的一种是以冥王星轨道为界，冥王星与太阳的平均距离是59亿公里。

即使这个距离很近，但人类至今还没有专门的宇宙飞船探访过这个因为个头太小而被踢出行星行列的家伙！不过，2006年美国在卡纳维拉尔角发射了世界首个冥王星探测器”新地平线”号，此刻正风尘仆仆地赶往冥王星，如果中途不出交通事故的话，估计到那里的时间是2015年。

地球到冥王星，飞10年！

还好，10年说快也快，先驱者10号和11号、旅行者1号和2号如今都已突破了这个界限。

2，广义的一种则是由带电粒子组成的太阳风伸展范围的边缘，它离太阳的距离为85至120个天文单位。这个距离，按照1977年的科技水平，至少要飞30年左右。

想一想吧，要飞到太阳系边界，30年！容易吗？你能保证小飞船在太空30年不出交通事故，保证他身体一路健康吗？保证他有充足的能量支撑他走到终点吗？但我们总得往好的方面想，NASA祝愿他的飞船一路顺风，希望他能活到2015年呢！

三、漫长的旅途

旅行者现在飞到了哪里？

2006 年，转眼间，”旅行者”1 号在太空也已经遨游了近29 年（如果他还活着的话）。按照美国航空航天局（NASA）计算的坐标系，旅行者1号应该距离地球大约147 亿公里 (NASA, 2007) ，也就是98 个地球到太阳的距离（即98 个天文单位），约3 倍地球到冥王星的距离。这正是太阳日球层顶即太阳系的边界。

四、旅行者，你还活着吗？

这个距离，不用说，无论人类用什么太空望远镜，都不可能看得到小小的太空飞船。

但是，一个激动人心的时刻发生在2006年的3月，而创造这次记录的竟然是一群业余天文爱好者！

2006年3月，一群来自德国的天文爱好者（AMSAT）宣布自己追踪到了旅行者1号！他们给NASA的科学家发信，宣布自己的发现，并很快得到了证实。

五、怎么追踪旅行者？

“旅行者”1 号虽然早就消失在人类视野中，但它也并非无迹可寻，因为它还在恪尽职守地往地球发射电磁波信号，而追踪它的前提是地球上的天线能够接收到飞船发回到地球的信号，并且通过一定的技术处理方法检测出这些信号。

但是，飞船信号抵达地球时功率非常小，旅行者1号发回来的信号大约是一枚普通电子表电池功率的200 亿分之一.( 方玄昌, 2007，我曾经发邮件向方老师请教怎么计算这个功率的，可惜没回信。谁知道的告诉我一声！谢过。)

图3 利用长观测时间技术,这些天文爱好者从6 分钟的电磁波数据中追踪到旅行者1 号发到地球的信号。（来源：AMSAT-DL）

这么小的功率，怎么还能追踪得到呢？太神奇了！我也很奇怪，也想请教人。资料说是根据长时间观测技术（long integration technique），原理是多普勒频移（这些天文爱好者还专门做了PPT给世界各地的爱好者做了次报告，告诉大家他们是怎么找到这些信号的）。具体细节的我就不知道了，但我们还是来看看那些收到信号的天线吧。

图4 第一张是大天线外观图，这个时候，天文台的窗口还没有打开。中间这张图是站在大天线脚下的仰视图。第三张图就是收到”旅行者”-1号发回信号的大天线，这个大天线的直径达到20米。（图片来源：MASAT）

火星勘测轨道飞行器MRO拍摄到火星上的多处山崩

空错 — Wed, 05 Mar 2008 19:57:10 +0800

看到这张图，我不得不震撼，这是分辨率0.3米（准确的说是31.8cm/像素）的探测器传回的照片。当然，这里不可能显示得和Google Earth一样清晰，因为原始数据为1781.7 MB。

请从图上仔细找找有几处发生山崩？

图1 2008年2月19日（传回地球需要时间，NASA是3月3日公布的），美国宇航局(NASA)利用”火星勘测轨道器”捕捉到了火星北极附近正发生山崩的情形，和地球上房子倒塌扬起尘土很相似，这么多尘土说明这个地方缺水啊。对了，火星上有水吗？（我看至少有4处山崩，下图显示了两处明显的山崩。）（图片版权：NASA/JPL/University of Arizona）

看新浪的新闻，说”据分析，山崩下来的物质是由冰层和尘埃构成，因此可以用来研究火星上是否有过生命。液态水是生命之源，目前已经证实火星上有水，但是没有液态水，只有固态水(冰)和气态水(水蒸气)。”（纳闷，怎么缺少液态水这个中间状态呢？）

看看科学家怎么验证火星上是不是有液态水的？

图2 最左边这张图是拍摄的火星山崩后的沉积物分布图。中间这张图是计算机模拟，如果火星存在液态水，这些崩塌下来的沉积物的样子。最右边的图是计算机模拟，没有液态水，也就是干燥的情况下，崩塌后的形态。一对比，发现干燥的情况比较符合实际图像。因此，人类还没有找到液态水的证据。（图片版权： Jon Pelletier, UA）

研究山崩有什么用？

除了研究火星生命外，新浪网又说：”过去，我们认为火星的地质活动是十分’宁静’的，它不像地球那样有剧烈的造山运动和板块运动，但现在看来火星上也并非’死水一潭’。火星上的山崩现象十分罕见，这是第一次拍摄到火星山崩。

这真的是第一次拍摄到火星山崩吗？

新华网在2004年有一条新闻：欧洲的”火星快车”探测器拍摄到火星山体滑坡照片，山体滑坡（Landslide）可能就是山崩的意思。因此，我又不敢相信这些网络新闻了，真的是第一次吗？真的只有固态和气态水，而没有液态水吗？

图3 放大的山崩图，如果要看更清晰的大图，请点击这里。

什么”照相机”这么好用？

图4 The High Resolution Imaging Science Experiment camera（图片来源wiki）

就是这个照相机，简称HiRISE，全称High Resolution Imaging Science Experiment ，中文名字高分辨率成像科学实验照相机。

这个照相机和我一样重（65kg），但显然比现在的我值钱多了（4000万美元）。最前面的那个大镜头是反射式望远镜，分辨率可以达到0.3米/像素。这个像素精度比Google Earth所用的快鸟卫星的精度还要高（快鸟是0.5m/像素）。

这个照相机搭载在哪个探测器上？

一个叫做 Mars Reconnaissance Orbiter（火星勘测轨道飞行器）的探测器上，价值7亿2000万美元。这颗探测器2005年8月12日上天，花了1年多（2006年11月）才最终进入自己设定的轨道。主要的任务是勘查火星地形，地层，岩石和寻找”冰”，并且利用大相机拍一些前所未有的清晰照。

图5 这个卫星上除了装载大照相机HiRISE，还有许多其他科学仪器，比如光谱仪spectrometers，雷达radar，SHARAD，MCS，CRISM，MARCI，CTX，可以针对不同的勘查目的成像。

人类探测火星简要历程

火星距离地球近，又一直被怀疑有生命迹象，因此是目前除地球以外人类研究程度最高的行星。截止到2007年底，人类共发射了38个火星探测器（不知道是否包括发射失败或上天后失踪的），其中美国18个，苏联17个，俄罗斯1个，日本1个、欧洲1个。

金星也距离地球近，为什么不多探测？（人类已向金星发射了32个空间探测器，其中22个成功，9个失败，最近的一个是欧空局的”金星快车”，也算多了）

金星因为浓密的云层，”温室效应”很厉害，表面温度400多℃，高的时候500℃，甚至高于距离太阳更近的水星（平均179 ℃）。曾经有卫星登陆水星，但几个小时后就蒸发了，猜测是被太阳烤坏了），因此要登录金星，难度可能很大（wiki说已经有着陆探测）。总之，很少听到”金星人”的说法，”金星文”也没有”火星文”流行。

简单看看近些年的火星探测器：

1997年，美国火星探路者/拓荒者(Mars Pathfinder、MPF)，人类首次登陆火星表面。

2001年，美国火星奥德赛(Mars Odyssey)

2003年，美国先后发射了“勇气”号(Spirit,MER-A)和“机遇”号(Opportunity,MER-B)火星车。

2003年，欧洲火星快车号(Mars Express)

2005年，美国探测轨道飞行器（MRO:Mars Reconnaissance Orbiter）

2007年，美国凤凰号(Phoenix)，今年5月抵达火星

图6 火星地形图。从图上看，一半似海洋，一半似大陆！很奇特。火星上具有太阳系最高的火山-奥林匹斯山，21km。但这张地形图的高程显示才12km，不知道是否有问题，另外这里的坐标系统也很怪，只有西没有东。如果要看更高清晰的火星地图，请点击这里，大小为18M（图片来源）还有更多高清晰的图，请看NASA网站。

图7 就在1个多月前，欧洲科学家利用”火星快车”探测器发回的高清晰度照片，绘制完成了火星三维地图，火星山的峡谷和丘陵地带将以三维的形式出现在世人面前。这是三维地图上的撞击坑。其实Google Mars很早就推出了火星地形图，但不足的地方是缺少坐标，连这一次山崩对应哪个地方都不好找，而且缺少三维显示，希望火星快车尽快出”三维火星”。

IHY2007(国际日球物理年)海报欣赏

空错 — Sun, 17 Feb 2008 23:56:37 +0800

Planetary Environments 各大行星的磁场。哪些行星有磁场，哪些行星没有？为什么？猜猜看，再查点资料，印象会更深刻。

Magnetic Variability 你能说出太阳表面的那些东西叫什么吗？

Heliospheres 太阳光最远能照射到哪里？太阳系的边界有多大？

Solar System Aeronomy 为什么会产生极光现象？有兴趣的看下面这个视频

图片来源©IHY（International Heliophysical Year国际日球物理年）

耀眼的金星和木星

空错 — Tue, 05 Feb 2008 23:51:23 +0800

几天前公布了一张金星和木星将要亲密接触的照片，那个时候金木还相距较远。今天看到一张1月30号拍的照片，两个靠得更近了。但是，哪个是金星，哪个是木星？

金星的一些故事

夜空中，最亮的是月亮，其次是金星，亮度在负4等（负得越多越亮，我也被搞糊涂了）之上。中国古代称金星为”太白”。当它早晨出现时，人们称它为”启明星”；当它黄昏出现时，人们称它为”长庚星”。西方则称其之为爱神”维纳斯”。

什么叫太白？

八卦中有一句话”易有太极，是生两仪，两仪生四象，四象生八卦”，太极的”太”和太白的”太”是同一个意思。都有最的意思，更准确地说道教里面将太作为”没有，虚无”，反映了道教认为世界从无到有的理论。但这里，我认为可以理解为很亮，最亮！

金星是一颗”反向慢跑“的行星，反向指得是他的自转方向与公转方向相反，即自东向西自转，这在太阳系八大行星中独一无二，所以，”太阳从西边出来”对金星来说，是绝对的真理。慢跑指得是它的自转速度非常缓慢，赤道上的自转速度只有每秒1.8米，比人的步行速度快不了多少（在地球上却是坐地日行八万里）。自转一周需要243天，比它围绕太阳公转的时间还要长18.3天，也就是说他都绕太阳转了一圈，自己都还没有转够一圈，想象一下，是不是无法忍受的慢，简直慢的不可理喻。

木星的一些故事

木星是8大行星中的大块头，体积、质量最大，亮度在负2等。此外，木星还拥有最多的卫星，目前已经发现了63颗卫星。看样子，块头大也有好处，真是多子多福啊。

金星是个慢性子，而木星恰好相反，是个急性子，而且脾气绝对”暴躁”。在八大行星中，数他自转最快（近10个小时一圈），而且经常”变脸”（指云层复杂多变），”变脸”可能和他转的太快有关，他那张最著名的脸就是”木星大红斑“。

从上图看，木星反而是那个小的，因为距离地球远看起来要比金星小，亮度也不如金星。

让我们比较一下行星和太阳的大小，括号表示距离太阳的远近。

金星是地球的姐妹星，两个到太阳距离相近，大小也相近，人们猜测那里可能出现过生命。欧洲航天局ESA的”金星快车”于2005年11月11日开始其探测之旅。金星表面浓密大气中绝大部分是二氧化碳，剧烈的温室效应使金星表面温度最高达到460摄氏度左右，当然，水应该是没有的，这么高的温度早就蒸发了。

插播新闻：中国科技馆将举行湿地摄影展，在北京的朋友可以在2月29日之前到科技馆C馆免费参观。

图片©Babak Tafreshi (TWAN)

金星和木星的亲密接触

空错 — Fri, 01 Feb 2008 23:49:07 +0800

图右边是”太白”金星Venus维纳斯，左边是木星Jupiter丘比特，这张图是1月23日拍的，他们仍然距离较远。（照片版权归：Thierry Demange of Strasbourg, France.）

往东南方向看！（照片来源：NASA）

北京时间2月2日清晨，太阳系最亮的两颗行星，金星和木星将在东南方亲密接触，为公众上演”星星相吸”的壮观天象。专家说观测时间：早晨六七点。但这个时候他们已经不是最近的距离了，真是来去匆匆。

赶快去买天文望远镜！

英国被拒绝使用其中的一个Gemini天文望远镜

空错 — Wed, 30 Jan 2008 19:42:37 +0800

双子(Gemini)望远镜是英国等7个国家的科学家共同研制的全球最先进的天文望远镜。（其中，美国占50％，英国占25％，加拿大占15％，智利占5％，阿根廷占2.5%，巴西占2.5%），由美国大学天文联盟（AURA）负责实施。

它由两个8米望远镜组成，一个放在北半球，一个放在南半球，以进行全天系统观测。

该工程于1993年9月开始启动，第一台在1998年7月在夏威夷开光，第二台于2000年9月在智利赛拉帕琼台址开光。

从1994年到2001年，英国政府共投入了£3000万磅($5900万美元)，使得英国科学家很方便观察浩瀚的宇宙。但现在英国政府为了填补赤字，交不起钱了，于是英国被拒绝使用其中的一个：夏威夷上的望远镜。他们如今只能访问其中在南部的那个望远镜。

~~北部的绚烂天空，英国和你再见~~了！（这句话是多余的，也是错误的，这是我追求描写抒情的后果，难道英国只有一个天文台。）

这个故事告诉我：

1，~~即使地球倾斜，~~南半球的望远镜~~是看不到北半球的天空的，~~因为被地平线挡住了，只能看到切线以上的天空。

2，天文望远镜要选择天气好的，空气新鲜的高地。这说明夏威夷是个好地方，智利也是。中国如果要建，最好在青藏高原，是吗？

3，科学和政府之间有时因为目标的不同而产生共同的冲突–利益！

4，科学需要国家无私地投入，需要政府的胆魄。因为有些科学是一些不食人间烟火的科学，比如”探索宇宙”。

原文见Nature

这是位于南部的双子座之一：智利赛拉帕琼。

地平线上的水星轨迹

空错 — Tue, 29 Jan 2008 23:33:42 +0800

我们夸奖一个人都说他盖过太阳的光辉，这话最好不要让水星听到，因为水星一直被太阳的光辉所淹没，以至于我们很少能够在地面上通过望远镜看到他们，更不要说给水星拍照。

水星Mercury（墨丘利）–罗马神话中的掌管商业的神（众神的信使）。希腊人认为一个星星由一个神主管，所以九大行星，除了地球，都是神，看过圣斗士星矢就会比较熟悉，什么海王星波塞顿，冥王星哈迪斯。

水星比月球大1/3，它是最靠近太阳的行星，所以面对太阳的一面温度高得不得了，而背对着太阳的一面，温度就很低。原来以为水星这么靠近太阳，不应该有水。但是奇怪的是，1992年人们发现水星的北极竟然有冰。

水星上没有大气，只能像月球一样以光秃的岩石来反射光，没有大气保护，又这么靠近太阳，所以她是太阳系行星中温差最大的。金星有大气，可惜大气浓度太高了，温室效应厉害得很，250多度桑拿，沙尘暴比北京剧烈n倍，还要下高浓度的酸雨。妈呀，这两个星球都不能住人。所以，人类瞄准了火星，认为火星可能有生命，这不，电视里出现的都是火星人，没听过水星人，金星人。

当然，我们要发射卫星去观察水星。靠近过水星的唯一的航天器就是水手十号，美国发射的信使号Message（2004年8月启程）现在正千里迢迢赶往水星，如果旅途顺利的话，预计2011年3月进入轨道。这些是2个星期前它掠过水星表面时拍的照片。我发现原来飞到水星边了，要进入她的轨道并不是件很容易的事情啊。

在地球当然也能观察到水星，什么时候呢？

当太阳公公还没上山，或者下山的时候，而且她就在地平线附近。

太阳公公没上山前，她可能出现在东方一小会。太阳公公下山后，她可能在西方也出现一小会儿。

图片就是2000年3月的西班牙拍摄的，是在同一个地方好多天（几天没说）拍摄后拼接起来的。这个时候，太阳已经落到了地平线下面10度，此刻的水星看起来很温柔。

看不清楚，想要看大图的点击这里，更喜欢金星的看这里。(图片来源：NASA)

日本月亮女神的作业

空错 — Thu, 15 Nov 2007 20:14:58 +0800

让大家欣赏日本”月亮女神“交的作业吧，再普及下知识：地球人能看遍整个月球吗？为什么？月球人能看遍整个地球吗，为什么？

三个单词解释下：

KAGUYA：月亮女神（Kaguya Hime是”辉夜姬”的意思，她是日本家喻户晓的民间传说中美丽的月亮公主。）相关文章看这里。

JAXA：Japan Aerospace Exploration Agency，日本宇宙航空研究开发机构

NHK：Japan Broadcasting Corporation 日本广播协会。NHK经常会拍一些很好的记录片。

图1 地球从月球上升起。人们经常会想站在月球表面看到的地球会是什么样子，美丽的神话和浪漫的故事随之诞生，但在月球表面，”地球升起”实际上是不可能发生的，假如你背对着地球，那么你将永远背对着地球，为什么？看我下面的示意图就清楚了。点击下载大图。

图2 我们在地球上永远只能看到月球的一面，为什么？因为月球绕着地球同时做自转和公转，自转的周期恰好等于公转的周期，即27天7小时43分11.47秒。也就是说，月球绕地球转一圈，自身也转了一圈。图示月球自西向东转没错吧，绕一圈那面始终朝着地球。

图3 在月球上你永远不会看到地球升起的景观。但是卫星可以，这是月神卫星利用高清晰HDTV拍摄地升和地落的两个位置。

图4 在月球南极附近的”月平线”上拍摄到的”地球落下”连续照片。点击下载大图。

图5 地球从月平线缓缓落下。点击下载大图。

赵丰老师：卫星看地球

空错 — Wed, 24 Oct 2007 18:38:14 +0800

一个会讲故事的老师，用Right 和Why 带领我们的好奇心走上太空，观察地球。–写给赵丰。

赵丰老师在NASA工作多年，现在国立中央大学担任地空学院院长。每年他都被邀请到中科院研究生院开一门叫《卫星看地球》的课程，报的人很多，而且他每年都被评为最受欢迎的老师。我有幸去听过，他知识渊博，善于思考，善于启发，幽默风趣，敬业非常（有一次喉咙痛得讲不出话就打字和我们交流），他是我见过的最好的老师。此时此刻，嫦娥一号正奔向月球，看直播激动ing，我把他上课提到的一些非常有意思的问题贴上来，来纪念这个伟大的时刻。问题看不懂没关系，重要的是我们要学会思考，学会提问。

1 你看照片，是真是假？

2 为什么是假的？太圆了；颜色不对；背景不像；

3 地球为什么是圆的？高处总会被吸下去。

4 地球的扁率为什么是1/300？离心力/重力

5 为什么重力9.8m/s2？万有引力公式计算的。 GMm/r2=mg

6 r怎么求？现代人用卫星。古人怎么求？利用相似原理，测量竹竿在地面的投影和两点的距离来估计地球半径，精度有90%多。

7 G怎么求？卡文迪许实验。

8 M怎么求？利用g G r求。

9 g怎么求？伽利略自由落体运动；斜面运动；摆。

10 如果离心力=万有引力，是不是可以绕地球旋转了？Right? yes.

11 旋转的时间，速度？ t=90-100s，v=7-8km/s（20倍音速），一天绕地球10多圈。

12 多大的速度离开地球？约11km/s

13 不同的发射速度，不同的运动，抛物线双曲线椭圆， Right？ yes，椭圆说明能量不足以摆脱引力，双曲线有一条渐近线，说明力量太大，跑掉了（至今有3个卫星跑掉了）；抛物线说明被吸引回来了。

14 为什么在1958年成立NASA？苏联1957年发射成功

15 火箭的原理是什么？动量守恒。

16 为什么在赤道发射？省力。

17 为什么在海边发射？安全

18 绕地球一圈的速度？大约4万km，8万里。（坐地日行八万里）

19 LEO MEO GEO到底是什么？低轨，高轨和同步卫星

20 为什么要同步？观察一个地方，通讯传输。

21 同步卫星的高度？ 6个地球半径。同步卫星的纬度？于赤道平行，零度倾斜角。

22 发射同步卫星的难度很大？难度超过发射卫星到月球，月球距离地球60个半径，只要能量足够，就可以。但是从高纬度地区发射到赤道面，需要在空间作很大的方向调整和动力推动。

23 LEO的高度？ 1个地球半径。周期90m，一个半小时。

24 MEO的高度？ 4个地球半径周期12hour

25 GPS算什么？ MEO，大概2，2000km

26 极地卫星有什么用？每个地方都能看到，有周期重复。可以对某一些地区观察变化。

27 非极地卫星有些地方看不到，Right? yes。称为polar holes.

28 气象卫星通常是什么类型？ GEO or polar LEO. 太高分辨率低，LEO更清晰。

29 那为什么不能太低？怕掉下来成为流星

30 多高才行？高于400km

31 卫星bus，Do you know? 需要动力、温度控制、主板电脑、通讯和数据传输；

32 卫星为什么不像电影那样可以随意对一个地方观测？因为轨道固定，只能微调，微调也需要燃料；卫星的死亡通常是因为缺少燃料。燃料通常有核能，太阳能。火星之外的行星看太阳就像地球看星星，光芒很微弱，无法用太阳能。

33 用核能危险吗？危险肯定存在，但是危害却不大。不能只定性分析，还要定量分析。

34 太阳系的控制范围有多大？如果太阳系的宇宙射线（太阳风）强度=宇宙射线强度，就可以不用考虑太阳的影响了，也就是太阳系以外的范围。

35 距离地球的很近的水星和火星，卫星能登陆吗？水星距离太阳太近了，在水星上看太阳，太阳比我们看到的不知道大几倍，温度很高。曾经有卫星登陆水星，但几个小时后就蒸发了，猜测是被太阳烤坏了。水星距离地球150Mkm，如果飞行器速度10km/s，大概需要170多天，几乎半年。

36 如果要飞往距离更远的行星，该怎么办？利用重力来加速飞行。gravity assist

37 加速之后怎么让他减速，减速也需要很多能量？ right，利用大气层作减速运动，先作椭圆运动，然后每次靠近行星的时候利用喷气，让他进入大气层一点，使椭圆越来越小，最后就能围绕行星运动了。这叫aerobraking 利用空气刹车。

38 SOFAR是什么意思？在水下几百米，因为压力和温度的综合影响，声波在那一层的速度最快，传播的最远，甚至可以传到几千公里外的地方，人们很难相信它能穿这么远，于是就给他取了个名字叫做SOFAR，英文就是这么远的意思

39 微波为什么能煮鸡蛋？微波煮的其实是水分，因为当微波的频率和水-水之间的氢键相同时，他们产生共振现象，振动的越来越快，动的越快就越热，因此微波能用来加热含水物质，而没有水的物质在微波照射下是没有作用的。

40 光波的波长大约多少？ 380-760nm，和细胞核的大小差不多。

41 为什么可见光这么丰富？因为太阳表面温度6000k，这个温度适合产生可见光波段，因此太阳光的能量大多数集中在可见光波段，如果温度再高一点，辐射的波长就更短。2是大气不吸收可见光。

42 任何东西都在发光吗？只要不是绝对零度的物体，都在辐射。温度越高，辐射的能量越多（和温度的4次成正比），辐射的波长越短。

43 大气不吸收那些波段？ 1 可见光不吸收 2无线电也不吸收。因此，紫外线、粒子流、红外线等都被大气挡在地球的外面。因为我们有光学望远镜和无线电望远镜。

44 如果我们眼睛对微波感光会出现什么情况？那我们的眼睛必须很大很大，和雷达一样大才能接收微波。我们想在的眼睛这么小，是进化的结果，使我们能够接收波长比眼睛小得多的可见光的波。眼睛的瞳孔可以放大可见光波长尺寸的1万倍，可见光波长0.4um-0.7um，它的1万倍为4-7cm，和眼睛的尺寸相差不大。如果太阳光的波长很短很短，像X射线、Gammar射线一样短，这种波通常具有很强的粒子性，它带有很高的能量，我们眼睛根本无法承受这种高能粒子的冲击，一会儿就没用了。

45 大地水准面是怎么回事？地球的海平面是高低不平的，重的地方吸引力大，就会把更多的水吸过来，水平面就高，反之就小。

46 潮汐是怎么产生的呢？潮汐有很多种，太阳和月球都对地球的引力都会产生潮汐。为什么有潮汐，因为地球是一个半弹性体（大概0.3的作用），表面有自由流动的海水。如果地球是个刚体，那地球就不会有半点影响；如果地球是个完全弹性体，那么地球就不会像现在这么圆，而应该是扁扁的。

47 潮汐的时间规律怎么样？日潮就是太阳引力产生的潮水（S2：表示太阳引潮，每日2次高潮）；月潮同样可以理解（M2：表示月球引潮，每日2次高潮）。不同的是月亮虽然比太阳块头小很多，但是却比太阳更靠近地球，它对地球的引潮力是太阳的2倍。因为月亮每天绕地球在转，因此月潮的周期不是12小时，而是12小时25分。

48 为什么有台风？因为大气温度差异，使得某个地方温度高，气压低，气压高的地方就向气压低的流动。

49 为什么气压流动不是直线流动，而要旋转成为气旋？因为地球自转偏向力 coriolis force引起的。使得气流有一个逆时针运动。

50 人们是怎么发现洋流的？人们发现太平洋西部，也就是亚洲东部的水温比较高，而欧洲虽然地处高纬地带，但是气候湿润，温度适宜，而不像西伯利亚一般寒冷，探究原因，原来是大洋中存在环流现象，赤道接受的太阳光充足，海水温度高，被洋流带到了亚洲东部的海洋；同样，墨西哥湾的洋流将赤道温水带到欧洲，使得欧洲成为典型的海洋性气候。

51 洋流运动形式如何？洋流是表面的水流，表面水流运动过程可以通过卫星系统很容易得到。在北半球，洋流呈现顺时针方向，在南半球是逆时针方向，赤道的洋流则是水平的。洋底的洋流，科学家现在还没有充足的证据，但我们已经猜测它的运动轨迹。为什么呢有顺时针和逆时针方向性？因为有地球自转偏向力克里奥利力存在，使得北半球的向右偏，南半球像座篇。（可以这么想，将地球自转看成河流，自西向东流，赤道向北走的路线是右偏，向南走到的路线向左偏。）

52 为什么人们关注温室效应？温室效应最主要的影响是对整个地球系统的影响很大。温室效应会引起海平面上升，因为1大陆更多的冰川、积雪融化后汇入海洋（注意海洋冰川的融化对全球海平面上升没有影响，因为海冰密度为0.9，它的10%浮在海面，根据阿基米德定律，浮在水面上的物体的质量就是被排开的水的质量）；2海水受热膨胀，后果就是海平面升高。此外，温室效应可能会影响海底洋流，现在科学家还不敢确定，但是如果这是真的，那整个欧洲的气候将不再温暖湿润，而是像俄罗斯一样天寒地冻，欧洲文明有可能被毁灭。

53 谁第一个发现C02引起的green house effect的？这是个很奇怪的事情，我们往往不认识那些真正起到影响人类社会的人物，而对一些无关痛痒的明星如数家珍，比如昨晚点杀葡萄牙的齐达内，几乎全世界都知道这个名字。如果说不关心CO2的原因是因为这个话题太大了，那关心齐达内是不是太空了？齐达内的输赢不关我们任何事情，而气候的变化至少会影响你的日常生活，中国气象局局长秦大河在今年的世界地球日（3月23日）说”中国每年受气象灾害影响人口达4亿（全国1/3）经济损失达2000多亿人民币，占GDP的1-3%”。地球是我们的家园，我们是不是更应该对地球多一些了解呢？第一个发现CO2引起温室效应的人叫 Roger Revelle。

54 有哪些现象是温室效应引起的？厄尔尼诺和拉尼娜，这两个词分别是男孩和女孩的意思。1997年11月科学家通过卫星（Topex/Poseidon）观测到位于赤道的太平洋两端海水高差很大，这引起了人类极大的注意；是什么原因可以引起海水的高差呢？温度，温度高的海水体积大，因此海面高，温度低的海面就低。这说明海水的温度正在发生急剧的变化。 55 海水升高1mm，大概需要多少体积的冰？ 400km3的冰，大约长宽高8km。

56 如何防止太阳风呢？在太阳和地球之间发射一颗卫星，利用太阳风的传播速度500km/s和电磁波的传播速度的时间差作预报。这和利用地震和海啸波之间的速度来预报海啸有异曲同工之妙。

57 地球会越转越慢，日子越来越难过吗？是的。因为由于地球和受月球影响的潮水之间的摩擦力，地球的自转速度越来越慢，根据古老的珊瑚礁的记录（像年轮一样，每日都有一轮生长），人们发现地球一年竟然有400多天。

58 根据角动量守恒定理，地球的自转速度哪里去了？地球的角动量mv跑到月球上去了，月球距离地球越来越远，每年约3cm。这个现象叫做tidal breaking。

59 每年月球距离地球3cm是个现象，能说明什么？每年距离3cm，那么40亿年前，距离地球20个地球半径，实际上月地距离是地球半径60倍。有人猜测月球原来是地球的一部分，是地球甩出去的，甩出去的部分就是地球的海洋。这些内容在力学上不成立，唯一可以解释的是地球可能和行星相撞，甩出去很多碎片，经过后期的吸引凝聚成现在的月球。

58 极光是怎么回事？两极地区受到磁力线的保护最弱，因此太阳粒子容易进入两极，将分子游离化，因为不同的原子具有不同的光谱，放出不同颜色的光。极光不是固定而是不断在变化的，一变就持续好几个小时，是名副其实的一场show。古人不知道极光是什么，山海经提到的烛龙在人类认识极光前被视为胡说八道。这说明古籍中还有很多有趣的内容值得发掘，一些罕见的现象偶然发生，虽被记载后还需要通过人类认识的提高来理解这些天书。

59 米兰科维奇曲线是怎么回事？为什么这么有规律？米氏理论是指地球气候变化有2 ～10 万年为周期的一系列冰期-间冰期旋回变化特征，其周期与地球轨道偏心率（周期为10 万年）、黄赤交角（周期为4.1 万年）以及岁差（周期为1.9 ～2.3 万年）的周期相关。

60 Apollo和郑和下西洋的联系？举全国之力办成大事，都是为了显佩，成功后不干了。Apollo登月7次，郑和下西洋7次。

日本探月卫星：“月亮女神”

空错 — Sun, 21 Oct 2007 20:28:01 +0800

图1 这是日本宇宙航空研究开发机构（JAXA）和日本放送协会（NHK）在探月卫星”月亮女神”上成功拍摄到了高清晰的地球影像，拍摄距离地球约11万公里。

2007年9月14日日本发射探月卫星”月亮女神”，目前状态正常。

2007年10月5日，”月亮女神”成功进入月球轨道，并预计在12月中旬正式开展探测活动。

日本的月亮女神”辉夜姬”

“月亮女神”是日本绕月探测卫星英文名称的意译。它在日本还有一个昵称–”辉夜”。这个名字取自”辉夜姬”，她是日本家喻户晓的民间传说中美丽的月亮公主。

“辉夜姬”是日本古老传说《竹取物语》中的主人公，是在月亮上诞生，尔后落入凡间的美貌女孩。传说中，一位伐竹子的老翁在竹子芯里发现了一个可爱女孩，便把她带回家去抚养。3个月后女孩就长成妙龄少女，美貌举世无双，取名”辉夜姬”。

世间的男子都梦想让”辉夜姬”做妻子，许多公子王孙终日在老翁家周围徘徊。”辉夜姬”提出嫁给能找到她喜爱但却难以获得的宝物的人，使求婚者都没能如愿。最后登场的皇帝想凭借权势强娶”辉夜姬”也以失败告终。”辉夜姬”在中秋之夜迎来月宫使者，回到她本该属于的月球。

有一篇文章从文化的角度写中国、美国、日本、印度、俄罗斯为自己的探月卫星取名背后的文化传统，很有意思。

图2 11月7日，日本公开”月亮女神”卫星拍摄的月球表面照片。这是首次传回地球的照片。而整个摄影工作于上月31日就开始进行，摄像机从约100公里的高度对月亮分两次进行了拍摄。据悉今后”月亮女神”还将拍摄地球从月球”地平线”升起的”地出”景观。图片来源：JAXA/NHK