可怕的科学世界

科学无处不在，它存在于我们的日常生活中，与我们形影相随。可是，如果有人告诉你，科学有着非常可怕的一面——它是恐怖的，是凶残的，也是危险的——你相信吗？深不可测的黑洞，神秘的UFO（不明飞行物），来历不明的外星人，让人抓狂的数学难题，骇人听闻的化学武器，动物世界里的凶残捕食者，危机四伏的植物王国，渺小却能传播病毒的微型怪物，黑色恐怖的传染病，凶残的机器人战争，暗藏玄机的密码王国，惊心动魄的破案现场……让我们一起走近可怕的科学世界，探究隐藏在可怕现象背后的科学知识。

第一章 神秘的天与地

一、宇宙秘密无限

广阔无边的宇宙

仰望群星璀璨的夜空，我们就足以感受到宇宙的神秘。就连天文学家对宇宙的了解也非常有限，因为我们现有的探测手段对于浩瀚无穷的宇宙来说仍显得较为落后。我们现在认识的宇宙仅仅是我们可以观测到的那部分，而目前观测不到的领域只能借助建立理论模型来加以猜测。

古代，人们把空间称为“宇”，把时间称为“宙”，因此，我们可以说宇宙是空间和时间的总和。而现代的天文探测表明，宇宙是由各种形态的物质构成的，是在不断运动变化的。关于宇宙，科学家给出的定义是：由空间、时间、物质和能量所构成的统一体，是一切空间和时间的总和。一般理解的宇宙指我们所存在的一个时空连续系统，包括其间的所有物质、能量和事件。根据宇宙大爆炸模型推算，宇宙年龄大约为200亿年。也就是说，宇宙在大爆炸之后，又过了200亿年，才演化成今天的样子。

宇宙有多大？现在我们能观测到的宇宙范围约140亿光年远，这意味着，宇宙尽头的一个天体所发出的光和电波要经过140亿年才能到达地球。因此，我们所看到的其实是宇宙140亿光年前的样子。它现在又是什么样子？我们得再过140亿光年才知道。宇宙是怎样诞生的？又是怎样演变成现在这个样子的？……这些问题一直困扰着人们。或许，宇宙远比我们想象的要奇特得多，它以其神秘性和广阔性吸引着我们不断去探索和发现。

银河系究竟有多大

银河系究竟有多大？这个问题一直困扰着人类。根据现代的科学研究表明，银河系主要由银盘（包括旋臂）、核球、银晕，以及外围的银冕等部分构成。

银河系的主体为银盘，它的外形呈扁盘状，银河系内的大多数星云和恒星都集中在这个扁盘内，银盘的直径大约达到8万～10万光年，中间部分较厚，厚度约12000多光年，周围渐渐变薄，到太阳系附近便只剩一半厚度了。由于巨大的银河系本身也要进行自转，所以银盘中的亿万颗星球环绕银河系中心做着旋转运动，四条旋臂从银盘中心向外弯曲伸展出来，看上去就像急流中的旋涡。这里所说的旋臂实际上是恒星、尘埃和星际气体的集中区域，但这物质密集的旋臂并不是固定不变的，恒星一直在旋臂上进进出出，只是它们能够在运动中基本做到“收支平衡”，所以，旋臂的形状看上去始终保持不变。

银河系的中央部分是一个核球，核球内密集着恒星，核球的直径在1.2万～1.5万光年之间，略呈椭圆形。由于大量的星云和气体尘埃阻挡住了观测的视线，因而科学家们对核球方向的天文观测十分困难，所以，人们至今对它的了解还比较少，但确信无疑的是，核球内的恒星分布是十分密集的。

银晕是在银盘外围的一个巨大包层，由稀疏的恒星和星际介质组成。它的体积至少要比银盘大50多倍，但质量却只占银河系的1/10，由此可见其物质密度非常稀薄。事实上，除了那些极其稀薄的星际气体外，球状星团是银晕中的主要物质。

直到20世纪70年代中期，科学家们才发现了银冕，银冕处于银河系的最外围，它的范围可远及50多万光年以外，比银河系的主体部分还要大。但银冕内基本上没有恒星，而是由极稀薄的气体组成，所以很难准确地测出银冕的真正范围。

河外星系的外形和结构

一般的人在白天或夜晚肉眼所看到的天体，绝大多数都是银河系的成员，那么，是不是说银河系就是宇宙？当然不是！在宇宙中有着数以亿计的星系，简称星系。所以，银河系并不代表宇宙，它只不过是宇宙海洋里的一个小岛，是无限宇宙中很小的一部分。

根据天文学家估计，在银河系以外约有上千亿个河外星系，每一个星系都是由数万乃至数千万颗恒星组成的。河外星系有的是两个结成一对，有的则是几百乃至几千个星系聚成一团。现在能够观测到的星系团已有10000多个，最远的星系团距地球102亿光年。

河外星系的结构和外形也是各种各样。1926年，美国天文学家哈勃根据星系的形态，把星系分为旋涡星系、椭圆星系和不规则星系三大类。后来又细分为旋涡、椭圆、透镜、棒旋和不规则星系五个类型。各种星系中，离银河系较近的星系是麦哲伦云星系和仙女座星系。

麦哲伦云星系包括小麦哲伦云和大麦哲伦云两个星系，它们是离银河系最近的星系，也是银河系的两个伴星，离银河系分别为16万和19万光年。它们在北纬20°以南的地区升出地平面，是银河附近肉眼清晰可见的两个云雾状天体。大麦哲伦云星系在剑鱼座和山案座，张角约为6°，相当于12个月球视直径；小麦哲伦云星系在杜鹃座，张角约为2°，相当于4个月球视直径。两个星系在天球上相距约20.5万光年。

仙女座星系，又被称为仙女座大星云，是位于仙女星座的巨型旋涡星系。它用肉眼能够看到，亮度为4度，看上去仿佛是一颗模糊、暗弱的星系。

1786年，仙女座星系被确认为银河系之外的恒星系统。现经测定它与地球的距离是220万光年（670千秒差距）。直径为16万光年（50秒差距），为银河系的1倍，是本星系群中最大的一个。近些年来发现，仙女座星系成员的重元素含量从外围向中心慢慢增加。1914年探知它有自转运动。根据目前的估计，仙女星系的质量应不小于3.1 × 1011倍太阳质量，是本星系群中质量最大的一个。

旋涡星系也叫旋涡星云，是旋涡形状的河外星系。旋涡星系的中心区域为透镜状，周围围绕着扁平的圆盘。由隆起的核心球两端延伸出若干条螺线状旋臂，迭回在星系盘上。旋涡星系又细分为正常旋涡星系和棒旋星系两种。

河外星系除了上述几种星系外，还存在大量各种类型的星系。天文学家估计，在最先进的仪器所观测到的这一部分宇宙里，星系的总数可能达到1000亿个之多。2010年据美国《探索》杂志报道，天文学家发现一个大质量星系可能打破记录，成为迄今为止在地球附近宇宙区域发现的质量最大的星系。这个星系的具体质量可能是太阳的13万亿倍，银河系的20倍。

梦幻般的星座

很多人都喜欢看星星，因为它总是给人一种梦幻般的感觉。

可是，如果不了解星座的话，恐怕就看不出门道了。

什么是星座呢？人们将天空中的星星，按照它们的位置和方向，划分成不同的区域，每一个区域就是一个星座。由于每一个星座都有自己的形状和特点，人们又给它们起了很多好听的名字，赋予它们美丽的神话传说，这样就形成了一个个鲜活的星座。

现代天文学上共分为88个星座。1928年，国际天文联合会正式公布了这88个星座的名称，这其中就包括我们所熟悉的狮子座、天琴座、天鹰座、大熊座、小熊座等星座。

康德曾经说过：“世界上只有两样东西能够深深地震撼人们的心灵，一是我们心中崇高的道德准则，另一个就是我们头顶上的天空。”

天上的星座那么多，我们要怎么识别呢？这可就要费点儿心并充分发挥想象力了。我们说过，星座是人为进行命名的，而命名的根据就是星座本身的形状，如天琴座像一把琴，天鹰座像一只鹰，双子座像两个人，等等。

除此之外，还有一种星座的识别方法。每一个星座里面都有一颗特别亮或者是具有代表性的星星，如天琴座有织女星，天鹰座有牛郎星，小熊座有北斗星等。只要我们认出了这些特别的星星，就可以快速地识别出整个星座了。

恒星和行星

什么是恒星？什么是行星呢？

有的小朋友会说，恒星是恒久不动的、本身可以发光发热的天体；行星是围绕恒星运动的、本身不会发光的天体。这样的回答是不够全面的。

首先说恒星。没错，以前人们确实认为恒星的位置是永远都不会变的，所以取名为恒星。可事实并非如此，恒星也是会运动的，它也会围绕它所在星系的中心进行运动。我们都知道太阳是恒星，可它不也是围绕着银河系的中心进行运动吗？

恒星的直径有的小到几千米，有的大到109千米以上。正常恒星的大气化学组成与太阳大气差不多，以氢、氦为主。恒星之所以能发光发热，是由于它的内部温度高达几百万摄氏度乃至数亿摄氏度，在那里进行着不同的反应（一般为热核反应），并向外辐射大量的能量和抛射物质。一般认为恒星是由星云凝缩而成的。恒星也都在不停地运动和变化着，由于它们距我们十分遥远，所以这种变化很难觉察，故而古人称它们为恒星。我们在夜空所看到的点点繁星，大多是恒星，肉眼可看到的恒星，全天有6000多颗。借助望远镜目前可看到几十万乃至几百万颗以上的恒星。

接下来我们再来说说行星。关于行星的定义近年来又做了调整，所以冥王星才被排挤在太阳系行星之外。行星的新定义规定：行星是围绕太阳运转、自身引力足以克服其刚体力而使天体呈圆球状、能够清除其轨道附近其他物体的天体。由于冥王星的轨道与海王星相交，所以并不符合这一定义，被降为了“矮行星”。不过，这个结论还存在着很多的争议。

另外，行星一定要有足够的质量，并且应该呈圆球状。如果不符合这些条件，也不能称为行星。

恒星的形成

17世纪，牛顿提出散布于空间中的弥漫物质可以在引力作用下凝聚为太阳和恒星的设想。历代天文学家经过观测发现，星际空间存在着许多由气体和尘埃组成的巨大分子云。这种气体云中密度较高的部分在自身引力作用下会变得更密一些。当向内的引力强到足以克服向外的压力时，它将迅速收缩落向中心。如果气体云起初有足够的旋转，在中心天体周围就会形成一个如太阳系大小的气尘盘，盘中物质不断落到称为原恒星的中央天体上。在收缩过程中释放出的引力能使原恒星变热，当中心温度上升到1000万摄氏度而引发热核反应时，一颗恒星就诞生了。恒星的质量范围在0.1～100个太阳质量之间。更小的质量不足以触发核反应，更大的质量则会由于产生的辐射压力太大而瓦解。近年来，红外天文卫星探测到成千上万个处于形成过程中的恒星。

恒星会消失吗

恒星既不像我们想象的不会动，也不能永恒存在。随着时间的推移，恒星也会有消失的一天。但是恒星从诞生到消亡的过程通常都比较漫长，可达几百万年甚至上万亿年。当发展到一定阶段以后，恒星就开始走下坡路，最后那些质量大的恒星会产生强烈的坍塌，发生爆炸，然后形成超新星。也就是说，我们的太阳也会有消失的一天，但是它不会变成超新星，而是会膨胀变大，比原来还要亮一万多倍，甚至很可能毁灭地球。太阳的寿命是100亿年，现在已经过了50亿年，也就是说，再过50亿年，这些可怕的事情有可能就会发生。

我们的太阳系

太阳系是一个庞大的家庭，它的家庭成员很多，而这个家庭的领导者就是太阳。太阳是整个太阳系的中心，它的引力控制着整个太阳系，其他天体都在围绕它进行公转。我们的地球就是太阳系中的重要成员，它有众多的兄弟姐妹，其中包括水星、金星、木星、火星、土星、天王星和海王星七个近亲，它们都属于行星家族，也包括众多的小行星、卫星、彗星、流星体和其他星际物质等远方亲戚，它们共同组成了伟大的太阳系。

如此庞大的太阳系，它又是如何形成的呢？这个问题让人比较头疼，因为我们谁都没有那个福气见识到它的形成过程。如果真的有时间飞船，我们就可以飞回到50亿年前去一探究竟。只可惜到目前为止，还没有人发明出时间飞船，科学家们也只是凭空猜测，提出了一个又一个假说，但都没有得到公认。也许将来的某一天，这些谜底还要我们来揭开呢！

虽然说现在有关太阳系形成的解释还都是假说，但是有些假说也是有一定的道理的。目前比较普遍的一种说法就是太阳系是由星云形成的，这种星云假说最早是由德国的科学家伊曼努尔·康德提出的。康德在他的著作《自然通史和天体论》中指出，太阳系是由一团星云演变来的。这团星云由大小不等的固体微粒组成，引力最强的中心部位吸收的微粒最多，首先形成了太阳。外面微粒的运动在太阳吸引下向中心体下落时与其他微粒碰撞而改变方向，绕太阳做圆周运动，这些绕太阳运转的微粒逐渐形成几个引力中心，最后凝聚成绕太阳运转的行星。

太阳的结构

太阳是地球上一切生物的能量源泉。它是一颗炽热的发光的恒星，由于太耀眼了，根本无法用肉眼观测其庐山真面目。随着先进的观测仪器的问世，人们才开始慢慢地认识太阳。

太阳被分为几个层次来研究。从太阳中心向外依次为日核、辐射层、对流层和太阳大气。太阳大气包括光球、色球和日冕3部分，太阳半径的15%是由日核构成的，是热核反应区。热核反应发生时，释放出巨大能量的主要形式是氢聚变成氦。日核部分的物质密度是1.6 × 105千克/米3，中心压力达3300亿大气压，温度也很高，达1500万～2000万摄氏度。

日核外面就是辐射层，从0.15个太阳半径到0.86个太阳半径都是辐射层。这里的温度和密度已急剧下降。密度为18千克/米3，温度为70万摄氏度。辐射层最先接收到日核传来的能量，通过吸收和再辐射来自日核的能量极高的光子而实现能量传递，每进行一次吸收和再辐射，高能光子的波长会变长，频率降低，这种再吸收、再辐射的过程反复地进行多次，逐渐将高能光子变为可见光和其他形式的辐射，经过对流层后，再向太阳的表面传播。

对流层厚度约14万千米，其起点在距离太阳中心0.86个太阳半径处。这里的物质内部的温度、压力和密度的梯度特别大，处于对流状态。对流运动的特性是非均匀性，这样会产生噪音，机械能就是这样通过对流层上面的光球层传输到太阳的外层大气的。

光球是人们平时看到的光彩夺目的太阳表面，厚度约500千米。光球层温度约6000℃。

太阳光球上经常出没的一些暗黑色斑点叫太阳黑子。它是太阳活动的基本标志之一。由于太阳黑子的温度比它周围光球的温度要低1500℃左右，因此在明亮的光球表面呈暗黑色斑点状。充分发展的黑子是由较暗的核和围绕它的较亮的部分构成的，形状很像一个浅碟，中间凹陷约500千米。太阳黑子在日面上的分布有一定的规律，表现为东西分布的不对称性和纬度分布的不均匀性。关于太阳黑子，我国最早在《淮南子》中就有记载，而欧洲人1610年才开始用望远镜观测黑子。

了解太阳的自转运动可以通过太阳黑子。英国天文爱好者卡林顿在从1853年起的8年间通过观察记录日面黑子数目的变化发现，太阳不同日面纬度旋转周期各不相同，并不是像人们想象中那样整块的运动。观测表明，太阳平均自转周期是27天，自转速度最快的是太阳赤道附近。

通过对太阳黑子数的长期观测和计数，我们可以知道，太阳黑子有一定的周期规律性，其平均周期约为11年。德国业余天文学家、药剂师施瓦贝是最早发现太阳黑子活动周期的人，他连续15年对太阳黑子进行观察和记录，获得了这一重要的科学发现。现在，人们把黑子出现少的年份称为太阳活动极小年，把黑子大量出现的年份称为太阳活动极大年。

从1755年开始的那个11年黑子周被现代国际天文界看做是第一个太阳黑子周，人们还规定往后依次排列序号。现在已经排到了第23周，最后一个黑子周是从1996年开始的，达到极大值的时间在2000～2001年。

除了光球以外，太阳表层还有色球层和日冕。通过专门的仪器，可以清晰地看到太阳的色球层，这是一圈环绕太阳光球的厚为2000千米的红色大气。观测表明，常有巨大的太阳火舌在日轮边缘升起，这就是日珥。在太空，宇宙飞船曾拍摄到巨大的高达40多万千米的日珥！

我们经常看到一些暗黑的长条出现在太阳单色光照片上，这是日珥在日面上的投影，称为“暗条”。此外，色球上更多、更普遍的被称之为“针状物”的许多细小的“火舌”，其高度在6000～17000千米之间，宽度约几百千米，景色非常壮观，被喻为“燃烧的草原”。

色球层中有时会出现“太阳耀斑”，这是一种突然增亮的太阳爆发现象。耀斑是迄今为止我们发现的太阳上最剧烈的爆发现象，强烈影响到日地空间环境。

日冕是在日全食月球遮掩日轮时，日轮周围的青白色光区，它是太阳大气的最外层。日冕的温度非常高，甚至高达100万～200万摄氏度，因此有许多不断地向外膨胀的日冕气体，它们会产生连续微粒辐射。这种沿太阳磁力线的粒子流被称为“太阳风”。

太阳自转吗

我们知道，地球绕着地轴自转，朝向或背离太阳，形成了白天和黑夜。我们还知道，地球绕太阳公转，周期是365天左右，也就是一年。但是我们往往会错误地认为太阳是静止不动的。实际上，太阳是不断运动着的。为了跟得上横穿太空的太阳，它的行星和行星的卫星也需要长途跋涉。

首先，太阳和地球一样，也会自转。其次，天文学家认为太阳会脉动，它的体积有节奏地胀大、缩小。另外，太阳会横穿太空，绕其旋转的行星就像飞蛾绕灯泡飞行一样，也要跟着遨游太空。

太阳之所以自转，原因和行星一样。46亿年前，太阳同地球和其他行星一起，由旋转的气体和尘埃云团演变而来。整个太阳系生来就是运动的。但是太阳不是固体，而是个闪光的气体球，这与地球有所不同，所以它的自转有其独特的方式。比如，太阳的不同部分可以以不同的速度旋转。在太阳赤道附近，也就是中间部分，自转周期是25天。而在顶部和底部，也就是极区，自转周期约为33天。而地球是固体，整个地球的自转周期是24小时。

有很多关于太阳的奥秘，其中之一就是太阳中心的超热核。天文学家认为，这个热核有特定的自转周期，速度大约是其他部分的4倍。

在自转的同时，太阳还会脉动，即大约每5秒钟胀大、缩小一次，就仿佛整个巨大的恒星在呼吸。目前还不清楚太阳究竟为什么会脉动，但有人猜测，这种有规律的膨胀和收缩是由穿过太阳气体的复杂的声波引起的。

太阳上还存在另外一种形式的脉动。天文学家认为，引力使太阳每半小时脉动一次：太阳中心附近浓稠的炽热气体向周围气体密度较稀薄的区域扩散，使得太阳的体积胀大；随即，引力又将气体拉回到中心，于是体积又缩小了。

水星

这个太阳系最靠内的行星公转速度最快，比地球公转的速度快4倍。来自太阳的高温不允许水星存在任何大气层，没有了这个调控体系的存在，水星白天温度可高达400℃，而在晚上温度会一下子降到-170℃。要是那样的话，我们的身体受得了吗？要么被烤得焦脆，要么被冻成碎片，水星可不是个宜居的度假胜地。

水星是一个相当小的行星，我们常用“难以捉摸”来描绘它。我们很难找到它，因为它离太阳最近，从来也不会高出黎明或黄昏的地平线。甚至有些天文学家也没看到过水星！但是，如果我们知道在哪里，确切地说在什么时候观看它，那么还是能够相当容易看到它的。由于太空中存在各种各样的倾角，因此，观测水星的最佳时间是在北半球春季（南半球秋季）的夜空，或者北半球秋季（南半球春季）黎明的天空。

金星

这颗离太阳第二近的行星围绕太阳公转比自转要用更少的时间，意思就是，金星上的一天要比它的一年时间还长！

金星比其他任何行星离地球都要近，只有0.273～1.723天文单位，刚好是月球到地球距离的100倍。

金星可能是天空中除太阳和月球之外第三明亮的天体。这就意味着，有时候我们在大白天也能看到它，而在夜晚它也有可能像月球那样投下阴影。

金星之所以这样明亮，是因为它表面覆盖着厚厚的白色云朵，这些云朵是由可以致人死亡的二氧化碳组成的，能够把照在它身上的65%的阳光反射出去；再一个原因就是，金星比其他任何行星离地球都要近。无怪乎古人把金星称为长庚星（晚星）或启明星（晨星），当然，这取决于人们什么时候能够看到它。但是，只要人们能看到它，它自然是当之无愧的。

在极少数情况下，我们可以看到（要做好防护措施）金星正在从太阳面前经过。这种所谓的“凌日”现象每隔100多年才结对发生一次。上一次的凌日现象发生于2004年6月8日，这一次后的一次会出现在2012年6月6日。如果错过了这次，那么就只好等到2117年11月11日了！

火星

火星曾给我们带来无限的遐思，这里有很多原因：火星具有非常鲜艳的红色，天文学家在火星表面标示出了运河状条纹，H.G．威尔斯写过《星际大战》，还有近年来人们在研究、寻找火星上“消失”的海洋。

1994年有一项广为报道的研究，内容是说在南极发现了一颗陨石，名字叫做ALH84001。根据一些人的观点，这颗陨石来自于火星，上面带有变成化石的细菌生物。但是，自那时候起，其他一些报道则对这种所谓的火星生物“证据”表示了怀疑。随着现在对火星探测活动的展开，有一天我们终将会知道真相，看看我们这个红色的行星邻居上面到底有没有生命存在。

火星有一层薄薄的大气，在火星表面，气流卷起红锈色的火星尘埃，它们被吹浮起来就像沙尘暴一样。

火星可以运行得离地球比较近，距地球5570万千米，也可能离开很远，为4亿千米。这里同样也需要考虑到火星公转轨道的椭圆性。在2003年8月27日那天，火星运行到离我们最近，这可是近6万年以来的第一次！这使得它看上去是极为明亮的天体。

通常而言，每过18个月左右，地球就会赶上并超过火星，此时这个红色的世界就变成了天空中第二明亮的行星（排在金星之后）。

小行星

在火星与木星的公转轨道之间有很多太空岩石，它们被称为小行星，这就是主小行星带。有关它们形成的一个理论认为，这里之所以没有能形成一颗行星，是因为受到附近木星强大引力的影响。

谷神星是这个主要地带最大的小行星，直径为940千米，也是1801年人们发现的第一颗小行星。随后发现了智神星、婚神星，以及最亮的小行星灶神星。在这些小行星中，有些是以地球上的普通人名来命名的，如希尔达、阿尔伯特和索拉；有些甚至是以摇滚歌星的名字命名的，包括恩雅、克莱普顿、泽帕和雅尔等。

有一颗小行星我们经常可以用肉眼看到，即灶神星。它看起来就像一颗暗弱的星星，因此需要在比较清澈的夜晚才能看到它，但这也是挑战。

木星

木星是太阳系最大的行星，也是第一颗气体巨人。谁知道木星有多少颗卫星？它那巨大的引力意味着它可能有几百颗卫星！它的绝大多数卫星都极其微小，因此我们不可能搞清其真实的数量。木星还有著名的大红斑，这是一个已经持续了300年的木星风暴。木星大红斑很大，能够把两个地球装到里面。

木星非常大，能够反射很多太阳光，因此，有时候它看上去确实是一颗很亮的星星。我们需要使用望远镜才能观测到木星著名的大气带和大红斑，只需要简易的双目镜就能看到4个小点，它们是木星的4颗主要卫星。

土星

土星是太阳系第二大行星，是一颗带有光环的美丽行星。实际上，所有这4颗气体行星——木星、土星、天王星和海王星都带有光环。正是光环使得土星比较明亮，而且它有好多个光环。土星因为是由气体构成的，所以极其轻。如果有个足够大的浴缸，而且里面能灌满足量的水，我们就会发现，土星在里面会漂浮起来！

土星的光环是由冰冷的岩石微粒构成的。这些微粒有的小到沙粒，有的大如一栋房子，它们就像一颗颗小小的卫星绕着土星转动。

同木星一样，土星也是个相当大的天体。当土星与地球同时处于适当的位置时，它看起来非常明亮。我们需要借助一架望远镜才能观测到土星的光环和卫星。

天王星

这颗行星是人们第一次使用望远镜发现的。应当归功于威廉·赫歇耳，他在1781年3月13日发现了天王星。虽然此前很多人都看到过这颗星星，但是没有人知道它究竟是什么天体。为了纪念英国国王乔治三世，赫歇耳最初把这个新天体命名为“乔治亚行星”，但是人们最终接受了“天王星”（最早的至上神和天的化身，大地女神的儿子和配偶，提坦神的父亲）这个更为经典的名字。天王星最独特的地方在于它的轴心非常倾斜，以至于整个行星看起来好像在打转，就如同一个圆球在地面上滚动。

当天王星处于最亮的时候，星等为5.5，肉眼刚好可以看见。这的确具有挑战性，即便对那些能在超级清澈、漆黑的夜空观测的人们来说，也颇不容易。

海王星

海王星是4个气体球形巨人中最后和最小的一个，但即便如此，它还是要比地球大54倍。由于海王星离地球非常遥远，所以它是一个暗弱的世界，孤零零地呆在太阳系冰冷的边缘。因此，直到1846年人们才认定它，这也就毫不奇怪了，尽管伽利略可能曾在1612年观测过它。

因为海王星离太阳非常远，因此需要使用双目镜才能找到它，它的星等只有7.7。

美丽的流星雨

你们看到过流星吗？遇到流星的时候你们有没有许愿呢？你们一定很想知道，对着流星许愿究竟会不会让愿望实现，相信你看完下面的内容就会知道答案了。

流星虽然也叫做星，但它却并不是一般的星体，而是一种现象。在行星际空间，存在着大量的固体物质和尘粒，这些物质就被称为流星体，是流星在进入地球以前的状态。流星体也是围绕太阳运转的，当它们接近地球时，会受到地球引力的作用，这将使它们的轨道发生改变，从而有可能穿过地球的大气层，闯入地球。这就是我们平常所看到的流星现象。另外，当地球穿越流星体的轨道时，也可能发生流星现象。

在各种流星现象中，最美丽、最壮观的当然要数流星雨了。流星雨是怎么形成的呢？如果在行星际空间，存在着许多流星体，它们共同组成了“流星群”，当流星群与地球相遇时，就会有大量的流星进入地球，于是就形成了流星雨的壮观场面。流星雨一般都是用其辐射点所在的星座来命名的，如狮子座流星雨、英仙座流星雨、猎户座流星雨等。

关于流星雨的形成，还有另外一种说法，那就是由彗星的碎屑形成的。彗星在运转的时候会将一些碎屑状的物质撒在自己的轨道上，这些物质逐渐脱离了彗星，从而形成了流星群，当与地球相遇的时候就形成了流星雨。比如说在1872年，天文学家曾预测出将有一颗比拉彗星十分接近地球，可是在地球经过比拉彗星轨道的时候，许多地方的人们却看到了一阵极大的流星雨，于是科学家们判断这场流星雨是比拉彗星的残骸所形成的。当然，事实究竟是不是这样的，还有待考证。

哈雷彗星是一个“脏雪球”吗

在世界各国都流传着很多关于彗星的传说。每次彗星光临地球时，人们都会以极大的热情去关注它。

彗星为什么这样引人注目呢？这是因为它有奇异的形状：毛茸茸的彗头中间嵌着闪光的彗核，拖着长而透亮的彗尾。另外彗星突然出现，来也匆匆，去也匆匆，有的则从遥远的行星际尽头奔向太阳，随后又扬长而去，如同浪迹太阳系的漂泊者。

在如此众多的彗星里头，最引人注目的明星是哈雷彗星。

在1986年时，天文学家已经认识到，彗星实际上是一个由石块、尘埃、氨、甲烷所组成的冰块，外形极像一个深黑色的长马铃薯，就像一个“脏雪球”。它与地球上的小山差不多，假如在上面做“环星旅行”，不到半天就可以完成，这样的小个子，远离太阳时在地球上是无法看到的。但当这个“脏雪球”飞向太阳时，太阳的加热作用让其表面的冰蒸发升华成气体，与尘粒子一起围绕彗核成为云雾状的彗发和彗核。彗发又让阳光射散，这样就形成了有着星云般淡淡光亮的长长的彗尾。这时，彗头直径可以达到几十万千米，彗尾长达好几千万千米，变得好像一个庞然大物，但质量却小得出奇。它的绝大部分质量集中在彗核，也只有地球质量的十亿分之一。

那科学家是怎样发现哈雷彗星是一个“脏雪球”的呢？

原来，英法等西欧10国科学家花了5年时间制造了“乔托”号探测器，用来揭开哈雷彗星的真貌。它深入到离彗核只有500多千米的地方，并进入到彗发的深处，从而让人类第一次目睹了彗核的真容。第一，独具特色的喷流高上千千米，喷流核表面粗糙，像煤块般黑，核外都是由非挥发性物质组成的多孔表面层，接近太阳时外表30℃～130℃，里层仍为-70℃，有裂纹和凹坑多处，从里向外喷射气体尘埃流，煞是好看。第二，回照率4%，比煤炭还黑。

但哈雷彗星也和宇宙中的其他彗星一样，逃不过衰亡的命运，它将一次比一次暗淡，最后将会耗损殆尽并崩解。但是，每隔一段时间，总会有另一颗光耀的彗星出现，作为“生力军”加入人类所发现的彗星名单中去，例如，人们在20世纪末发现的百武彗星及海尔-波普彗星，因此人们可以不断目睹彗星的风姿。

神秘的月球

对于月亮，我们是再熟悉不过的了。我们知道，太阳是太阳系里面唯一可以发光的天体，月亮本来就是不会发光的。我们平时所看到的月光，并不是月亮本身发出的，而是太阳光在月球上的反射。也就是说，如果不是太阳把它照亮了，我们是看不到美丽的月亮的。

苏东坡的《水调歌头·明月几时有》中有一句：“人有悲欢离合，月有阴晴圆缺。”为什么说“月有阴晴圆缺”呢？

如果你回答说是因为月亮的形状发生了改变，那就大错特错了。事实上，月亮的圆缺变化是由于太阳、月亮和地球之间的相对位置发生变化所形成的。当月亮处在地球和太阳中心的时候，我们就看不到月亮，此时被称之为新月；接下来，月亮沿着它的轨道慢慢地转过来，我们就会看到弯弯的月牙；等到月亮变成一半的时候，就出现了上弦月；随着月亮的逐渐长胖，我们就看到了满月；满月只可维持一两天，然后就又开始变瘦；剩下一半的时候，即是下弦月；随着月亮越来越瘦，又变成了弯弯的月牙，然后消失不见了，此时的月亮被称之为残月。残月过后，就又会开始新一轮的变化，所以我们看到的月亮是每天都在变化着的。

尽管我们想象中的月球应该是很美的，但事实却并非如此。月球上基本没有水，没有空气，因此声音也就无法传播，到处是一片荒凉、寂静的景象。而且月球上几乎没有大气，所以月球上面的昼夜温差很大，白天可高达127℃，夜晚则可低至-183℃。不过月球上也有很有趣的事情，我们都知道在太空中会出现失重的现象，在月球上也是如此。月球的引力只有地球的1/6，也就是说，6千克重的物体到了月球上就变成1千克了。我们在月球上行走会变得很轻松，稍微用力就可以跳起来。半跑半跳的前行方式应该会很有趣。

二、地球奥秘

地球的大小怎样测定

世界上第一个测量地球大小的人是古代希腊天文学家埃拉托色尼，他是在亚历山大城长大的。在亚历山大城正南方的785千米处有一个叫塞尼的城市。塞尼城中有一个非常有趣的现象：每到夏至那天的中午12点，阳光都能垂直照到城中一口枯井的底部。也就是说，在夏至那天的正午，太阳正好悬挂在塞尼城的天顶。

虽然塞尼城与亚历山大城大致处于同一子午线上，但亚历山大城在同一时刻却不会出现这样的景象，太阳总是处于稍稍偏离天顶的位置。在一个夏至日的正午，埃拉托色尼在城里竖起一根小木棍，测出太阳光线与天顶方向之间的夹角是7.2°，相当于360°的1/50。

鉴于太阳与地球之间遥远的距离，太阳的光线可以近似地被看做是彼此平行的。埃拉托色尼根据有关平行的定理得出了∠1=∠2的结论。

在几何学里，∠2被称为圆心角。根据圆心角定理，圆心角的度数等于它所对应的弧的度数。因为∠2=∠1，所以∠2的度数也是360°的1/50，所以，图中表示亚历山大城和塞尼城距离的那段圆弧的长度，应该等于圆周长度的1/50。也就是说，亚历山大城与塞尼城的实际距离，正好等于地球周长的1/50。

由此可知，测出亚历山大城与塞尼城的实际距离之后，再乘以50，就可以得出地球的周长。埃拉托色尼计算的地球周长为39250千米。

由于这个计算结果是按照大地是球状的假设来运算的，而且得出的数字大得惊人，所以没有人相信。从此以后，对大地的测量和计算在相当长的一段时间内在欧洲中断了。

公元8世纪初，我国唐代天文学家张遂曾亲自指导和组织了一次规模庞大的大地测量。测量的范围北起北纬51°附近，南至北纬17°附近，围绕黄河南北平地这个中心，在全国13个点用传统的圭表测量法对各地冬至、夏至、春分和秋分的正午日影长和漏刻昼夜分差进行了测量。此外，张遂还对各点的北天极高度（即当地的纬度）进行了实地测量。例如，在河南省平原地区，他测得该地一纬度的经线的弧长约为129.41千米。它与现代测算的北纬34°5′地方的子午线一度弧长110.6千米相比，相差20.7千米，相对误差为18.7%。

18世纪时，法国科学院曾派出两个大地测量队，一个队去了南美洲的赤道地区，另一个队到了瑞典的拉普兰，两队分别测定两个区域里的经线一度的长短。结果证实：地球上经线一度的长度在赤道要比在极区略短些，这说明地球是个扁球体。

科学家们从19世纪以来又对地球的大小进行了无数次的测量和计算。苏联学者克拉索夫斯基和他的学生在苏联、西欧和美国等地进行弧度重力测量后所得出的数值，在当时是较为精确的。

由于近年来测量技术不断进步，人类已获得了对地球测量的各种方法。特别是利用宇宙飞船和人造卫星进行测量，能够使人们获得更为精确的地球数据：地球的赤道半径是6378.14千米，极半径是6356.755千米。赤道半径和极半径之差同赤道半径之比是1∶298.25。如果按照这个扁平率做成一个半径为298.25毫米的地球仪，极半径与赤道半径只有1毫米之差，这样一来，就像一个真正的圆球了。

运用现代科技测量出的相关数据显示：地球的经线圈周长约为40000.5千米，赤道周长约40075.5千米，整个地球的平均密度约为5.517克/厘米3，表面积约为5.1亿平方千米，体积约为10832亿立方千米。

我们所说的重量是指地球作用于某人或某物之上的重力。所以说探究地球的重量有多少基本是没有意义的，因为只有和其他物体相比较时地球才会有重量。

不过，人们可以通过计算地球作用于一个已知质量的物体上的重力效应，估算出地球的质量（地球所包含的物质的量）。大多数科学家计算得到的地球质量大约为5.98 × 1024千克。

在太空时代到来之前，估计地球质量是件相当复杂的事情。1774年，内维尔·马斯基林第一个计算出了相对准确的地球质量值。他根据一个钟摆在重力作用下的摆动规律，估算出苏格兰境内一座高山的质量并计算出它的重力效应——相对于地球重力。

现在，通过观察围绕地球旋转的人造卫星的运动，人们可以更准确地估算出地球的质量。

精彩的海洋世界

海洋是地球的主要组成部分，它的面积要远远大于陆地的面积，约占地球表面积的71%。海底究竟是什么样子的呢？恐怕现在还没有人能给出确切的答案。因为海洋实在是太深了，我们人类所到达的深度还是非常有限的，至于那些没有涉足过的地方，科学家们就开始发挥他们丰富的想象力，进行假设推理了。

你可不要以为海洋就是我们平常所看到的大海。事实上，海和洋并不是一回事，它们之间是不能等同的。洋是海洋的主体，处于海洋的中心部分，它们远离大陆，不受陆地的影响，占海洋总面积的89%。海则是洋的附属部分，位于洋的边缘，靠近大陆，因此要受到大陆的影响，占海洋面积的11%。另外，洋都较深，海则较浅。

陆地把广阔的水面分成了四个相通的大洋，它们是太平洋、大西洋、印度洋和北冰洋。太平洋是第一大洋，虽取名太平，但其实并不太平，经常有台风和恶浪兴起；大西洋是第二大洋，它的周围分布着很多发达的国家和地区，因此相关产业也比较发达；印度洋是第三大洋，那里经常发生热带风暴，造成巨大的灾难；北冰洋是第四大洋，位于北极圈内，它的海面和岛屿都被一层厚厚的冰所覆盖。

海洋里面究竟有什么呢？当然，一定会有各种各样的鱼，还有很多海洋生物。那么除此之外呢？会不会有传说中的水晶宫和宝藏呢？这个可不好说，也许真有，只是以人类现有的技术，还无法探知罢了。但是海底有着丰富的能源却是可以肯定的，如果我们好好利用，将会受益无穷。总之，海洋世界绝不会像我们所看到的那样简单，也许在海洋的深处，有着比陆地更为精彩的世界，还有待我们去开发和探索。

去海底探险，绝对是一件刺激而又有趣的事情。在海洋的不同深度，我们可以看到不同的鱼类和海洋生物，它们的分布是很有规律的。下潜得越深，看到珍稀鱼类的可能性就越大。其实，穿着潜水服在海底遨游，看各种各样的鱼从身边游过，本身就是一件很有意思的事情。习惯了陆地的生活，偶尔到海底感受一下鱼的生活，也是很不错的。

在精彩的海洋世界中，我们还可以看到美丽的珊瑚礁。色彩绚丽的珊瑚礁为海洋增添了一道美丽的风景，也为各种鱼类提供了栖息的场所。更让人惊奇的是，这些鱼类会充分利用自身的颜色，与珊瑚礁融为一体，这样我们就很难发现它们。珊瑚礁是海洋中最为复杂的生态系统之一，也是地球上最古老、最珍贵、最多姿多彩的生态系统之一，人们称呼它为“海洋中的热带雨林”、“海上长城”等。

海水是什么颜色的

蓝色的海水，绿色的海水，无色透明的饮用水……水到底是什么颜色的呢？

答案让人出乎意料：纯净的水是蓝色的。但是由于我们喝水的杯子容量有限，很难分辨出水的颜色来。如果将一个像楼房那么大的杯子装满纯净水，我们就能看到它真正的颜色——蓝色。

水的颜色取决于水分子对光的反射和吸收情况。白光，比如阳光，是由七色光混合而成的，也叫光谱。在光谱中，红色到绿色波长范围的光比较易于被水分子吸收，蓝色部分的光则被反射出去，所以我们就看见了蓝色。

但水的颜色并不是一成不变的。在远离海岸的海域中心位置，海水是深蓝色的，甚至有些发紫。然而在靠近陆地的海岸线一带，由远及近，海水的颜色由蓝变绿，再由绿变成黄绿。为什么会发生这样的变化呢？这与水里的浮游物质和水深有关。

在海岸线附近，海水充满了从陆地上冲来的有机物和小植物。其中有一些很小的绿色植物，叫做浮游植物，它们含有一种叫做叶绿素的化学物质。叶绿素能够吸收大部分的红色光和蓝色光，反射绿色光，于是我们看见的海岸边的海水就是绿颜色的了。

在宇宙空间里，海洋的颜色让我们都可以分辨出地球生命的聚集区。绿色的海域好比是陆地上的热带雨林，充满了生命；而深蓝色的水域是很少有生命的地方，这里好比是大陆上无人居住的白色沙漠。

海水和海水里的浮游物对光的吸收方式也决定了水面下的颜色。假设你正在驾驶一辆黄色潜艇，在水面附近，你的潜艇是黄色的，但是随着潜艇慢慢潜入海底，照到潜艇上的光越来越少，当潜艇下降到水下30米的深度时，阳光中的黄色、橙色和红色的光几乎都被水分子吸收了，只有蓝色和绿色的光能到达潜艇表面，这时你的潜艇就变成了蓝绿色。如果再往下降，直到绿色光也消失了，潜艇就变成深蓝色了。

浮游物越多，海水越混浊，对光的吸收量就越多。所以越是混浊的海水，你下降时看到周围环境变暗的速度就越快。

潮涨潮落

去过海边的人一定知道，海水每天都会有规律地涨落。一般来说是每天两次，早晚各一次。通常情况下，人们把白天那次潮涨潮落称为潮，而把晚上的那次称为汐，以此来进行区分。潮涨时，海水会迅速地把沙滩淹没，使平坦的沙滩变成一片汪洋；潮落时，海水又会迅速地退去，那片宽敞平坦的沙滩又重新露了出来。海水的涨落就是这样神奇，而且海水也很勤快，它从来都不知疲惫，日复一日，年复一年，永不停息地涨涨落落，从不偷懒。正因为这样，我们才能看到这样壮观的景象。

海水的潮汐现象主要是由于月球的引力作用而形成的。你可能觉得月球的引力没有多大，至少比地球的引力要小得多。但实际上，月球的引力也是很大的，大到足以影响地球上海水的活动。我们都知道，月球是围绕地球运转的，因此它的引力会在不同的时间作用到不同的海域，于是也就出现了不同规模的潮汐。

海水的潮汐现象确实是神奇而又壮观的。在涨潮时，还有一种更为雄伟壮观的景象，那就是涌潮。不过你们要知道，并不是所有的海域都可以出现涌潮的。涌潮是由于特殊的地理环境所造成的，只有在那些水深逐渐变浅，且海岸陡峭、河口呈喇叭口状的海湾才能出现涌潮。在我国的钱塘江口就可以见到涌潮，潮起之时，潮水像一堵高墙一样咆哮前进，怒浪排空，有如万马奔腾，蔚为壮观。

海啸是怎么产生的

人们都说“无风不起浪”，但为什么有时没有风的时候也会波涛汹涌，形成几十米高的巨浪呢？这种现象叫做海啸，海啸发生时会造成严重的破坏。那么，海啸是怎么产生的呢？

海底地壳的断裂是造成海啸的最主要原因，地壳断裂时，有的地方下陷，有的地方抬升，震动剧烈，在这种震动中就会有波长特别长的巨大波浪产生，这种巨大的波浪传至港湾或岸边时，水位就会因此而暴涨，向陆地冲击，产生的破坏作用极其巨大。1923年9月1日发生著名的日本大地震时，海浪剧烈地冲击横滨，海水带走了几百所房屋。事后人们发现，那里附近海底的地壳不仅断裂开来，并且发生了巨大的位移，所以会形成270米的隆起与下陷的高度差，进而出现海浪滔天的景象。

有时海啸是由海底的火山喷发造成的。像1883年，爪哇附近喀拉喀托岛上的火山喷发时，在海底裂开了一个深坑，深达300米，激起高达30米以上的海浪，巨浪把3万多人卷到海里。火山在水下喷发，海水还会因此沸腾，涌起水柱，难以计数的鱼类和海洋生物死亡，在海面上漂浮。

此外，有时海啸是由海底斜坡上的物质失去平衡而产生海底滑坡造成的。

也有些海啸是由风造成的。当强大的台风从海面通过时，岸边水位会因此而暴涨，波涛汹涌，甚至使海水泛滥成灾，由此造成的损失是巨大的。这种现象被人们称为“风暴海啸”或者“气象海啸”。

但是，并不是所有的海底地震必然导致海啸，一般而言，海啸是否会出现，与沿岸的地貌形态也有很大的关系。

认识大气层

我们知道，空气是我们赖以生存的条件之一，没有了空气，我们就无法呼吸，生命当然也就无法继续。但是你们知道空气是从何而来的吗？

没错，就是令人敬畏的大气层。我们的地球被一层很厚的大气层包围着，它不仅为我们提供生存所必须的空气，而且还为我们提供最适宜生存的温度，并为我们阻挡太阳光中的有害物质。可以说，没有大气层，所有的生命都将消失。看，在地球表面那一层淡蓝色的美丽外衣就是大气层，我们就生活在这个大气层的底部。

因为有了大气层，我们还可以看到很多有趣的天文现象。还记得儿时的那首歌谣吗：“一闪一闪亮晶晶，满天都是小星星。”正如太阳那样，所有的恒星都是能够持续发光的，可为什么我们所看到的星星却会眨眼睛呢？可不要以为真的是星星在闪闪发光，其实这都是大气层搞的鬼。大气是不停地流动着的，而且密度也在不断地变化，因此当星光通过时，就会因为光线折射程度的不断改变而出现闪烁的现象。

根据高度的不同，大气层被分为对流层、平流层、中间层、暖层和外逸层。对流层是最底层，也是人类活动的主要场所；平流层是第二层，这里的空气呈水平流动，总是风平浪静，晴空万里；中间层是第三层，这里可以反射地面发出的无线电波；暖层是第四层，这里的温度可达到1200℃左右，经常会出现极光等光学现象；最外面一层是外逸层，这里的大气已经非常稀少，有的则因为很少有分子和它碰撞而一去不复返了。

冰川和冰山是怎样形成的

在一些高山地区或是在两极地区，常见到的那一层雪白无瑕的“外衣”是什么？它们即是冰川。那么，冰川又是如何形成的？冰川是冰雪贮存和运动的一种形式，但在不同地区，其成因略有差别。在高山地区的冰川是由于那里地势高、空气稀薄、不保暖，冰雪在这里不易融化而形成。两极地区分布着的冰川则由于太阳辐射弱，热量少，气候终年寒冷，冰雪被一年四季堆积而形成。全世界冰川的总面积约有2900多万平方千米，而90%以上分布在两极地区。

作为固体的冰在重力作用下，从高处向低处缓慢流动，冰川之名由此而来。冰川的流动速度极慢，每昼夜一般只能移动1米，个别流速快的冰川能流动20多米。冰川的流动速度随冰川厚度增加、坡度变大、气温升高而加快。

冰川不是简单地由普通的水凝结而成，构成冰川的冰又称冰川冰。由于雪花越降越多，即使在阳光照射下稍有融解，但随即又冻结起来，这种情况下结成的颗粒状雪粒使得冰川冰密度略小于普通的冰，其进一步结成冰层，即构成冰川。

冰川有高山冰川和大陆冰川两种，高山冰川是指存在于高山上的冰川，大陆冰川则指分布在两极地区的冰川。厚度在1000米以上的冰川将整个南极大陆和格陵兰岛的极大部分都掩埋在其下。

南极是世界上冰川分布最广的地区，冰川总面积约占地球上冰川总面积的85%以上，其冰川总体积约有2800万立方千米。坡度不大，只在边缘处向外倾斜，将长长的冰舌伸入海中是南极冰川的最大特点。冰山主要有角锥形和桌形两种形状，大的能在海上漂浮2～10年。浮动着的冰川一般只有近100米露出海面，而实际往往长达几千米，其他约占冰川体积6/7的部分就埋在水面下。冰川的漂浮，对极地航行极为危险，是导致极地航行船只沉没的原因之一。

世界主要冰川

欧亚大陆——喜马拉雅山地区有纳布冰川等6条冰川，面积达1600平方千米。中国境内的冈底斯山、昆仑山、喀喇昆仑山、唐古拉山、天山山脉、阿尔泰山以及横断山脉也是世界主要高山冰川分布区。帕米尔山脉费德钦科等冰川共有7042平方千米。阿乌尔山、堪察加、科里雅克高原、西伯利亚、乌拉尔、兴都库什山脉、高加索山、阿尔卑斯山脉、比利牛斯山脉、斯堪的纳维亚半岛、格陵兰（180.2万平方千米冰川）、加拿大北极群岛和北极其他岛屿、冰岛等都有冰川。北美洲——阿拉斯加地区有5.2万平方千米的冰川，还有海岸山脉、洛基山和加拿大大陆冰川。南美洲——安第斯山脉有2.5万平方千米的冰川。大洋洲有1000余平方千米，非洲只有22平方千米的冰川。而最大的冰川在南极洲，其他地方跟它的量是不能相提并论的。

火山为什么会喷发

火山喷发是地壳中的岩浆向上喷出地面时的现象。一般情况下，地壳把岩浆紧紧地包住。地球内部有相当高的温度，岩浆不甘于寂寞，它老是想要逃离出去。然而，由于地下的压力极大，岩浆无法很轻易地冲出去。地下受到的压力在地壳结合得比较脆弱的部分比周围小一些，这里的岩浆中的水和气体就很有可能分离出来，促使岩浆的活动力加强，推动岩浆喷出地面。当岩浆冲出地面时，原来被约束在岩浆中的水蒸气和气体很快分离出来，体积迅速膨胀，火山喷发就此产生。

岩浆冲出来的通道是否畅通与火山喷发的强弱有很大关系。如果岩浆很黏很稠，有时再加上火山通道不但狭窄而且紧闭，这时就极易被堵塞，这就需要地下的岩浆聚集非常大的力量才能把它冲破。一旦冲开，伴随而来的就是一场威力极猛的大爆炸。有时候，一次火山喷发过程，就可以喷发出来几十亿立方米的火山碎屑物。假如岩浆的黏稠度小，所含气体也不多，通道相对而言比较畅通，经常有喷出活动，那么就不会引起大的爆炸。夏威夷群岛上有一些火山，就是第二种情况。

火山大都分布在那些地壳运动较为强烈，而且相对而言较为薄弱的地方。这种地方陆地上和海里都有。海底的地壳很薄，一般只有几千米，有些地方还有地壳的裂痕，所以在海洋底部分布着很多火山。例如临近大西洋中部亚速尔群岛的卡别林尤什火山，它位于一条巨大的断裂带之上，当它喷发时，炽热的浪涛从深邃的海洋底部涌出，一时间，洋面会沸腾起来。在开始时人们还以为是一条大鲸吐出的水柱呢！它的火山喷发活动持续了13个月，结果一片好几百公顷的新陆地出现了，这块新陆地与亚速尔群岛中的法雅尔岛连接在一起。海洋中有很多像这样的海底火山。

在火山喷发过程中，会有岩浆喷出地面，那些岩浆的活动能力极强，可以时常喷发的火山在地质学中被称为“活火山”。例如，位于太平洋中的夏威夷群岛上的基拉维亚火山，长期以来总有岩浆从中不断地涌出，有时还会发生极为猛烈的爆发，它就属于活火山。有一些火山在喷发之后，需要经过很长一段时间在地下聚集起足够的岩浆才可以再次喷发，当它暂时不再活动的时候，被地质学家称为“休眠火山”。例如在北美洲西部的喀斯喀特山脉中就有很多这样的火山。人类并没有找到它们曾爆发过的历史记载，但根据探测，它们还有活动能力。不过，这一类火山，有的也可能就此一直沉睡下去。还有些火山因为形成时间很早，地下的岩浆已经冷凝固化，不再活动，或是虽然地下还有岩浆存在，但因为那里地壳厚实坚硬，其中差不多所有的裂缝都被以前挤入的岩浆凝结堵塞住，岩浆无法再喷发出来了。地质学上把这些已失去了活动能力的火山叫做“死火山”。例如，非洲坦桑尼亚边境上的乞力马扎罗山，就是一座非常有名的死火山。人们可以从飞机上清晰地看到火山口内堆积着很厚很厚的白雪。

地震是怎样发生的

如果从地球表面看，一切似乎都很平静，因此一说到地震，人们总是觉得是比较少见的事。事实上，根本不是这样，地球上经常会发生地震。地震是一种非常普遍的自然现象，就像下雨、刮风一样。据科学家们用精确的仪器观测，地球上每年大约发生500万次地震，并且平均一天会发生1万多次。但是，这些地震大部分都微乎其微，人们不用仪器观测是根本感觉不到的，每一年中这样的小地震大约占当年地震的99%；人们可以感觉到的，只不过占1%。

地球上为什么会常常发生地震呢？

大多数地震是由地壳运动所引发的。刚硬的岩石在运动中受到力的作用，形状发生改变，有时甚至发生断裂，此时就会发生地震。目前人们虽然对推动地壳发生变动的力量从何而来仍持有异议，对地震产生的根本原因也有许许多多的推测，但大家一致认为某一地区的岩石发生了断裂是该地区发生地震的直接原因。地下的岩石产生了新的断裂，或是原来就有裂缝，再次发生错动是绝大多数地震发生的原因。许多威力极大的地震都发生在地下存在断裂的地方。当地下的岩石因为受到力的作用而将要断裂时，月亮和太阳的引力作用，水（水库）或大气对地面的压力的变化，都有可能促使断裂发生，有触发地震的作用。

其次，地震又常常作为火山爆发的伴侣出现，在地球上存在着大量的火山，火山每次爆发，会从地下喷射出大量炽热的岩浆，体积急速膨胀，对地壳有所冲击，因此一定会引起地震。

既然每年地球上发生如此多的地震，我们为什么感觉到的很少呢？

原来，在地球上发生地震时，震动也有强度的大小，释放出来的能量也有多有少，按照它们大小的不同，大致可以分为微震、弱震和强震等三大类。可使器皿丁当作响，使吊钟和电灯、壁上的挂图发生晃动的地震称为弱震。可以使墙开裂、山石崩落、房屋倒塌的地震称为强震。一些非常强烈的地震还能在眨眼之间把整个城镇摧毁，如1976年的唐山地震，在地球上如此强烈的地震平均每年大约发生10多次，但有时候并不是发生在像唐山这样人口极为稠密的地区，给人类带来的灾害也不会像唐山地震那样严重。除了强震以外，弱震是不会给人类造成危害的，至于微震，就更没有多大影响了。绝大多数地震都是微震。

地震发生时，也不是所有人都可以感觉得到，在一定范围内的人们才能感觉到。地震时，人们把震动的发源处叫做震源。震动自震源起，以波动的形式向四周发散传出，叫震波。在震源处地震波的能量最大，在传播过程中，地震波能量会逐渐消失，传得越远就越微弱，传到一定距离，就可以弱到人一点也感觉不出来。

地球上的煤是怎样形成的

众所周知，煤是从地下开采出来的。可是，为什么地下有这么多煤呢？在回答这一个问题之前，首先需要知道煤是如何形成的。

有人说煤长得像石头，甚至通常把质量不好的煤叫做“石煤”，所以认为煤是由石头变来的。但是，如果你再仔细观察一下会发现有些煤块上会有植物的根茎和叶等形状的痕状。倘若把煤切成薄片，在显微镜下进行观察，有时可以看到相当清晰的植物构造和组织，而且有时像树干一类的东西还保存在煤层之中。在中国著名的抚顺煤矿，大量琥珀含在煤层之中，有的里面甚至包有极为完整的昆虫化石，它是一种相当精美的艺术品。事实上，琥珀就是由树木所分泌出来的树脂演变而成的。这一切都表明煤主要是由植物演变而来的。

古代植物又是如何演变成煤的呢？

原来，在历史上，有一些时期的环境非常有利于煤的形成。由于气候条件适宜，在这些时期，茂密高大的植物到处繁殖，大量高等或低等植物、浮游生物以及水草等生长在沼泽、内陆和海滨地带。由于后来的地壳运动，这些植物就一批一批地被埋藏在地面的低洼地区和海洋或沼泽的边缘地带。这些被泥沙所掩盖的植物，长时间受着压力、细菌和地心热力的作用，原来所含的氮气、氧气以及其他挥发物质等都逐渐地跑掉了，剩下来的大部分就是“炭”（一般称这种作用为“炭化作用”）。这样泥炭就最先形成了，随后泥炭被埋藏得越来越深，碳质的比例在温度和压力的作用之下不断增高，褐煤和无烟煤便逐渐形成了。简单而言，煤就是经过这样的凝胶作用以及炭化作用变来的。

由于各地都有不同的地壳运动特点，有些地区植物遗体的堆积速度和地壳的下降速度大体一致，保持均衡，很可能形成较厚的煤层；有些地方地壳沉降速度变化非常大，许多薄的煤层可能会在这里形成。

煤形成之后，在漫漫地质年代中，还不断地经受着各种变化和变动。原来水平的煤层可能会因地壳的构造运动而引发断裂和褶皱，有一些煤层被掩藏到地下更深的地方去了，因此至今还在地下沉睡没有被人们发现；而另一些煤层在一些比较浅的地方埋藏着，而且经过后来的侵蚀、风化的作用而露出地表，根据这些露在地表的“煤苗子”，我们找起煤矿来就会相当容易。目前许多埋藏在地下较深的煤田随着人们对于煤的形成规律的进一步掌握以及矿物勘探与开采技术的改进，而不断地被发现、开采及利用。

地球上的石油是怎样形成的

石油被人们称为“黑色的金子”，它是攸关人类生存的重要能源。

石油是由地质时期的动植物的遗体在地下高压高温及微生物作用下，经过漫长而复杂的化学变化逐渐形成的一种较为黏稠的液体矿藏，它也是原油及原油的加工产品的总称。凡是从油田开采出来还没有经过加工处理的石油叫做原油。原油通常情况下是深褐色、黑色的，但是，也有绿色，甚至无色的原油，这主要由开采地的特质所决定。原油不溶于水，有特殊的气味，密度也比水小，溶、沸点不固定。

石油大多在地下（或海底）深埋着，它属流体矿物，所以通常只需打竖井之后通过采油管开采。在打成一口油井的初期，由于地层下有很大的压力，油层内的石油经常受压力驱使而自动向上喷，这时就可以采用“自喷采油法”采油。自喷采油不但设备简单，管理方便，而且开采经济，产量也高，是当前较为理想的采油方式，一般采用先进技术且条件好的油井可保持几年甚至十几年的自喷形式。已过自喷期的油井或油层压力较低，石油只能够流入井里但却没有能力再往地面上喷射，此时要采用机械采油方法亦即通过安装在井上的俗名叫“磕头机”的抽油泵往上抽油。使用磕头机抽油的油井也可以在相当长的时间内维持一定的产量。

现代生活一刻也离不开石油，它是工业的血液，是最最重要的能源之一，而西亚则是世界上的最重要的石油产区。

根据大陆漂移学说的解释，西亚原本是古地中海的一部分，经过沧海桑田的多次变化之后，古地中海的范围渐渐缩小，幼发拉底河和底格里斯河带来的泥沙也在不断地缩小波斯湾的面积。以波斯湾为中心的浅海地区是一片古老台地，这些地区主要进行的是升降运动，它们的褶皱运动非常平缓。升降运动形成4000～12000米的非常厚的沉积层。从结构上看，因为褶皱运动不是十分强烈，所以形成一系列平缓而巨大的简单穹隆或背斜构造，这种构造对贮油贮气极为有利。例如举世闻名的沙特加瓦尔背斜构造，长240千米，宽35千米，这里形成了原油储量达到100亿吨以上的闻名遐迩的加瓦尔油田。

西亚的纬度偏低，它的这一地理条件造成生物数量相当繁多；西亚地区所拥有的“两河”、广阔的浅海的大量泥沙形成相当良好的还原环境；平缓的地质构造和沉积层为原油的储备提供了优良的储油条件，这些就是西亚成为世界储油最丰富的地区的自然原因。

地球上的岩石是怎样形成的

岩石分布在地球的各个地方。有些地方虽然从表面上看是泥沙，但下面则是岩石；还有海洋、江河，在水层底下也是岩石。岩石紧紧地裹在地球的外面，人们把它叫做岩石圈。岩石圈最厚之处已超过100千米，换言之，不但地壳是由岩石构成的，就连地幔的最上端也是由岩石构成的。

为什么地球上会有如此多的岩石呢？

瑞典著名博物学家林耐曾经说过这样一句名言：“岩石并非自古就有，它们是时间的孩子。”的确，地球上每一块岩石都是在地球的演变过程中渐渐形成的。

根据岩石不同的形成方式，我们能够把所有的岩石划分为火成岩、变质岩、沉积岩三大类。

火成岩是地球岩石圈的主要组成部分。地壳中大约3/4的岩石以及地幔顶部的全部岩石属于火成岩。火成岩是由炽热熔融的岩浆冷却凝固之后形成的。倘若它们是由火山喷发出来的岩浆冷却凝固而成的，则可被称为火山岩，如安山岩、玄武岩等。今天，我们仍然可以在一些火山活动的地区，观察到火山岩的形成过程。虽然有些地方覆盖着厚达上千米甚至上万平方千米的火山岩，但它所占的比例并不是很大，绝大多数岩石是由那些没有能够喷发到地表的岩浆直接在地下深处冷却凝固而形成的，这叫火成岩，如分布较为广泛的橄榄岩、花岗岩等。

早先形成的包括火成岩、变质岩和沉积岩等在内的岩石，在地面暴露以后，会受到侵蚀和风化作用的破坏，逐渐转化为化学分解物和泥沙。这些化学分解物和泥沙经过水、风或者是冰川等外力的搬运作用，最后在湖海盆地或者其他低洼处堆积，再经过漫长的压紧胶结和地球内部热力的影响，再一次固结成为岩石，形成沉积岩，例如，由泥质堆积而成的页岩以及由沙粒胶结而成的砂岩等。在形成沉积岩的过程中，生物经常葬身其中，故而还可以在沉积岩里找到由古生物遗迹或遗体构成的化石。

岩石在地球的演变过程中，受到强烈的挤压或高温的影响，或者被注入外来物质，从而发生面目全非的变化，一种新的岩石由此产生，我们把这种岩石称为变质岩。例如，花岗岩能够变成片麻岩，页岩和一些砂岩会变成片岩、板岩等。

总之，地球上的所有岩石的形成，都无法脱离以上三种途径。