每时每刻的新挑战——大气科学研究的苦与乐

正地球大气是一个极度复杂的流体。大气中的水在气态、液态、固态之间不断转换,在不同地方成云致雨,形成干旱和湿润的气候区。大气里还有上万种其他化学物质,有的能吸收阳光或红外线使地球表面变热,有的能反射阳光使地球表面变冷。     

怎样加热火星大气

20世纪,天文学家借助先进的望远镜和光谱仪了解到,目前的火星实际上是一个干燥、寒冷的尘埃行星,比地球南极还寒冷,比撒哈拉沙漠还干燥.稀薄的火星大气中有97%是令人窒息的二氧化碳,气压是地球表面气压的1%以下,表面温差很大,平均为零下55℃.显然,这样的自然环境是不适合人类居住的.因此,"火星地球化"的重头戏是--"给火星大气加热".     

太空"流浪汉"

流星有大有小,大的流星重几千吨,小的微流星只有沙粒大小.它们每天撞击地球大气的次数多到几十万次到几百万次.由于大多数流星在同地球大气摩擦时着火燃烧化为灰烬,所以它们到不了地球表面,有幸穿过大气层落到地球表面的流星很少.     

太阳帆助地球“搬家”

有科学家设想。用太阳帆、太空镜聚焦太阳光至近地小行星。使其表面物质蒸发,并让小行星改变轨道,从而消除近地小行星对地球构成的潜在威胁。同样的方法可以用于移动太阳系外围的冰质天体以帮助地球“搬家”。     

说氧

氧不仅是地球上分布最广、含量最多的元素,同时又是地球上所有生命赖以生存的物质。数10亿年来,正是氧与二氧化碳互为补充的神奇循环,造就了万物繁荣的地球。氧气(O_2)主要分布在地球表面附近大气中,并随着海拔高度增高而递减。据科学家研究得知,早期地球大气中并没有氧气,直到25亿年前,一种原始的海洋生物绿藻大量繁殖起来后才有了变化。绿藻能利用水进行光合作用,把水分解成为电子、质子和氧气。现在地球大气中的氧气含量,很稳定地维持在     

大气臭氧层破坏与人类患癌危险

大气同温层中的臭氧在保护地球生物中起着关键的作用。大约3%的太阳输出以紫外线(UV)释放出来,但其中只有一小部分到达地球表面。波长在240～290nm的紫外线C(UVC)几乎全部被大气中的臭氧消除,只有一部分紫外线B(UVB)(290～320nm)穿过大气到达地球表面。由于紫外线B与紫外线C不在DNA的吸收光谱内,所以臭氧对原始生命形式很关键,尤其对水中生态系统。对人类,臭氧能大大限制太阳辐射的致癌作用。     

环球电路:一个未解开的奥秘

根据 B·弗兰克林和其他一些人在十七世纪中叶所做的试验,闪电才第一次被看作是宏大的静电现象。而且,试验者立即认识到弱电性是大气的一种永久特性,即使在晴天也是如此。曾经发现地球表面带负电荷,而空气带正电荷,晴天时在靠近地面的大气中存在着约为每米100伏特的垂直电场。对这种现象,先是从静电的角度作了解释,早期有一种理论认为,这种大气电场是地球上固有负电荷的产物,这些负电荷也许     

原始核酸是生命的萌芽

28种分子构成生命最新的太阳系起源学说认为,原始地球产生时,接近地球表面的地幔是溶融着的,在地表上没有气体。从内部喷射出来的气体含有水蒸汽,地球变冷以后,这种水蒸汽就变成了海洋。气体的残余部分(如二氧化碳、一氧化碳和氮等)变成原始的大气,陆、海、空(大气)在地球史的最初期形成了。由实验可知,在这种大气中,一旦发生雷电及紫外光化学反应,就会形成氨基酸和核酸碱等生物化学物质。那么,所谓生命又是什么呢?生命的本质就是对自己执行自我复制,因此,对生命来说,最根本的物质就是执行遗传的核酸和决定代谢的蛋白质。这两     

月球大气的探索

地球外面有1000公里以上厚度的大气,古代的哲学家们说:“大自然厌恶真空。”尽管在1600公里的高度,此处远离地球母亲,空气密度只是海平面的千万亿分之一,虽如此,也还是外层空间空气密度的10亿倍,大气使天外来物不给地球带来厄运。那么,月球上是否也有空气存在呢?人们对这一问题,常有各种议论,一个天体能否保住那里的大气,要由这种天体上气体运动的平均速度和脱离速度来决定。脱离速度也叫做逃逸速度,天体表面上的物体,必备一定速度飞向宇宙空间,才能够摆脱该天体对它的吸引。若气体分子运动的平均速度大于脱离速度的1/5,那么气体便迅速跑掉,…     

神秘的金星

金星是地球的近邻“姐妹行星”,它们的大小和质量相当。早先曾推想金星有类似于地球的生机环境,甚至存在生物。但近半个世纪的探测表明,金星是跟地球差异甚多的神秘奇特世界。例如,金星与地球的自转方向相反(逆向自转),且特缓慢,金星的一昼夜相当于116.75(地球)日,不到两昼夜就度过一金星年--“度日（昼夜）如年”;它被浓密的大气和云层笼罩,难见表面的“庐山真面貌”,表面气压达93 bar(1 bar=100 kPa),强烈的温室效应使表面气温达467 ℃,酷热而干燥的环境显然不会存在生物;60%表面高程差不超过500 m,仅5%表面高出2 km;跟有古老而严重陨击的月球和水星不同,金星整个表面似乎都是地质上年轻的,陨击坑少,而火山地貌占主导,平均年龄可能不超过5亿年,几乎90%的表面是固结的玄武岩浆,到处有熔岩流和各种火山,断裂和断层交割景观,但没有地球那样的板块构造特征,也没有海洋和河流。金星的很多秘密还需要进一步探测研究。     

利用第三个人造地球卫星对高空大气的研究

苏联在噴气技术方面的成就,为对高空大气进行新的重要的科学研究創造了条件。苏联的工程师和科学家已經在着手建造一些巨大的人造地球卫星。研究高空大气的地球物理学家已經有可能在地球卫星上装备各种仪器,研究高空大气的各种性貭,以及研究与高空大气相互作用着的地球外面的各种因素:强烈的太阳电磁輻射和微粒輻射,星际间的微尘和气体介貭(以及与其有关的磁場),宇宙线和其他可以被地球大气吸收的各种輻射。在这以前苏联地球物理学家就已經有了利用火箭来研究高室大气的經驗。苏联首批人造地球卫星的建造,标誌着掌握星际空間秘密的新紀元的开始。卫星实驗室在稠密的地球大气层以外开始了工作。每一个地球卫星都丰富了我     

太阳系的原始生命

除地球外,如果太阳系还有其他星球上有生命,那它们在哪里? 太阳系里有3类行星,分别是气体巨行星、矮行星和石质行星.气体巨行星由于没有固体表面,因此没有孕育生命的温床,即使有生命,也只能飞翔在大气中,然而迄今为止我们没有在那里发现飞翔的生命.     

大气的"脸色"

包围地球的空气称为大气.像鱼类生活在水中一样,我们人类生活在地球大气的底部,并且一刻也离不开大气,大气为地球生命的繁衍和人类的发展提供了理想的生存环境.     

高层大气建模:从地球到行星

地球和行星的高层大气作为大气圈与空间环境的过渡区,是大气科学和空间科学的交叉研究领域.高层大气理论模式及其数值模拟可以突破实验观测的限制,又能够比理论分析更为全面细致地重现高层大气的各种物理和化学过程,在高层大气的研究中表现出独特的优势,也一直是国际高层大气研究热点之一.虽然地球高层大气和其他行星高层大气存在差异,但它们之间有着密切的联系,因此大多数的行星高层大气理论模式都是以地球高层大气理论模式为基础开发的.本文聚焦于地球和行星高层大气理论模式,对目前国内外主流的地球和行星高层大气理论模式的发展历史及其性能进行了系统介绍.     

地心温度比太阳表面高

美国加利福尼亚大学和加州理工学院的研究人员通过模拟行星内部压力实验证明地球中心比太阳表面热。地球内心温度原估计值为2700～3700℃。新计算结果为约6880℃,比太阳表面温度(约5760℃)高。研究人员用金刚石、红宝石、激光束和特殊子弹压缩和加热铁,从而测定在压力约330万倍大气     

控制地球大气升温新论

长期以来,科学家一直认为减少大气中的二氧化碳气体是使大气升温速度放慢的最好方法。但是新的研究认为,减少其他气体可能是使气候变化放慢更为有效的方法。这一研究是由美国航空航天局的一个科学家小组进行的。 在过去２５年中,二氧化碳含量大致保持相等,但是地球表面的平均温度却已经上升。他们发现,被称为温室气体的其他气体加在一起滞留在大气中的热量比过去想象的要多得多。这些气体包括沼气、含氯氟烃和臭氧。因此既限制二氧化碳又限制其他气体才是防止地球变暖的最好方法。 美国航空航天局的科学家认为,其他温室气体滞留在大气…     

视野

<正>外星雪运用"阿塔卡玛大型毫米/亚毫米天线阵",科学家最近首次拍摄到了一个婴儿期恒星系统中的雪线。在地球上,当高处气温下降、大气中的湿气转变成雪时,雪线就形成了。恒星系统形成于尘埃圆盘,其雪线形成于尘埃圆盘遥远寒冷的外围地带,形成方式与在地球上类似。从恒星往外走,水最先冻结,形成最初的雪线。在更远离恒星的地方,随着温度下降,二氧化碳、甲烷和一氧化碳等也开始冻结成雪。这些不     

科学问答

空气和大气有什么区别?大气的概念比空气大。除了地球之外,木星等行星也有大气。大气成分较复杂,其中生物生存所必备的成分就是空气,行星中只有地球拥有空气。从地面到1000km高度是大气层,其中最下部的对流圈(地表到11km高处为止)和其上部的成层圈(从地表到48km高处为止)是空气。     

科学问答

空气和大气有什么区别? 大气的概念比空气大.除了地球之外,木星等行星也有大气.大气成分较复杂,其中生物生存所必备的成分就是空气,行星中只有地球拥有空气.从地面到1 000 km高度是大气层,其中最下部的对流圈(地表到11 km高处为止)和其上部的成层圈(从地表到48 km高处为止)是空气.     

流星余迹为何会发光?

在宇宙中,有一种由固体块和尘粒组成的流星体,可以几年甚至几十年在宇宙空间中围绕太阳旅行,但一旦当它经过地球附近时,被地球吸引改变轨道,有的闯入地球大气圈内,在地球大气的超高层,高度为80～110公里的领域内,同地球大气摩擦、燃烧,结束生命。摩擦、燃烧产生的光迹称为“流星”。流星的光集中在流星体的周围,比较亮,但在流星经过的路径上,在其后面,还有比流星的光暗弱得多的光,称之为“流星余迹”。流星是流星体物质在大气中燃烧的现象;流星余迹没有什么物质燃烧,为何会