“硬科幻”获好评《流浪地球》里的科学故事

<正>春节期间上映的电影《流浪地球》以"硬科幻"的特点收获大量好评。"硬科幻",即具有严谨科学底蕴、基于科学原理的科幻作品。那么,这部电影中哪些说法具有较强的科学基础,哪些说法现在还只是幻想?大年初一,中国科幻电影《流浪地球》登陆各大影院,在竞争激烈的春节档期收获票房冠军。电影根据刘慈欣同名科幻小说改编而来,讲述了一个发生在不远未来的故事:太阳急剧老化,随时都有可能进入到红巨星的膨胀阶段,地球也将因此被吞噬。在此危急关头,为了地球人的存亡,地球上的联合     

地球出现绚丽极光 太阳“外衣”“漏”了一个洞？

<正>4月24日,地球上再次出现绚丽的极光现象。这次极光罕见地在我国新疆维吾尔自治区被观测到。那么,太阳上的“黑洞”是怎么回事？它与地球极光之间又有什么联系呢？3月23日,我国风云卫星E星观测到太阳表面突然出现一个巨型“黑洞”;随后,地球上出现了绚丽的极光现象。4月21日,我国风云卫星E星再次观测到太阳南极附近的巨型“黑洞”;4月24日,地球上再次出现绚丽的极光现象。这次极光罕见地在我国新疆维吾尔自治区被观测到。那么,太阳上的“黑洞”是怎么回事?它与地球极光之间又有什么联系呢?     

日全食的轨迹

<正>日全食轨迹人类从古至今都是依据太阳的东升西落规律界定每天的时间,但日全食现象将打破这一规律,由于月球从地球与太阳之间经过,三个天体大体处在同一条直线上,因此月球会遮挡部分或全部的太阳表面就形成了日食,整个日食过程从开始到结束的时     

《流浪地球》与科幻的科技想象力

<正>想象力是极具创造性的认知能力，具有强大的创造力量，能够创造出“第二自然”。想象力与科幻电影、科幻小说发生关联，尤其是在科技方面，在今天的中国观众与读者中引起很大的共鸣。即便不是科幻迷，也极有可能在2023年春节走进电影院，去观看电影《流浪地球2》。2019年春节，电影《流浪地球》获得高达46.5亿元的票房，被视为开启了中国科幻电影的元年。时隔4年，     

刘慈欣携《流浪地球》试水国产科幻电影

<正>刘慈欣的《三体》系列于2015年荣获雨果奖,随后,他的作品便成了炙手可热的电影改编"香饽饽",《流浪地球》被不少网友寄望为"国产科幻大片的突破之作"。"那是一座金属的高山,在我们面前赫然耸立,占据了半个天空,同它相比,西边的太行山脉如同一串小土丘。"刘慈欣在科幻小说《流浪地球》中这样描写着掌握人类命脉的"行星发动机"。     

地球的第四种基本运动形式——速差自转

我们运用哥白尼的"日心说"核心理论"太阳视运动是地球基本运动的反映"研究地球的基本运动形式,"地球速差自转"运动被太阳视运动反映出来.以春分观测点为参照,太阳直射点每年沿地球赤道西移约1 555米,它所反映的地球基本运动是春分观测点每年东移约1 555米.它是地球与太阳的相对自转速度和地球周日自转速度在一回归年时间中出现的速度差所表现出来的地球基本运动形式.由于这种运动形式是通过太阳直射点和春分观测点的运动速差表现出来的,所以,我们把地球的这种运动命名为"地球速差自转".发现地球速差自转,对研究地球表面的各种复杂运动意义重大.     

“帕克”奔日 探寻太阳风起何处

正帕克太阳探测器在美国卡纳维拉尔角空军基地由Delta-4重型火箭发射升空,这艘探测器将以前所未有的距离靠近太阳,有望对多个科学问题的研究起到决定性的推进作用。除了给予地球光和热外,太阳也以另一种方式影响着我们的地球。一种被称作"太阳风"的高速等离子体流时刻从太阳表面涌出。当它到达地球附近时,会与地球的磁场发生作用。强烈的太阳风暴会引起     

太阳视运动与地球基本运动的对应关系——“地球周年自传”是地球基本运动形式之一

从太阳周年运动、回归运动、周日运动是地球公转和自传的反映看,太阳的3种视运动形式,对应着地球的两种基本运动形式,存在对应缺失问题。通过对地球在公转轨道上的宇宙形态进行研究,发现地球除公转和周日自转外,还有一种自转形式：“地球周年自转”,它和太阳回归运动相对应。地球在公转的同时自东向西相对于太阳自转一周,使地球有了太阳西升东落的年昼夜交替和四季分明的环境。“地球周年自转”是与太阳相对而言的,它和地球公转不同。把形式和性质不同的太阳回归运动与太阳周年运动归属到一类问题中,认为它们的奥运动都是地球公转,这是人们对地球基本运动形式的认识缺失。发现“地球周年自转”,在教育教学领域意义重大。     

发现奇特的岩浆行星

<正>开普勒-78b在众多系外行星中显得与众不同,这不仅是因为它的大小与地球相当,还拥有岩石地表和一个铁核。开普勒-78b与地球之间的相似性可能还并不局限于此。它围绕一颗与太阳相似的恒星"开普勒-78"运行,每"年"的绕行的时间仅有8.5小时。由于它和"太阳"之间的距离实在太过接近,其地表的平均气温要比地球高出近2000摄氏度。因     

CdTe薄膜太阳电池研究进展

当今能源危机成为急待解决的严重问题,太阳能的有效利用是解决世界范围内的能源危机和环境问题的一条重要途径.太阳是地球生命之源.一年中太阳辐照在地球表面的能量相当于130万亿吨煤的热量,大约为全世界目前一年耗能的1万多倍.按目前太阳的质量消耗速率计,可维持6×1010年.所以可以说它是"取之不尽,用之不竭"的能源.     

科学家发现类太阳系恒星系统

<正>科学家发现了非常古老的类太阳恒星系统,它在宇宙产生之后不久就诞生了。整个恒星系统包括了5个地球大小的行星,科学家认为它孕育着远比我们的预期还要古老的星球生命。这个类太阳系统中的恒星名为开普勒-444,距离地球17光年,112亿岁。当这个类似太阳的恒星由原始气体和尘埃形成时,宇宙的年龄只是目前的五分之一。2015年1月,英国伯明翰大学的物理和天文学学院博士Tiago Campante领导的星震学科     

科幻小说:科技时代新的解读方式

科幻小说是科学技术和幻想相结合的文学形式,作为伴随19世纪科技发展产生的一种文化现象,它既是科技时代孕育的特定解读方式,又包含着对科技时代崭新的和丰富的哲学解读。它借助特定的时空转换形式在过去、现在和未来之间寻找和维持一种历史张力,并从三种哲学角度出发诠释、建构和解构科技时代:科幻小说大众文化以其特殊的虚拟构架统领大众参与历史实践;科幻小说兼具意识形态功能和乌托邦功能,反映或者批判与超越社会现实;科幻小说不仅具有智识启迪功能,而且具有伦理建构功能。     

盘点地球15大奇特地貌

国外媒体最近公布了地球上的15大最奇特地貌,置身其中,就仿佛来到另一个世界。这些怪异的地貌与地球上其他地貌截然不同。从西班牙的血红色河流到富有传奇色彩的土耳其地下石城以及仙人烟囱,一个又一个奇特地貌仿佛并不是大自然的产物。而是直接从科幻小说和科幻影片复制过来，为地球增加浓重的神秘色彩。以下就是这15个大奇特地貌。     

美将发射承受超高温射探测器

正美国航空航天局正在准备发射一个前往太阳系中心的探测器。该探测器将以每秒200千米的速度飞掠太阳,同时承受超过1371摄氏度的高温。日冕物质抛射往往与耀斑等太阳活动联系在一起,有时会给地球带来严重威胁。在日冕物质抛射期间,太阳表面释放出的大量带电粒子会对地球的电力系统、飞行器和卫星造成破坏。更严重的是,这些带电粒子还可能伤害     

地球的第五种基本运动形式——离极自转

太阳视运动是地球基本运动的反映,“地球离极自转”形式被太阳视运动反映出来了。人们以中国的5座北回归线标志塔为参照,发现北回归线每年持续南移14米。北回归线南移是一种太阳视运动,它所反映的是地球南北方向的运动形式。地球南北极点以每年10米左右的速度移动,地轴却指向天北极不变,这证明地球本体在作离极运动。南北方向的“地球离极自转”现象,被太阳视运动和地球离极运动双重证据所证明。由于其它自转形式的参与,地球离极自转的自转轴收缩到了黄轴和地轴的交点上,轴变成了点。地球离极自转使地球上南北极有煤和6000万年前的恐龙化石,热带有冰川遗迹,岩石中有反向的剩余磁场等,也使诸多地球现象成了未解之谜。     

瑞士研制真空管道汽车

驾驶者通过“交通互联网”可以在一个小时内到达地球上任何一个地方或实现环球旅行，这一想法听起来似乎有些像科幻小说或影视中的情节。不过科学家们和汽车制造商已经开始研究和制造适用于真空管道旅行的汽车。     

引力趣谈

我们是幸运的。地球稳稳地运行在自己轨道上,并与周围的巨大的天体保持着适当的距离。它不会向太阳一直落下去,直到最后被巨大的火焰烧成灰烬。使太阳、地球以及那些巨大的邻居保持着如此稳固的关系的,就是宇宙间最基本的力量之一:引力。     

太阳风暴及其影响

去年以来,各种新闻媒体多次报导太阳风暴事件。今年4月,又发生了一次剧烈的太阳风暴,导致无线电通讯受阻。到底什么是太阳风暴？它对地球有哪些影响？本文将简要介绍这些问题。太阳风暴实际上是指太阳活动引起的太阳光辐射和粒子发射增强的现象,俗称太阳风暴。它不是科技术语,它与科学术语“太阳风”(solar wind)是两回事。太阳风是指太阳最外层大气永不停止向外膨胀的稳定现象,太阳风暴则是太阳活动引起的偶发事件。因此,要理解太阳风暴,就得从太阳活动讲起。肉眼看到的太阳似乎完美无缺,洁净无瑕,但实际情况并非如此。借助各种专门的太阳望远镜进行观察,就可发现太阳表面常在一些局部区域出现某种特殊现象,或者说发生一些事件,即所谓太阳活动现象。例如在太阳的低层大气(光球层)中出现成群的太阳黑子和光斑,在高层大气(色球和日冕)中出现日珥和谱斑,有时发生太阳耀斑和日冕物质抛射等现象。黑子是日面上的暗黑斑块,它们的本质是太阳表面的局部强磁场区(磁场强度为几千高斯),且具有复杂的磁场极性分布。但黑子区的温度比周围低,显得暗黑。光斑是光球层的高温区,谱斑是色球层中的高温区。日珥是突出于太阳表面的火焰。耀斑则是太阳大气中大规模的能量释放现象,就是太阳爆发,是最剧烈的太阳活动现象。日冕物质抛射也是另一种形式的剧烈太阳活动。黑子、光斑、谱斑和日珥等活动的空间尺度一般为几万至十几万公里,寿命为几天至十几天。日冕物质抛射涉及的空间尺度更大,但持续时间较短。太阳耀斑区的大小约为几千至几万公里,持续时间只有几分钟至几十分钟。耀斑发生时,从耀斑区发射出很强的光辐射(主要为X射线和紫外波段),以及高能粒子流(主要为质子和电子)和低能等离子体。一次耀斑释放的总能量可达到10³²至10³³尔格。太阳耀斑是各种太阳活动现象中对地球影响最大的现象。观测表明,上述各种太阳活动现象倾向于发生在以黑子为中心的局部区域中(称为太阳活动区)。因此一般来说,当太阳上的黑子群和黑子数目较多时,其他各种活动现象也增多。换句话说,可以用黑子群和黑子多寡来代表太阳活动的平均水平。通常用所谓黑子相对数来代表每天的太阳活动水平。黑子相对数定义为R=10g+f,其中g和f分别代表当天日面上的黑子群和黑子数目。人们通过长期观测发现,黑子相对数R的年平均值具有11年左右的周期性变化。年平均值极小的年份表示该年日面上很少出现黑子,因而其他各种活动现象也不多,这样的年份称为太阳活动极小年。反之,R的年均值极大的年份,意味着该年日面上太阳黑子和其他活动现象频繁和剧烈,称为太阳活动极大年。相邻两次极小年之间的时间间隔(11年左右),称为一个太阳活动周。国际上统一规定从1755年极小年起算的太阳活动周为第一周。目前我们正处在从1996年开始的太阳活动第23周。它的极大年在2000年附近,因此从去年至今,日面上经常出现很多大黑子,太阳风暴也经常发生。宏观上稳定的太阳为何会出现太阳活动现象,一直是太阳物理学家的重点研究课题。目前认为太阳活动系起源于太阳内部的原有弱磁场(许多天体,包括恒星和行星都有磁场)与太阳自转相互作用的结果。太阳自转很特殊,即赤道区的自转较快(约27天转一周),两极区较慢(约34天转一周),称为较差自转。理论研究表明,正是这种较差自转能够把太阳内部的微弱磁场拉伸放大,形成管状的强磁场,称为磁流管。因磁流管具有磁浮力,会逐渐向太阳表面升浮。当这些磁流管升浮到太阳表面时,与太阳表面碰撞,并拱出表面,在那里形成局部强磁场区,就是太阳黑子。而光斑、谱斑、日珥、耀斑和日冕物质抛射等其他活动现象,则是黑子区的强磁场与太阳等离子体相互作用的结果。太阳活动具有11年左右的周期,也可以用太阳发电机理论予以解析。地球实际上是浸泡在太阳光辐射和粒子流(太阳风)当中,因此地球附近空间环境的主要特征在很大程度上是由太阳光辐射的能谱(辐射强度随波长的变化)和粒子流的能谱(粒子流量随粒子能量的变化)确定的。太阳稳定的光辐射和粒子流确定了地球附近空间环境的定常状态。例如,在太阳X射线和紫外线的作用下,地球大气中形成了电离层和臭氧层,而太阳风则把地磁场压缩成彗星的形状(称地磁层),并在其中形成了内、外辐射带,它们是被地磁场捕获的太阳粒子的集中区。在此基础上,太阳活动产生的光辐射(主要是X射线和紫外线等短波辐射)和粒子流发射增强,就构成了对定常状态的扰动,产生了各种异常现象,也称为地球物理效应。太阳活动对地球的影响,最严重的就是太阳上发生耀斑时产生的一系列地球物理效应。最先是耀斑产生的X射线和紫外线(特别是其中波长为1～10埃的X射线)于8分多钟后到达地球,使地球电离层中最低层(D层)的电子密度突然增大,从而使无线电通讯中依靠更高电离层(E和F层)反射的短波(波长约10～50米)在其通过D层时受到严重吸收,造成通讯信号减弱,甚至中断。这一现象也称为电离层突然骚扰^*。耀斑发射的高能粒子流(其主要成分为质子)一般于耀斑发生后几小时至十几小时到达地球附近。这些粒子的能量很大,将对人造卫星和宇宙飞船等航天器造成损害,甚至殃及宇航员生命。1991年3月,太阳的几次大耀斑发射的高能粒子流,曾损坏了日本广播卫星的电池板,造成供电不足,使其3个频道中的一个不能工作。欧洲海事通讯卫星MARECS-A也因表面带电引起局部弧光放电,损坏了太阳能电池板,使其功率下降而退出服务。1990年11月初的太阳耀斑发射的高能粒子流也曾使我国的“风云一号”气象卫星受到轰击,造成计算机程序混乱,无法控制卫星姿态,导致卫星在空间翻转。高能粒子流伤害宇航员的事故尚未发生,然而地面实验室的模拟表明,太阳耀斑发射的高能粒子流将会对进行太空行走的宇航员造成伤害,即使对在航天器中的宇航员,也会造成相当严重的危害。因此,应当尽量避免在太阳活动强烈时期进行航天(特别是载人航天)活动。为了避免危险,载人航天器一般都在内辐射带高度以下(低于800公里)飞行。这样可以在一定程度上受到辐射带的保护。甚至在高纬和极区附近飞行的高空飞机,由于那里没有辐射带的保护(地球辐射带的纬度范围只有±70°),也会受到耀斑发射的高能粒子的轰击,危及乘客的安全。英国皇家航空公司就曾制订过避免太阳高能粒子损害的飞行规章。太阳耀斑发射的更大量的低能粒子为同等数量的电子和质子所构成的等离子体。它们通常在耀斑发生后1～3天到达地球,冲击地球磁层和电离层,引起磁暴和电离层暴。大量低能粒子通过地球两极地区进入电离层(主要是下层)后产生电离层暴,它对无线电通讯造成的损害比上述电离层突然骚扰要严重得多,一般会持续好几天。这些粒子撞击地球极区高空大气的原子和分子,使它们受到激发而发光,出现壮丽的极光现象。另一方面,大量低能粒子在地磁场中运动还会产生强大的感应电流,它在引起磁暴的同时,还会严重损坏高纬地区的供电设备和输油管道,甚至电话线路。例如,1989年3月一系列太阳耀斑发射的等离子体引起的磁暴期间,加拿大魁北克地区的电力系统遭到严重破坏,电力供应中断9小时,影响到600万居民的生活。磁暴期间,由于地磁场的正常状态遭到破坏,因此还会影响到利用地磁场进行作业的其他领域,如物理探矿、导航和航测等部门,甚至使信鸽迷路。除了耀斑以外,其他一些太阳活动现象,如特大的黑子群、日珥爆发和日冕物质抛射等,也会有X射线和紫外线增强,以及粒子流发射。一般来说它们的强度不及耀斑,但是它们的累积效应也会对地球产生影响。太阳活动产生的短波(X射线和紫外线)增强和粒子流一般只能到达地球的高空大气,主要对电离层,至多对平流层(位于12～50公里高度,臭氧也在这一层)产生影响。它们不能直接达到天气现象所在的对流层。然而,从上一世纪的统计研究却发现,太阳黑子相对数和太阳耀斑的发生与地球上一些地区的气象和水文参数之间存在相关性。这些参数包括平均气温、气压、雷暴频数、季风频数、旱涝程度,以及大河流的水位和港口冰冻期等。最明显的即许多地区的年平均气温与黑子相对数年平均值同步变化。研究也显示太阳耀斑发生之后的第3～4天,一些地区的雷暴频数明显增加。这些现象表明,太阳活动与天气现象之间密切相关,但其物理机制目前尚不很清楚。太阳活动引起的短波辐射增强和粒子流增强还会使地球大气受到加热。这将使低层大气向高层运动,相当于大气整体向外膨胀,导致高空大气密度增大,从而使在高空运行的人造卫星受到更大的阻力,造成卫星轨道衰变,寿命缩短。有人认为,这种低层大气向高层运动也可能造成大气环流变化,从而影响到天气现象。此外,太阳耀斑等引起的地球大气膨胀还会改变大气角动量,从而影响地球自转。1959年7月和1972年8月发生的两次大耀斑,均造成地球自转突然变慢。有些研究表明,一些地区的地震发生率似乎与太阳活动有关,有可能是太阳活动引起的地磁场扰动和地球自转的微小变化激发了地震的发生。至于有些研究表明某些疾病、农产品产量、人的情绪、甚至交通事故等与太阳活动的联系,有一部分可能是太阳活动产生的紫外线增强、地磁场变化或天气变化等因素间接造成的,这些方面还存在较大争议。除了极少数特大耀斑发射的非常高能的相对论性粒子(能量超过500兆电子伏特的粒子),可以突破地磁场的束缚到达地面(这种现象称为地面太阳宇宙线事件)外,一般耀斑和其他太阳活动产生的粒子均被地磁场捕获在高空地带,不会到达地面。各种太阳活动产生的光辐射增强主要限于波长在1500埃的远紫外和X射线波段。而且波长愈短,增强愈剧烈。但在波长大于1500埃的紫外线、可见光和红外波段,辐射强度并无明显变化。探空火箭和人造卫星上搭载的仪器测量结果表明,太阳活动期间,波长在100～1000埃的太阳辐射强度,会比平时增强10倍左右;10～100埃之间的辐射强度,会比平时增大100倍左右;而波长短于10埃的X射线强度,可以超过平时的1000倍以上。不过值得庆幸的是地球大气对紫外线和X射线有屏蔽作用。对于波长为3000埃的紫外线,地球大气的透过率只有0.011,即只能透过约1%。对于波长比2800埃更短的紫外线和X射线,地球大气的透过率几乎为零。因此,上述太阳活动引起的紫外线和X射线增强,虽然高达几十至上千倍,但是只能在高空测量中看到。对于在地面日常生活中的人们来说,这种辐射增强是难以觉察的。因此可以估计,太阳活动期间在地面的太阳紫外辐射增强最多只有百分之几,绝不会超过10%。同时,即使是在太阳活动峰年,仅仅是太阳活动比较频繁,并非时时刻刻都有太阳活动。因此因太阳活动峰年而改变人的生活方式是没有必要的。太阳活动虽然强烈,但它发射的能量与整个太阳辐射能相比,则是微不足道的。例如,太阳大耀斑的发射能量(包括它的光辐射和粒子发射)估计为4×10³²尔格。假定其持续时间为1小时,则可算出其平均发射功率为每秒10²⁹尔格。这与太阳的总辐射功率每秒3.845×10³³尔格相比,是可以忽略的。更何况太阳也并非每时每刻都有耀斑。因此,存在太阳活动丝毫无损于把太阳视作一颗稳定的恒星。大功率的稳定辐射叠加上小功率的周期性的太阳活动,这就是现阶段太阳的主要特征。 ---------------------第38页* 林元章研究员是天文学名词审定委员会副主任。---------------------第39页* 天文学名词审定委员会已将“电离层突然骚扰”定名为“电离层突扰”。     

地球不会成为太阳的“殉葬品”

英国Sussex大学的几位天文物理学家对此前有关地球将随着太阳一同消亡的观点提出了质疑。他们表示,这一观点忽视了太阳在氢气烧光消亡时会失去大部分重量,其对地球的引力也将随之显著减弱这一重要的因素,因此地球不会成为太阳的“殉葬品”。这些天文物理学家指出,太阳几近消亡时体积会极剧扩张,但地球不会被吸入太阳内部,因     

地球为什么有尾巴

彗星的漂亮尾巴引起了天文爱好者的极大兴趣。许多年来，从人造地球卫星上得到的数据表明，地球也有一条尾巴，而且还长达几百万千米。在地球的内部，存在着强大的磁场。当太阳风以每秒４５０千米的速度冲向地球时，无法穿过强大的地磁场，因此在距离地心１０个地球半径，面向太阳的地方，形成了磁顶。磁顶好比一道防护林，保护着地球上的人类及其他生物，使动植物免遭太阳风的侵害。由于太阳风与地磁场的相互作用，地磁场的磁力线中性面在高空突然向背向太阳的一面弯曲，地球磁场便一直延伸到几百万千米的地方。由于它是一个磁场，所以管它…