宇宙与人

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内容简介: 地球已经有三十八亿年的历史,它在演化的过程中出现了生命,低级生命进一步演化成高级生命,最终,智慧的人类出现了,人类的出现只是地球演化中的必然。
但是,地球生命还有另一种来源,那就是最初的生命种子可能来源于太空。现代科学已经证明,生命来自太空有着强大的理论支持,星际气体云中包含着很多的化学元素,那里不仅有糖,也有酒精,更有组成生命的其他基础化学物质,那里就是外星生命形成的源泉。
这就让人进一步思考,外星人长的是啥模样,在其他的行星上,不一样的大气压,不一样的引力和不一样的生命机理,外星人的长相可能远远超过我们的设想。
外星人是敌是友,外星科技怎么样,这一切催生了人类寻找外星文明的热潮。对外星人的好奇和对地球文明毁灭的担心促使人们想要向外界寻找日外行星,更重要的是为人类找到第二个家园。

目录: 1 陨石既是臭鸡蛋,也是香饽饽//001 
2 奇异的磁敏感菌//007 
3 到宇宙深处去喝酒//013 
4 寻找对映体生命//020 
5 外星生命长啥样//030 
6 用光学方法寻找外星文明//037 
7 给外星人发“光报”//041 
8 宇宙精英认为,地球人是蠢驴//055 
9 外星探测车的昨天、今天和明天//064 
10 用原子弹改造金星//077
11 保卫地球,阻止外来天体的袭击//082
12 警惕迷途的恒星制造太阳系的灾难//088
13 未来考古鸟,把我们的今天告诉五万年后的人类//095
14 如何寻找日外行星//102
15 父母双全的行星//109
16 热气腾腾的冰世界//114
17 红矮星身边的第二地球,一半是地狱,一半是天堂//119
18 外星家园的景候//127
19 给日外行星测量密度//138
20 观测日外行星的白天//143

前言: 地球已经有38亿年的历史,它在演化的过程中出现了生命,低级生命进一步演化成高级生命,最终,智慧的人类出现了,人类的出现只是地球的演化中的必然。但是,地球生命还有另一种来源,那就是最初的生命种子可能来源于太空,是天外的陨石给地球带来了最低级的生命。来自太空的陨石可能会帮助我们解开地球生命来源之谜,陨石是破碎天体的碎块,它们掉落到地球上会引起灾难,被人当作讨厌的臭鸡蛋,但科学家喜欢它,它们也同样吸引了收藏家的目光。在天外陨石的研究中,人们还真找到了一些值得注意的陨石,科学家从一块来自火星的陨石中发现了磁晶体,就可能蕴含着生命最初形成的信息。
  现在科学已经证明,生命来自太空有着强大的理论支持,从遥远宇宙中传来的光谱信号,已经证明,星际气体云中包含着很多的化学元素,那里不仅有糖,也有酒精,更有组成生命的其他基础化学物质,那里就是外星生命形成的源泉。地球上的生命基本上都是由左旋氨基酸组成的,没有右旋氨基酸组成的生命,这是一个很奇怪的现象,来自遥远宇宙的信息却表明,在宇宙中,不仅是左旋氨基酸,还是右旋氨基酸,它们的形成都是机会均等的,所以,右旋氨基酸组成的对映体生命是应该存在的。
  这就让人进一步思考,外星人长的是啥模样,在其他的行星上,不一样的大气压,不一样的引力和不一样的生命机理,外星人的长相可能远远超过我们的设想。
  外星人是敌是友,外星科技怎么样,这一切催生了寻找外星文明的热潮。人们向那些可能存在外星生命的星球发出电磁波,希望能得到他们的回音,也使用电磁波来探测他们的存在,但是,更可能有效的探测手段是激光,使用激光来探测他们是比较靠谱的方式。找到外星人怎么办,我们怎么跟他们交流?当然还要使用激光来通信。如果把科学常识设计成星际语言,是一种不错的思路,比较容易被文明的外星人理解。
  接到这样的信号,文明的外星人会怎么理解我们的科技?虽然最有效驱动飞船的能量是核技术,但核技术并没有装备在航天器上,我们的航天技术还是非常原始的,还停留在刚刚能登陆月球的地步,就连很符合生命需要的火星都没有去过,这一点大概会引起智慧生命的嘲笑。
  在探测太阳系以内天体的技术上面,主要依靠探测车来实现,外星球探测器的演变之路实际上就是人类探测技术的进步之路。探测车是星际探索的先遣队,它们会去改造那里的一切,让那里变得适合我们生活。还有另一种途径可以改造行星,在太阳系内,金星就是一个目标,这是个高温高压的星球,使用原子弹就可以把它改造地符合地球人的需要。
  地球并不是安全的,来自天外的危险很多,小行星是地球文明的最大敌人。近些年的研究表明,小行星这些横冲直撞的撞击地球的几率非常高,为此人们设想了很多方法。对地球造成威胁的还有那些高速恒星,他们离开银河系,高速度地奔逃,如果进入太阳系,将会引发奥尔特云的扰动,会导致彗星或者小天体攻击地球。
  改造行星的工程量是浩大的,我们更应该好好保护地球。也正是对地球文明毁灭的担心,人们设想了很多办法。发射未来考古鸟,让他告诉五万年后的人类,尽管这个计划一拖再拖并没有实施,但是它警示当代人,需要考虑我们文明的出路。
  对地球文明毁灭的担心促使人们想拥有更好的方法,以向外界发展,毕竟文明的标志是探索宇宙的能力。但是航天技术严重滞后,不能直接飞到远处考察太阳系以外的行星,保卫地球也都是纸上谈兵。理性的研究方法还是在地球上,改造我们现有的设备,好好寻找太阳系以外的行星,这些行星被称为日外行星。
  寻找日外行星,就能寻找到宇宙生命,任何生命必须生活在行星上,虽然我们无法直接了解他们的生命机理,但是可以采用光波技术得知那里的环境。寻找日外行星,更重要的是为人类找到第二个家园。这是一项艰巨的任务,在过去几十年内毫无进展,但是,这项技术在终于在1995年出现了曙光。瑞士人找到了第一颗太阳系以外的行星,大量的日外行星出现在望远镜的视野里。天文学家寻找日外行星,一般使用四种不同的方法,他们都跟引力有关。
  找到的很多行星中,也有奇特的个案存在,比如父母双全的行星,当然,这并不影响它们是否能居住,如果能居住的话,这样的行星上将会出现两个太阳。还有的行星似乎可以居住,仔细分析,就会发现,那是一个误会,比如热量足够但是压力却巨大,导致热冰世界的行星。
  更大的发现是那些红矮星身边的行星,适合我们居住的日外行星很可能就属于红矮星,它距离红矮星较近,能得到足够的热量,大逆常规的是这样的行星上没有白天黑夜的变化,这里只有白天,在这样的行星上,会有很多种情况,一边是地狱,一边是天堂,人类生活的地带很可能是一个大圆环,也可能有足够的热量,却难以看到太阳。
  伴随着日外行星的大量出现,发现像木星那样的气体星球很多,它们不仅体积巨大,也没有固体表面,对我们毫无价值。适合居住的是体积和质量较小的行星,于是,判断一个遥远的日外行星的密度就成为高精尖的技术,密度可以告诉我们关于该行星的很多信息。
  研究日外行星的另一个高精尖技术是观测日外行星的白天,当行星运转到恒星侧面的时候,也就是行星的白天,这个时候获得的光谱能够判断行星上的大气成分,这成为判断那里是否能居住的重要标准。

媒体评论: 文字创造出来的科普艺术
科普就是把复杂的知识通过简单的讲解让公众知道,文字科普是*简单、*原始的科普方式,它易于被公众接受和理解。科普面临着软与硬的问题,包含知识点较多的科普,科学概念较多,技术含量很高,这是硬科普,也叫做专业科普,因为太专业的内容很难被解说得简单易懂。而那些知识含量较少的科普,可以叫做软科普,由于贴近我们的日常认识,就容易被公众接受,或者说能被完全理解。
在评价科普作品是否成功的时候,我们一般只评价它是否易于被公众理解,而忽视了科普的软与硬的问题。毫无疑问,在这种评价中,那些生物和地理科普就很容易占到便宜,而那些物理相关的科普就很难获得认可。在物理相关的科普中,包含太多的概念,不了解这些概念,就读不懂科普。尤其是青少年,他们还没接触过那些抽象的物理概念,自然很难读得懂,这种情况在天文学科普中尤其突出。
古老的天文学是观测星象的学科,并把观测到的星象与人间事务联系在一起。当代的天文学,完全依靠观测技术的进步,大量的耗资庞大的观测设备出现了,它们形形色色、原理各异。它们的观测成就丰富了天文理论,导致天文物理知识大爆炸似的增长。这些物理知识很难被公众理解,这对天文科普提出了挑战。
《苍穹之上》天文科普丛书解决了这个问题,本丛书对新知识、新发现进行了趣味的选取,并在此基础上进行艺术的重新构造之后,打磨出一套图文并茂科普作品。不仅选题具有趣味性,在写作方法上也别出心裁,采用比喻、拟人、自述等多种写作手法,文风各异,把所述的内容变得浅显、有趣、易懂,让文字的科普作品充满了艺术性。这既不是科幻的艺术性,也不是童话式的艺术性,而是面对着大量艰深物理概念的艺术描述。
本丛书不是对天文科学知识进行简单的系统描述,它跟当前科普市场上的所有科普都不一样,这是艺术的科普,真正体现了科普的艺术性,这是消耗大量时间和精力的产物。
本套丛书重点反映的是*近十几年,尤其是*近几年的天文新发现。为了配合书中的文字讲解,搭配了大量的图片,这些图片或者来源于美国国家航空航天局,或者来源于欧洲航天局,特向这两个机构表示致敬,还有一些系统原理图片是作者自己绘制的。

书摘: 到宇宙深处去喝酒
星际分子中的酒精
如果一个酒鬼没有钱,他一定会为没有酒喝而苦恼,地球上的酒虽然很多,那是人们酿造出来的,并不是免费的。如果他能到宇宙深空去的话,这种情况就会有所改变,因为那些到处都有的星云里含有无法估量的酒。即使地球上的人都是酒鬼,他们不停地喝,也够喝到地球灭亡的那一天。
1963年,射电望远镜开始应用于天文观测,在宇宙深处的许多星云里,人们发现了许多不同寻常的化学物质,它们是一些星际间的分子,星际分子被称为20世纪60年代天文学上的四大发现之一。这些星际分子中,有很多是有机分子,有机分子是构成生命的基础原料,所以这就显得非常珍贵。这些有机分子,它们种类各异,品种多样,简单和复杂的都有,在实验室不能稳定存在的分子也可以在这里找到。那个时候,天文台里讨论星际分子成了一个时髦的话题,人们对它们的兴趣也空前高涨。
于是,更多的人投身到这个方面的研究中,搜寻星际分子的工作也取得了更大的进展。天文学家忽然发现,不管我们的视线转向哪里,都可以找到有机分子的踪迹,它们广泛地存在于宇宙的所有角落。
由于它们太多,不可能对各个方位的有机分子都展开研究,所以只能研究距离我们比较近的。于是,天文学家把目光投向了人马座B2星云。这个星云离我们有26000光年,居于银河系的中心,其中含量*多的是氢分子,它们组成的氢分子云尺度达到3光年,这些氢分子就是组成其他分子的基础原料,也许正是因为基础原料太多的缘故,在其他地方几乎所有的有机分子,都可以在这里找到,这里被称为星际分子的宝库。
现在,已发现的星际分子多达100多种,它们的分子结构都很简单,当然也有复杂的,其中就有乙醇,也就是酒精,林林总总的酒类都是由酒精组成的,它是一切酒的基本核心物质。如果从数量上来说,这些酒精分子的储量是惊人的。所以宇宙中有着永远也喝不完的酒。
人们开始有了疑问,像酒精这样的分子是如何产生的呢?要知道,它们需要在有水的环境中才能产生。这就需要我们先来研究一下水这种物质。
宇宙中的冰
宇宙空间处处充满了物质,只不过这些物质的含量极少,比我们所能制造出来的真空还要稀薄,这就是星际尘埃。不要小看这么稀薄的星际尘埃,在辽阔的宇宙中它们的总量是极其巨大的。在它们聚集比较稠密的地方,会反射周围恒星发出的光芒。这就是我们用望远镜看到的星云。
在这些星际尘埃中,*主要的成分就是水分子,现在可以证明,宇宙空间中处处都存在着水。不要小看这些水分子,它们是各种星际分子形成的基础,在宇宙这个化工厂里,在各种有机分子的形成过程中,这些水的存在是非常必要的。
水分子是由一个氧原子和两个氢原子组成的,这3个原子并不是牢牢地结合在一起,实际上,它们在不停地颤抖着,也就是断开,又连接在一起,只不过这个过程极其短暂,但它却给其他分子的形成创造了条件。因为其他分子可以在水中穿行,它们可以在这个短暂的颤抖过程中与氢原子和氧原子结合在一起。于是,新的分子就在那一瞬间形成了。酒精分子就是通过一系列这样的过程形成的。
但是,在那寒冷的空间里,温度只有十几开氏度,任何水都该变成了冰。冰是一种晶体结构,这种晶体结构会把其他的杂质排除在外,没有其他的杂质,就不可能形成水分子以外的其他分子。但科学实验证明,宇宙空间的冰不是这种晶体结构,它们是一种不固定形态,就像黏稠的液体一样,可以发生形态的改变。
既然宇宙中的冰是无固定形态,那么它们就可以与周围的其他分子结合,形成酒精分子。让我们来看看它们是怎样形成的。
宇宙化工厂的生产工艺
在宇宙空间中,广泛存在着这种黏稠的冰,它们不是固定地呆在一个地方,而是四处漂泊。当它们在星际空间长达几亿年的漂流中,接近恒星时,它们受到恒星的照射。这些恒星不仅可以发射出光子,还会发射出多种高能粒子,紫外光子也是它们发射出来的产物,它们就像是猛烈的炮火,源源不断地轰击这些黏稠的液体。这个时候,奇迹产生了;星云也就像是一个翻滚的大海,波涛起伏。那些黏稠的冰也开始流动了。于是,宇宙化工厂的生产过程开始了。
这个生产过程所使用的基本原料就是化学元素,这些化学元素可以广泛地存在于宇宙的所有地方,在这些星际云中当然也存在。这些原料可以在水分子间穿行,结合成化学分子。工厂里要生产什么产品,需要按照严格的工艺要求,但是在这个宇宙大工厂里,没有人来安排生产方法,也没有人来安排工艺流程。所以它生产出来的东西,也就不是单一的产品,而是各种各样的产品。由于某种特别的因素,我们会发现,某种产品的产量特别高。不管产品是什么,它们的结构一般都很简单,只有几个原子组成。要想生产出更加复杂的大分子,它们还要经过更加复杂的工艺,如果在这个地方反应不够激烈的话,更加复杂的工艺往往需要换一个地方才能形成。
一个星云就是一个宇宙化工厂,这个化工厂是可以移动的,它在漫长的漂移过程中,接触到的恒星是不一样的,这也就使它们受到的辐射不一样,不一样的辐射产生出不同的分子,比较大的分子就是在一次次接触恒星辐射的过程中诞生的。像酒精这样复杂的分子,含有两个碳原子、一个氧原子和六个氢原子。也是在宇宙这个天然化工厂里,经过一次又一次的反应酿造出来的。这个酿酒过程可能需要几十亿年的时间,比地球上一个星期的发酵过程要漫长得多。
在地球上,酒是以液态的形式出现的,但是,在宇宙空间里,温度很低,对于绝大多数地方来说,只有3开氏度,也就是零下270摄氏度。在这样的条件下,这些酒当然不可能以液态形式存在,它们跟有机分子一样,是以弥漫的气体形式出现的。
宇宙中的酒是广泛存在的,而且储量极大。如果我们在星际航行中缺乏能量,完全可以把它们当作飞船的燃料。当然,如果能把它们运回来兑上水的话,也能喝。
生命来源于太空
这些宇宙中的酒告诉我们一个惊人的秘密,这个秘密就是地球上的生命可能来源于太空,来源于那些星云。原来,科学家以为,地球上的生命是在地球上形成的,现在,这种观点发生了动摇。宇宙化工厂的产品是多种多样的,依据星际云产生出来的光谱,科学家不仅发现了酒精,还发现了糖,这不是一般可以吃的糖,它是一种细胞中所包含的核糖,可以参与细胞的多种化学反应,是构成生命的基本化学单元。
1969年,一颗陨石坠落在澳大利亚马奇逊地区,美国埃姆斯研究中心的科学家立刻赶往该地,把这颗陨石完好地保存下来,带回去仔细研究。在马奇逊陨石中发现的氨基酸有多种,这些都是组成生命的基本物质。现在,用甚大射电望远镜,在B2星云中还发现了甘氨酸,这是一种*简单的氨基酸。
种种迹象都表明,并不是在地球上,才有形成生命的基本条件。