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第1章 天文历法

地球的由来

地球是一个非常特殊的星球。这不仅仅是因为有我们人类生活在地球上,而且还有100多万种生命形态在发展着。它是目前已知的太阳系中唯一有生命存在的场所。

据人们推测,地球差不多已经有50亿年的历史了。目前地球上已测得最古老岩石的年龄已达40亿年。而在这之前,地球已经经历了一系列事件。这些事件所需的时间根据放射性时钟和物理、化学作用的速率所推测约需近10亿年。

也就是说,地球是在太阳系形成过程中同时形成的。作为太阳系中一颗行星出现的最早年代大约是在50亿年前。

地球的形成一直是地质学、天文学和人们所关心的问题。几个世纪以来,有过不少的宇宙生成理论,然而用现代方法来解决这个问题开始于18世纪。

1755年,德国哲学家伊马努尔。康德提出一种假说,认为宇宙空间存在许多气体和尘埃(现在称这种物质为“星云”),这种原始物质缓慢运动着,它受某种未确定的燃烧,凝聚成许多分散的球状体,原始的气体物质逐渐冷却并开始收缩。这种作用一旦发生,自转速度就会加大,这是角动量守恒定律的结果。直至连续的气体物质环被离心力旋离中心为止。最后,这种气体物质环就凝聚成行星。1796年,法国大数学家拉普拉斯提出了相似的理论。所以,现在人们通常把这一学说称作“康德-拉普拉斯”学说。

近代最新的理论验证了康德-拉普拉斯学说。根据近代天文学的观测确定,宇宙空间不是空的,在星际空间和星云中是由大约99%的气体和1%的灰尘组成的气体物质。这种气体大部分是氢和氦。尘状质点具有类似于地球物质的成分,如硅化合物、二氧化铁、冰晶,以及其它细小分子,包括有机分子。

星际空间中有机分子的发现是近代最激动人心的发现之一,其中有生物学上的重要化合物,如氨、甲烷、甲酸和甲醛,以及陨石中的氨基酸,这对于研究地球和宇宙其他地方生命的起源具有深刻意义。它们在空间的存在表明,构成生命单元的简单有机化合物的形成,是银河系演变的正常结果。原始旋转气尘云天文历法地球的由来地球是一个非常特殊的星球。这不仅仅是因为有我们人类生活在地球上,而且还有100多万种生命形态在发展着。它是目前已知的太阳系中唯一有生命存在的场所。

据人们推测,地球差不多已经有50亿年的历史了。目前地球上已测得最古老岩石的年龄已达40亿年。而在这之前,地球已经经历了一系列事件。这些事件所需的时间根据放射性时钟和物理、化学作用的速率所推测约需近10亿年。

也就是说,地球是在太阳系形成过程中同时形成的。作为太阳系中一颗行星出现的最早年代大约是在50亿年前。

地球的形成一直是地质学、天文学和人们所关心的问题。几个世纪以来,有过不少的宇宙生成理论,然而用现代方法来解决这个问题开始于18世纪。

1755年,德国哲学家伊马努尔。康德提出一种假说,认为宇宙空间存在许多气体和尘埃(现在称这种物质为“星云”),这种原始物质缓慢运动着,它受某种未确定的燃烧,凝聚成许多分散的球状体,原始的气体物质逐渐冷却并开始收缩。这种作用一旦发生,自转速度就会加大,这是角动量守恒定律的结果。直至连续的气体物质环被离心力旋离中心为止。最后,这种气体物质环就凝聚成行星。1796年,法国大数学家拉普拉斯提出了相似的理论。所以,现在人们通常把这一学说称作“康德-拉普拉斯”学说。

近代最新的理论验证了康德-拉普拉斯学说。根据近代天文学的观测确定,宇宙空间不是空的,在星际空间和星云中是由大约99%的气体和1%的灰尘组成的气体物质。这种气体大部分是氢和氦。尘状质点具有类似于地球物质的成分,如硅化合物、二氧化铁、冰晶,以及其它细小分子,包括有机分子。

星际空间中有机分子的发现是近代最激动人心的发现之一,其中有生物学上的重要化合物,如氨、甲烷、甲酸和甲醛,以及陨石中的氨基酸,这对于研究地球和宇宙其他地方生命的起源具有深刻意义。它们在空间的存在表明,构成生命单元的简单有机化合物的形成,是银河系演变的正常结果。原始旋转气尘云在某个时刻,万有引力成为主要因素,开始收缩,旋转加快,气尘云趋于变扁,成为圆盘状,物质移向中心,积聚成原始太阳。这种原始太阳在自身重力作用下发生崩塌。由于物质压缩,成为密集的、不透明的物质,其内部温度上升到1000000℃左右。在这种高温作用下,发生“核子燃烧”,或聚变开始,太阳因发生热核反应而开始发光。

一种现代的星云团模型,即化学分凝序列模型,近来受到更大的重视,因为它似乎可以预测行星的化学成分和密度。初期,星云团很热,所以大多数物质处于气体状态。当旋转的星云团冷却时,由气体凝聚出各种固体化合物,形成颗粒,逐渐聚集一起,成为细小块体或微行星。这种微行星出现聚结,较大的具有较强的引力,会吸引所有几乎已凝聚的物体。如果这些行星是在距离太阳很近的地方生长,这对某些物质要凝聚就太热了,一些物质就会因太阳辐射和物质流而呈气体散失掉。在靠近太阳的地方,温度最高,要凝聚的第一批物质是那些具有高沸点的物质,例如大部分的金属和岩石。于是,最靠近太阳的行星——水星是最致密的(为水的密度的5.4倍),因为它是最富铁的。水星靠近太阳,说明它是在铁能够凝聚的温度条件下形成的。而较轻的成岩化合物,例如由镁、硅和氧构成的物质,是较远离太阳的地球族行星的“较冷”环境中更迅速凝聚的。挥发物质,如水、甲烷、氨等,大部分逸散在地球族行星上,但会在太阳系的冷外围凝聚成冰,大概在大行星的卫星上凝聚成冰。木星和土星曾经是相当大的,具有相当强的引力,才能保持它们的全部组成,从而保持原始星云的成分,极类似于太阳,大部分为氢和氦。

这些就是有关太阳系行星和地球早期形成的假说。这仅仅是地球早期行星形成阶段,主要是由于获得微星体或微星体增积的凝聚过程,而这种凝聚作用是无分选的,大部分为硅化合物、铁和镁的氧化物以及少量各种天然化学元素的凝聚物质。那时还是一颗均一化的初期行星,与现在的地球行星差别甚远。

其间经历了复杂的变化,而且至今地球还在演变中。

首先,由凝聚过程形成的微星体是比较冷的。但是,在行星生长过程中由于以下三种效应行星马上就会变热起来:一种效应是冲击作用。每个投落的微星都具有很高的运动能量,且因投落时的冲击作用而转化为热能。这种作用产生的热虽然大部分要辐射回宇宙空间,但很大一部分仍保留在生长的行星上。

尽管有多少热能保留下来还不能肯定,因为它取决于微星体的质量、速度和温铁向中心的下沉作用,会释放出巨大的重力能,后者将最后转变为热能。这种过程基本上同利用瀑布的重力能来转动涡轮机发电的过程是一样的。铁质地核形成时释放的补充热,会使地球的平均温度上升到约2000摄氏度,使地球大部分熔融。

地球在加热到铁能熔融的温度后,地球就发生了深刻的改组。大约有1/3的原始行星物质(铁)沉入中心。在这个过程中,星体大部分转变为部分熔融状态。这种熔融的物质比母体轻些,它会向上浮起,再经冷却而成为原始地壳。铁物质的熔融下沉,原始地核的形成是地球分异作用的开始阶段。这时地度,以及微星体增长的速率。在高增积速率下,受到加热的冲击带会被稍后到达的物质在能量释放回宇宙空间之前所覆盖,这种被“埋藏”的热会使地球内部温度增高。另一种效应是压缩作用。在堆积的外部重量增长的情况下,行星内部受到压缩,消耗在压缩内部的能量转变为热,就局部地保持下来了。因为热在岩石中的移动、传导都很慢,所以它没有流散出去,结果热积聚下来,地球内部的温度也就升高了。大多数计算过地球加热幅度的地球物理学家都认为,增积和压缩作用会造成新形成的行星内部平均温度增高达1000摄氏度。第三种效应是放射性生热。重元素例如铀和钍,以及少量比普通钾重一些的钾原子在地球上并不很丰富,它们的贮存量经测定为百万分之几(即1000公斤岩石中只有几克),然而由于这些元素具有放射性,对地球的演变有着深刻的影响。这些元素会自发衰变,放射出原子质点(氦原子和电子),从而转变为不同的元素。当这些放射出的原子质点被周围物质吸收时,它们的运动能量就会转变为热。放射性衰变生成的热似乎是微不足道的。不过,因为岩石的热导率很低,热向外流动很慢,就可以引起新形成的地球变暖;如果再加上增积作用和压缩作用所引起的温度增高,热的积累就会更快些,从而开始了全球性的增温发育过程。

由于上述三种效应形成的热能在地球内部积累起来,并且随着时间的增长,温度能升高到足以使物质熔化。有人曾作过计算,地球形成以后约几亿年到10亿年时,地下100~800公里深度的温度会升高到地球内部金属铁的熔点,从而使铁熔化。铁比地球上其他普通元素要重些,当一层铁熔化时就会形成大的下垂体,向地球中心下沉,置换那里原有的物质。铁是地球上一种丰富的元素,约占地球质量的1/3.铁的熔化和下沉,会在地球中心形成一个液态地核。

铁向中心的下沉作用,会释放出巨大的重力能,后者将最后转变为热能。这种过程基本上同利用瀑布的重力能来转动涡轮机发电的过程是一样的。铁质地核形成时释放的补充热,会使地球的平均温度上升到约2000摄氏度,使地球大部分熔融。

地球在加热到铁能熔融的温度后,地球就发生了深刻的改组。大约有1/3的原始行星物质(铁)沉入中心。在这个过程中,星体大部分转变为部分熔融状态。这种熔融的物质比母体轻些,它会向上浮起,再经冷却而成为原始地壳。铁物质的熔融下沉,原始地核的形成是地球分异作用的开始阶段。这时地球就由原来的均质体转变为不同深度上的分异或分层的星体,即表层为低熔点、较轻物质组成的地壳,中心为致密铁质的地核,在地壳和地核之间的是分异所剩下的地幔。这种分异作用大概是地球内部最为重要的作用,它最终导致地壳以及大陆的形成;分异作用也可能促使地球内部的气体逸出,最终导致大气圈和大洋的形成。至此,一个原始的、均质的行星地球,通过加热、熔融、分异,逐渐演变成了现今的地球。

月球的由来

本世纪60年代,美国“阿波罗”宇宙飞船登上了月球,但是关于月球的谜却是有增无减,其中最大的谜是月球的起源。

通常,探讨月球的起源有几个问题是必须考虑的。

年龄问题:根据一些元素的同位素的研究,可以证实,月球的年龄与地球相近,它大约也是在46亿年前形成的。

质量问题:月球质量约为地球的1/81,平均密度为每立方厘米3.34克,大致相当于地幔的平均密度,因此,月球核心不可能是一个很大的铁质核心。

成分问题:月球的化学元素全部可以在地球上发现,但是,月岩中所含的铝、钙和钛等化学元素比地岩中要多6倍,而铁、钠、镁却很少。

轨道问题:九大行星的卫星多在行星的赤道面附近运动,而月球的轨道却与地球赤道面差120度,而与黄道面较接近。

对这些问题,众说不一。从而月球的起源问题,就更难得到圆满的解释。

目前主要有以下几种说法:

第一,分裂说。认为最初月球只是地球赤道的隆起部分,在太阳的引力和地球的快速自转作用下,月球“飞”了出去,分裂为卫星。但是地球的惯性离心力要达到把月球抛出去的程度是不可能的,而且两者的化学构成也有很大差别。

第二,俘获说。认为月球原先是太阳系里的一颗普通的小行星,在一次偶然的机会中它行近地球时被俘获,而成为地球的卫星。但是轨道问题却无法解释。如果小行星从地球旁经过,它只能略微改变一下其轨道,是不可能被地球俘获过来的。

第三,同源说。认为二者都同时从一个快速旋转的尘埃云中产生出来,但为什么它们的化学成分却相差很大呢?

以上假说都有各自的缺陷,于是,有人提出一个新假说,认为是一颗小行星猛烈撞击地球,掳去一大片物质,最后才形成今天的月球。这一撞击使地球轨道面发生倾斜,而被撞击出去的物质却占据了原先地球赤道的位置。当然,这只是又一个假说,还有许多问题有待研究。

人造卫星的由来

1957年10月4日,前苏联发射了世界上第一颗人造卫星,并就此而宣布成功地把世界上第一颗绕地球运行的人造卫星送入了轨道。美国官员宣称,他们不仅因苏联首先成功地发射卫星感到震惊,而且对这颗卫星的体积之大感到惊讶。这颗卫星重83公斤,比美国准备在第二年初发射的卫星重8倍。

苏联宣布说,这颗卫星的球体直径为55厘米,绕地球一周需1小时35分,距地面的最大高度为900公里,用两个频道连续发送信号。由于运行轨道和赤道成65度夹角,因此它每日可两次在莫斯科上空通过。前苏联对发射这颗卫星的火箭没做详细报道,不过曾提到它以每秒8公里的速度离开地面。他们说,这次发射开辟了星际航行的道路。

阳历的由来

据说,耶稣被钉死在十字架上三日后复活,恰好是春天。早期基督教徒庆祝复活节的日子曾因地而易,相当混乱。后来将复活节定为春分月圆后的第一个星期日,但随着岁月的流逝,春分就慢慢地靠近冬天了。为了使复活节回到春天去,罗马教皇格里高利十三世根据天文学家提出的方案,对儒略历进行改革。修改后的儒略历称为格里历,是把太阳周年运动视为制历依据的一种纯太阳历,因此俗称阳历。它不仅解决了复活节与天时不合的问题,而且具有很高的精度。

第三,同源说。认为二者都同时从一个快速旋转的尘埃云中产生出来,但为什么它们的化学成分却相差很大呢?

以上假说都有各自的缺陷,于是,有人提出一个新假说,认为是一颗小行星猛烈撞击地球,掳去一大片物质,最后才形成今天的月球。这一撞击使地球轨道面发生倾斜,而被撞击出去的物质却占据了原先地球赤道的位置。当然,这只是又一个假说,还有许多问题有待研究。

人造卫星的由来

1957年10月4日,前苏联发射了世界上第一颗人造卫星,并就此而宣布成功地把世界上第一颗绕地球运行的人造卫星送入了轨道。美国官员宣称,他们不仅因苏联首先成功地发射卫星感到震惊,而且对这颗卫星的体积之大感到惊讶。这颗卫星重83公斤,比美国准备在第二年初发射的卫星重8倍。

苏联宣布说,这颗卫星的球体直径为55厘米,绕地球一周需1小时35分,距地面的最大高度为900公里,用两个频道连续发送信号。由于运行轨道和赤道成65度夹角,因此它每日可两次在莫斯科上空通过。前苏联对发射这颗卫星的火箭没做详细报道,不过曾提到它以每秒8公里的速度离开地面。他们说,这次发射开辟了星际航行的道路。

阳历的由来

据说,耶稣被钉死在十字架上三日后复活,恰好是春天。早期基督教徒庆祝复活节的日子曾因地而易,相当混乱。后来将复活节定为春分月圆后的第一个星期日,但随着岁月的流逝,春分就慢慢地靠近冬天了。为了使复活节回到春天去,罗马教皇格里高利十三世根据天文学家提出的方案,对儒略历进行改革。修改后的儒略历称为格里历,是把太阳周年运动视为制历依据的一种纯太阳历,因此俗称阳历。它不仅解决了复活节与天时不合的问题,而且具有很高的精度。

阴历的由来

阴历以月亮圆缺一次的时间做一个月,共29天半。为了算起来方便,大月定为30天,小月29天,一年12个月中,大小月大体上交替排列。阴历一年只有354天左右,也没有平年闰年的差别。

阴历不考虑地球绕太阳的运行,因此使得四季的变化在阴历上就没有固定的时间,它不能反映季节,这是一个很大的缺点。为了克服这个缺点,后来人们定了一个新的历法,就是所谓的阴阳合历。

现在我国还在使用的夏历(也叫农历或阴历)就是这种阴阳合历。它跟阴历一样,以月亮圆缺一次的时间定做一个月,也是大月30天,小月29天,可是它又用加闰月的办法,使得平均每年的天数跟阳历全年的天数相接近,以此来调整四季。阴历约每过二、三年多一个闰月。

公元的由来

远古时期,当人们有了“年”的概念后,就产生了种种纪年的方法和作为起算点的“纪元”。在古罗马,常用罗马建国或罗马统治者狄奥克列颠(即戴克里先)称帝的时间作为纪年的开始。

公元产生于基督教盛行的6世纪,当时,为了扩大教会的统治势力,僧侣们把任何事情都附会在基督教上。525年,一个名叫狄奥尼西的僧侣,为了预先推算7年后(即532年)“复活节”的日期,提出了所谓耶稣诞生在狄奥克列颠纪元之前284年的说法,并主张以耶稣诞生作为纪元。这个主张得到了教会的大力支持。532年,把狄奥克列颠纪元之前的284年作为公元元年,并将此纪年法在教会中使用。到1582年罗马教皇制定了格里高利历,继续采用了这种纪年法。由于格里高利历的精确度很高,而为国际通用,故称公历。由此,教士所臆造的耶稣诞生的年份,便被称为公元元年。

公元元年相当于我国西汉末期平帝的元始元年。我国采用公历是在辛亥革命以后的1912年,但与当时中华民国纪元的纪年法并行。新中国成立以后,于1949年正式规定采用公历纪元纪年。

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