科学发现之谜_马云飞主编.pdf

科学发现之谜主编马云飞湖北科学技术出版社青少年看世界探秘系列第一章破译神奇的科学发现002图书在版编目(CIP)数据科学发现之谜/马云飞主编.武汉：湖北科学技术出版社，2013.4(青少年看世界探秘系列)ISBN 978-7-5352-4979-1.科.马.科学知识青年读物科学知识少年读物.Z228.1中国版本图书馆CIP数据核字(2012)第063511号责任编辑：高然封面设计：出版发行：湖北科学技术出版社地址：武汉市雄楚大街268号出版文化城B座1314层电话：027-87679468邮编：430070印刷：北京海德伟业印务有限公司地址：北京市顺义区北务镇于地村幸福街18号邮编：101399开本：690mm960mm1/16印张：12版次：2013年4月第1版印次：2013年4月第1次印刷定价：23.80元本书如有印装质量问题可找承印厂更换。科 学 发 现 之 谜001前言“广阔苍茫的山川大地，浩瀚壮阔的幽深海洋，茫茫无际的宇宙星空，这些蕴藏了多少神奇与奥秘？”当孩子用憧憬的目光期望得到你的回答时，大人似乎无法将答案告诉他们。青少年看世界探秘系列丛书以最全面的知识、最准确的解读，让孩子得到心目中最想要的答案，并将孩子引领进一个神奇瑰丽的科学世界中；也让孩子在阅读中慢慢了解科学的魅力，爱上科学的神奇。在人类历经的数千年里，不论是神奇的生命、诡秘的自然，还是浩瀚的科学海洋，它们都以一种神奇的方式为我们呈现了一幅美丽的画卷。随着时间的推移和社会的进步，昨天的种种疑问已被今日先进的科学技术解读。而新的神秘和未知事物又层出不穷，它们静静地守候着那些将要到来的探索者。或许我们对某些未来还一无所知，但是请相信如今的孩子，他们将会在不远的将来为我们一一解答。当你打开青少年看世界探秘系列丛书时，你会感觉到这套科普图书真正满足了你“读图时代”、“知识时代”的需求。该书以青少年阅读兴趣为出发点，丰富的图片与知识的巧妙融合，以图文并茂的形式展现在读者面前，方便了青少年的阅读和理解。知识的融会贯通方便了孩子们全方位地摄取信息，从远古到现青少年看世界探秘系列前言002代、从人类的起源到发展、从历史的进步到生动的自然世界，都会让孩子们领略科学世界的神奇。在注重内容的前提下，我们也详细地描绘了各个知识点，让孩子能够充分地了解科普知识，我们坚信，青少年看世界探秘系列丛书必将是一套家长首选、孩子喜爱的科普丛书。编者科 学 发 现 之 谜001目录002第一章破译神奇的科学发现生命的起源001神奇的行星光环003神秘莫测的球状闪电006月球的秘密011黑洞之谜016火星上是否存在生命020沙漠的成因021地震之谜024神秘的海底世界027第二章解析神奇的科学发现“长生不死”的生物072海南发现海底草原074喀纳斯湖水怪076镜子之谜078通古斯大爆炸081唐山地震的谜团086青少年看世界探秘系列恐龙灭绝之谜031宇宙的形成034宇宙的未来037宇宙的年龄040地球上存在多维世界和时间扭曲吗042水晶头骨之谜046地球外生命051宇宙的暗物质055地球之水是从哪里来的059地球的年龄有多大064地球内部的秘密067地球磁极互换之谜069目录002第三章揭秘神奇的科学发现指南针的“始祖”之谜112神秘的遗传密码116宇宙射线及其被发现之谜118有“记忆”的形状记忆合金120有比光子更快的粒子吗123水中能取火吗127美丽的极光128厄尔尼诺现象089神秘的西藏092巴比伦空中花园097为什么会下“火雨”100彩虹102神秘的天文潮汐105比利牛斯山之谜108海水中的盐分之谜110“水星之谜”131“哥德巴赫猜想”之谜134植物向光之谜136纳米之谜141生命会衰老之谜144罗布泊之谜147楼兰消失之谜150候鸟之谜153“蒙汗药”之谜155牛顿的黑匣子之谜159胃是怎样消化食物的163避免沙尘暴的有效途径是什么166人需要“气泡空间”之谜169谁先发明了无线电171克隆技术176夜空黑暗之谜180夜明珠之谜181科 学 发 现 之 谜001第一章破译神奇的科学发现002第一章破译神奇的科学发现 生命的起源我们赖以生存的家园地球，在刚形成时，它的上面并没有生命存在，地球是经过漫长的化学演化、物理变化和人类的创造才变成今天这个样子的。生命形成之前，地球大气中的有机元素氢、碳、氮、氧、硫、磷等元素在自然界各种能源的作用下，合成有机分子，这些有机分子进一步合成，变成生物单体，而这些生物单体在聚合作用下变成生物聚合物，如蛋白质、多糖、核酸等。当蛋白质出现后，最简单的生命个体也随着诞生了。生命与非生命物质之间有三个最我们赖以生存的家园地球第一章破译神奇的科学发现002基本的区别：第一个区别是生命个体能从环境中吸收自己维持生命活动所需要的物质，排放出自己维持生命活动中不需要的物质，这种过程叫做新陈代谢；第二个区别是它能繁殖后代，任何有生命的个体，不管他们的繁殖形式是如何的不同，他们都具有繁殖新个体的本领；第三个区别是它有遗传的能力，即能把上一代生命个体的特性传递给下一代，使下一代的新个体能够与上一代个体具有相同或者大致相同的特性。生物体在繁殖新个体的过程中不断地遗传，不断地变异，因而具有新特征的新个体也就不断地出现，使生物体不断地由简单变复杂，构成了生物体的系统演化。蛋白质和核酸是生物体内最重要的物质，可以说没有蛋白质和核酸，就没有生命。而在原始地球条件下，产生这些有机高分子的物质是可能的，我们可以从有机高分子物质组成的多分子体系来推测其过程如下：蛋白质和核酸等有机高分子物质，在原始地球的海洋里越积越多，浓度不断增加。经过时间的演变，由于种种原因，这些有机高分子物质经过浓缩而分离出来，它们相互作用，凝聚成小块。这些小块漂浮在原始海洋中，外面包有最原始的界膜，与周围的原始海洋环境分隔开，从而构成一个独立的体系，即多分子体系。这时，这种多分子体系已经能够与外界环境进行原始的物质交换活动了。现在，已经有人模拟原始地球的条件，制造出了类似蛋白质和核酸的物质。虽然这些物质与现在的蛋白质和核酸相比，还有一定差别，并且原始地球上的蛋神奇的分子结构科 学 发 现 之 谜003第一章破译神奇的科学发现第一章破译神奇的科学发现002白质和核酸的形成过程是否如此还不能肯定，但是，这已经为人们研究生命的起源提供了一些线索。从多分子体系演变为原始生命，是生命起源过程中最复杂和最有决定意义的阶段，它直接涉及原始生命的产生。目前，人们还不能在实验室里验证这一过程。不过，我们可以推测，有些多分子体系经过长期不断地演变，特别是由于蛋白质和核酸这两大主要成分的相互作用，最终形成了具有原始新陈代谢作用和能够进行繁殖的原始生命。关于生命起源化学进化过程的研究，虽然进行了大量的模拟实验，但是绝大多数实验只是集中在第一阶段，因此，对于生命起源问题还必须继续进行研究和探讨。神奇的行星光环1610年，意大利天文学家伽利略用刚刚发明不久的天文望远镜观测土星，发现它的侧面仿佛有一些什么东西。遗憾的是，直到去世的那一刻，伽利略也没有弄清楚那些东西究竟是什么。其实那就是美丽的土星光环。土星光环厚度约为10千米，宽约6.6千米，它可以细分为几个环带，中间夹着暗黑的环缝。其实在太阳系八浩瀚的行星运行轨道第一章破译神奇的科学发现004大行星中，土星、木星、天王星和海王星都有光环。但其中尤以土星的光环最为壮观和奇丽，曾被誉为“美丽的天体”，而它的光环也曾被认为是不可思议的奇迹。1655年，荷兰天文学家克里斯蒂安惠更斯（16291695）通过长时间对土星的观测，终于知道了土星光环形状不断变化的缘由：人类在观测时，土星以不同角度朝向我们，当它的侧面朝向我们时，薄薄的光环就仿佛隐藏起来了。而当它的正面朝向我们时，那美丽的光环就会呈现在我们面前。1977年，包括中国在内的许多国家的天文学家，各自观测到了一次罕见的天文现象天王星掩恒星。这次观测的结果使科学家们都甚为惊奇。在天王星遮掩恒星之前，人们已经观测到一丝细小的遮掩痕迹，在天王星本体掩星之后，又观测了另一组类似的痕迹，而造成这些细小痕迹的原因，就是由于围绕着天王星周围的一些“光环”。这些环都极细，而且彼此都离得较远。直到1986年1月，美国发射的“旅行者2号”宇宙飞船飞越天王星时，才又发现了几个新的环带。现在，我们已经知道天王星共有11道环。在望远镜中可以看到土星被一条美丽的光环围绕。土星还有较多的卫星。科 学 发 现 之 谜005第一章破译神奇的科学发现第一章破译神奇的科学发现004而在早些时候的1979年3月初，当“旅行者1号”宇宙飞船从离木星大约27.5万千米处掠过，发现这颗巨大的行星也有一群细细的环。木星环的厚度约有30千米，总宽度超过6000千米，光环与木星的中心距离约为12.8万千米。1989年8月，“旅行者2号”宇宙飞船飞越海王星时，证实了海王星也有光环，而且海王星的光环还是5道。科学家们经过观测研究后发现，行星的光环主要是由无数的小碎块组成的。碎块的大小可以用米做单位来度量。每个碎块仿佛都是一颗小小的卫星，在自己的轨道上绕着主体行星运行不息。那么，这些行星的光环究竟是怎样形成的呢？至于行星环的具体成因，科学家们进行了三种推测：第一种，由于卫星进入行星的洛希极限内（洛希极限：行星与其卫星间的最小可能距离），从而被行星的起潮力所瓦解形成行星环；第二种，位于洛希极限内的一个或多个较大的星体，被流星撞击成碎片而形成光环；第三种，太阳系演化初期残留下来的某些原始物质，因为在洛希极限内绕太阳公转，而无法凝集成卫星，最终形成了光环。不过，目前对于光环的成因，科学家们还只能是进行猜测而已。更令他们疑惑不解的问题是那些窄环的存在，因为根据常规，天体碰璀璨的行星光环第一章破译神奇的科学发现006撞、大气阻力和太阳辐射都会对窄环造成破坏，使它消散在空间。那么究竟是什么物质保护着窄环使其存在呢？一些学者提出，一定有一些人们尚未观测到的小卫星位于这个窄环的边缘上，它们的万有引力使窄环得以形成并受到保护。这种观点被人们后来的发现所证实，因为人们不仅在土星，而且在天王星的窄环当中，也发现了两颗体积很小的伴随卫星。而这两颗伴随卫星的复杂运动产生相互作用，使光环内的物质运动也缺乏规律性，也许这正是不同的行星环具有不同形态的原因所在。对于神奇的行星光环，科学家们仍然不断提出新的推测和假说。然而，随着天文新发现的增多，行星光环反而显得更加神秘莫测了。神秘莫测的球状闪电球状闪电，就是一个呈圆球形的闪电球。这是一个真实的物理现象，绝非科幻小说或卡通片里的能量炮。中国北宋时代的著名科学家沈括（10311095）就曾在梦溪笔谈中，记述了一次球状闪电出现的过程。西方对这种现象早在1838年也有文献记载，各国的自然科学家已研究这一现象长达160年之久，有关的报告多达数千份，也有2000多份科学论文出版，但是直到今天我们对此现象仍然没有做出合理的解释。星球光环科 学 发 现 之 谜007第一章破译神奇的科学发现第一章破译神奇的科学发现0061956年夏天的一个正午，在苏联某个集体农庄，两个孩子在牛棚里躲雨。突然，从天空掉下一个橙黄色的火球，滚落到房前白杨树前，然后向他们逼来。当火球来到两个孩子身前时，其中一个孩子踢了它一脚。突然间轰隆一声，火球爆炸了，牛棚里的12头牛被炸死了11头，而两个孩子则被震倒在地，但却丝毫没有受伤。事后，人们通过两个孩子的描述才知道那个火球就是罕见的球状闪电。而在美国俄勒冈州，一个球状闪电来去如风，先在纱门上留下了一个篮球般大的洞，然后直奔地下室，毫不留情地毁坏了一台旧的轧干机。俄罗斯一位教师的经历更可怕，一个直径80厘米的球状闪电在他头上来回跳动不下20次，然后悄然消失了。此外，苏联也有报道说，曾有一个球状闪电飞进了一个盛满水的大锅里，锅中的水立刻就沸腾起来，而那个球状闪电在锅里翻滚了长达10分钟后才慢慢熄灭；还有一次，一个足球大小的球状闪电沿着街道在半空中滚动、跳跃，最后，当它触到地面时，竟炸出了一个深半米、直径1米的坑。新中国成立之后，也有不少关于球形闪电现象出现的记录。1962年