第三節 宇宙間的神奇景象(1 / 3)

1.洮水流珠

黃河上流最大的支流——洮河,如果在冬季觀賞洮河水,則更令人流連忘返。洮水流珠是洮河獨有的奇觀,堪稱天下一絕。由於洮河上遊山岩險峻,落差很大,三九嚴寒時節,濺起的水珠凍結為冰珠落入水中浮在河麵而形成。每到嚴冬季節,北國大地銀裝素裹,洮水奔騰不息,一瀉千裏,河麵上一簇簇的流珠滾圓晶亮、玲瓏剔透,浩浩蕩蕩地隨波而下,特別是冬日的早晨,旭日東升,朝霞滿天,給洮河流珠鍍上了一層火紅的霞光,顯得更為美麗、壯麗。

冬日,數九寒天,人們站在縣城西麵的洮河大橋展望,銀光耀眼的洮水如一匹白練,從天而降,碧綠的波濤,起伏澎湃,前赴後繼,漸流漸遠,向北流去。時而水流急湍,激浪濺雪,時而澄清如鏡,綠水見底,遊魚浮沉。最能撩逗遊人情懷的是每當雪霧天晴,碧空如洗時,遙望那洮河碧綠的水波上,流淌著一團團、一蔟蔟、一片片、一叢叢、大小不一、晶瑩透亮的冰珠。隨綠水波光湧來,逐激浪湍流而去,若拱若伏,似揖似迎,高低起伏,相激相撞,爭先恐後,跟波光水勢若聚若散,前湧後擠,相互結伴,彼此同行,構成了無數奇麗的畫卷。一會兒像蔚藍的天空中漂浮的朵朵白雲,池塘中的菱花荷葉;一會兒似懸掛的名流壁扇,古色盎然的精美地毯;一會兒若煙花怒放,霓虹閃爍;一會兒成林間偃月,及繁多的不規則的幾何圖形……

在那潺潺靜流、碧波蕩瀾、山樹映水而出的河麵上,冰珠你追我趕,忽隱忽現,若奔若墮,相互撞擊中,彈奏出了一曲曲美妙動聽的樂曲。時而像鬆濤怒吼,萬馬奔騰,“長夜山中吼怒雷”,時而似“大珠小珠落玉盤”,叮叮當當的銅碗豆。

近觀,洮水東西兩邊冰層覆蓋二三米,夾著一條銀亮的河水,曲折蜿蜒,泛珠流丹,飛濤奔逐湧瀉而下。在那波光漪漪,煙波浩渺的水麵上,飛翔著各種羽毛鮮豔的候鳥。站在冰層上,將流淌著的團團冰珠掬上一捧時,會驚奇地看到,那玻璃球大小的粒粒冰珠,色澤翠綠,亮如晶瑩寶石,圓似珍珠瑪瑙。在絢爛彩豔的陽光下,顆顆飛光,璀璨奪目,光滑明潤,極為精潔,自然天成,精巧絕倫,不能不信造物主之神奇。將手捧的冰珠,淩空潑灑在冰層上,會發出清脆悅耳的弦音,真是奇妙極了。

臨洮人把洮河流珠視為吉祥物,流傳著“瑪瑙大,裝不下,瑪瑙小,收成小”的說法。凡是哪一年洮河流珠來得早,數量多,去得遲,次年一定是個風調雨順的豐收年。每年臘月初八醜時(淩晨1至3時),人們拿上幹淨的碗、盆、罐到洮河裏去“請”流珠,將這天賜靈物“請”回來後,放在院中央的案頭上等到天剛亮後,全家人團聚在一起,興致勃勃地觀賞流珠。

洮水流珠的成因,說法極多。有曰:洮河,從白雲飄渺的西傾山脊的托禮嶺源出,經危崖峭壁、插天奇峰,像一幅懸掛的銀幕,又如一條狂怒的蛟龍,從萬仞危崖、巨峰交錯之處飛馳而來,激起萬斛水滴,在高空中不斷地被寒冷凜冽凝結成冰雹似的冰珠。若噴雪吐銀,飛珠散玉,灑落在河底流淌,撞擊形成洮水流珠。

又曰:數九寒天,洮河源頭山高氣冷,寒氣逼人,終年積雪不化,滴水成冰。在那密布懸泉、縱橫溪水彙集處,河道狹窄,冰封河麵特早,冰層厚達二、三米。在封凍的河麵下水流奔湍,不可遏抑,激起層層浪花,不斷猛衝冰層,再經重重暗礁、聳峙怪岩的拍打,雕磨成冰珠。經曆反複滾動,澎湃不息的流淌,在河麵寬闊之處衝出冰層,成團、成片、成簇躍伏水麵,成為金彩耀目、璀璨無比的洮水流珠。

洮水流珠,堪稱天下奇景。是“洮陽八景”之一,不知迷醉了多少才子佳人,驚動了多少文人墨客。

2.太陽耀斑

太陽耀斑是一種最劇烈的太陽活動。一般認為發生在色球層中,所以也叫“色球爆發”。其主要觀測特征是,日麵上(常在黑子群上空)突然出現迅速發展的亮斑閃耀,其壽命僅在幾分鍾到幾十分鍾之間,亮度上升迅速,下降較慢。特別是在,耀斑出現頻繁且強度變強。

別看它隻是一個亮點,一旦出現,簡直是一次驚天動地的大爆發。這一增亮釋放的能量相當於10萬至100萬次強火山爆發的總能量,或相當於上百億枚百噸級氫彈的爆炸;而一次較大的耀斑爆發,在一二十分鍾內可釋放巨大能量,除了日麵局部突然增亮的現象外,耀斑更主要表現在從射電波段直到射線的輻射通量的突然增強;耀斑所發射的輻射種類繁多,除可見光外,有紫外線、射線和伽瑪射線,有紅外線和射電輻射,還有衝擊波和高能粒子流,甚至有能量特高的宇宙射線。

耀斑對地球空間環境造成很大影響。太陽色球層中一聲爆炸,地球大氣層即刻出現繚繞餘音。耀斑爆發時,發出大量的高能粒子到達地球軌道附近時,將會嚴重危及宇宙飛行器內的宇航員和儀器的安全。當耀斑輻射來到地球附近時,與大氣分子發生劇烈碰撞,破壞電離層,使它失去反射無線電電波的功能。無線電通信尤其是短波通信,以及電視台、電台廣播,會受到幹擾甚至中斷。耀斑發射的高能帶電粒子流與地球高層大氣作用,產生極光,並幹擾地球磁場而引起磁暴。

此外,耀斑對氣象和水文等方麵也有著不同程度的直接或間接影響。正因為如此,人們對耀斑爆發的探測和預報的關切程度與日俱增,正在努力揭開耀斑迷宮的奧秘。

傳說,第二次世界大戰時,有一天,德國前線戰事吃緊,後方德軍司令部報務員布魯克正在繁忙地操縱無線電台,傳達命令。突然,耳機裏的聲音沒有了。他檢查機器,電台完整無損;撥動旋鈕,改變頻率,仍然無濟於事。結果,前線失去聯係,像群龍無首似的陷入一片混亂,戰役以失敗而告終。布魯克因此受到軍事法庭判處死刑。他仰天呼喊“冤枉!冤枉!”後來查清,這次無線電中斷,“罪魁禍首”是耀斑。布魯克的死,實在冤枉。他的死,在於人們當時對耀斑還不了解。

03年10月底11月初,科學家目睹了一場有記錄以來最大的太陽耀斑爆發。這些帶電粒子大規模地傾瀉而出,即使在地球以及地球周圍的空間裏也顯而易見——這裏距離源頭整整有1.5億千米遠。舉例來說,突擊到我們鄰近空間中的粒子,它們的轟擊有時會非常強大,以至於許多科學衛星和通信衛星不得不暫時關閉,少數還遭到永久性的損傷。同樣,國際空間站的宇航員也麵臨著危險,不得不到空間站上防護相對較好的服務艙中尋求庇護。在地球上,定期航班避開了高空航線,因為在那裏,飛行員可能會遇到無線電通訊方麵的問題,乘客和乘務人員可能吸收到的輻射劑量令人擔憂。電網也不得不嚴格監控電湧。盡管有了這些努力,瑞典南部的5萬戶居民還是短暫地失去了電力供應。

幸運的是,即使與最糟糕的太陽風暴狹路相逢,地球的磁場和大氣層也可以保護地球上絕大多數的人免遭蹂躪。但是社會對科技的依賴日益加深,使得在某種程度上,幾乎每個人都容易遭受攻擊。在大耀斑爆發的過程中,最大的潛在破壞來自那些高速射離太陽外層大氣的物質——在空間物理學家的術語中,它們被稱為“日冕物質拋射”。其中一些拋射事件會將巨量的電離氣體送入與地球相撞的軌道中,就像2003年多次異常巨大的耀斑爆發那樣。

盡管科學家一直想弄清楚是什麼引起了耀斑爆發和日冕物質拋射(它總是伴隨著眾多耀斑出現),但隻有在大約最近十年中,觀測才達到足夠的水準,足以揭露出它們的紛繁複雜,闡明它們背後的物理機製。這多虧了20世紀90年代引入的一些新技術。結果證明,問題的關鍵在於磁力線突然的重新排布,這種現象被稱為重聯。

3.大陸漂移

大陸漂移的設想早在19世紀初就出現了,最初的提出是為了解釋大西洋兩岸明顯的對應性。直到1915年,德國氣象學家阿爾弗雷德·魏格納的《大陸與海洋的形成》問世,才引起地質界的震動。在這本不朽的著作中,魏格納根據擬合大陸的外形、古氣候學、古生物學、地質學、古地極遷移等大量證據,提出中生代地球表麵存在一個泛大陸,這個超極大陸後來分裂,經過二億多年的漂移形成現在的海洋和陸地。

由於當時受對地球內部構造和動力學的知識局限,大陸漂移和動力學機製得不到物理學上的支持。魏格納學說的不幸遭遇在於他倡導大陸漂移的同時卻認為大洋底的穩定。直到他去世的20年後,拋棄洋底穩定不動的海底擴張學說提出,人們對大陸漂移的興趣又複萌了。

早期的世界地圖已清楚地表明非洲和南美洲相對海岸線的“鋸齒狀擬合”。遠在1801年,洪堡及其同時代的著名科學家們已經提出,大西洋兩岸的海岸線和岩石都很相似。魏格納首先提出,應該用深海中的大陸坡邊緣進行大陸擬合。凱裏證明,兩個大陸的外形在海麵以下2000米等深線幾乎完全可以擬合。布拉德等人借助計算機計算,發現無論用1000米或2000米等深線擬合的結果差別不大。複原擬合工作證明,各大陸可以通過複原形成一個超級大陸,即魏格納所命名的“泛大陸”。泛大陸是由岡瓦納大陸(南方各大陸加上印度)和勞亞大陸(北美和歐亞)組成的複合古大陸。

魏格納首次提出大陸漂移觀點時,許多證據來自他對古氣候的研究。他注意到,各大陸上存在某一地質時期形成的岩石類型出現在現代條件下不該出現的地區:如在極地區分布有古珊瑚礁和熱帶植物化石;而在赤道地區發現有古代的冰層。運用將今論古的原則,魏格納把冰川活動的中心放在當時的旋轉極附近,而珊瑚礁和蒸發岩分布的地帶放在赤道附近,用這種方法確定了各大陸當時的古緯度。對古緯度和現代緯度的比較,魏格納得出了大陸漂移的結論。

魏格納認為,大陸漂移對現代由海洋分隔的各大陸上動物群和植物群的顯著相似性提供了最好的解釋。使魏格納和以後的調查者們獲得深刻印象的一些例子有:南美和非洲都能見到的具有類似蠑螈的骨骼構造的淡水爬行動物中龍,它不可能遊過大洋;大西洋兩岸的古生代海相無脊椎動物化石組合很相似;南極洲三疊係中有許多陸生爬行動物的化石在其它大陸上同樣存在;二疊紀舌羊齒植物群(一個獨特的植物組合)的種子蕨化石,見於南方的各個大陸和印度。古生物學的證據曾引起過人們眾說紛紜的爭論,迪茨在1967年就人們爭論的證據發表了一篇評論,其中有霍爾登所作的若幹饒有趣味的圖群。

如今,這些爭論都已是曆史的陳跡,從這裏我們可以見到,以舊框架收集新事實隻是徒勞,用舊理論去解釋事實又往往導致荒謬。

南美、非洲、印度和澳大利亞的地層兩兩相似,使魏格納獲得了深刻的印象。大西洋兩岸所共有的地質現象更加證明這兩塊大陸曾經是連在一起的。

在北大西洋兩岸的兩塊大陸,有一條非常重大的古山係,被稱為加裏東山脈。如今在大西洋東岸的挪威看到的是山係的西段,這條山係通過愛爾蘭以後似乎淹沒在大西洋下。可是在加拿大的紐芬蘭則有一個古山係仿佛從大西洋裏爬上來,它和歐洲的加裏東山脈有許多相同之處。這個在北美出現的山係被稱之為老阿巴拉契亞山脈。魏格納認為北美的阿巴拉契亞山脈曾一度和歐洲的加裏東山脈相連。如果把大陸拚合在一起,就形成一條連續的山係。

岩石中含有磁性礦物,在地球磁場的影響下,岩石形成時就受到磁化,從而保存了它們形成時間和地點的地球磁場方向的古地磁記錄。通過對岩石所記錄的古磁場的傾向和傾角的測量,可以計算岩石形成時地球磁極的位置。

人們從各個大陸不同時代的地層裏測出幾千個古磁極的位置,連接任一大陸不同時期的古磁極的線,就是那個大陸的視極移曲線。將各大陸視極移曲線比較,調整的結果表明,在2億年前的所有大陸曾是一塊共同的大陸——泛大陸。魏格納最後卻因為尋找證據而去世了,他的屍體在第二年才被發現。

4.風

龍卷風:龍卷風是一種渦旋,空氣繞龍卷的軸快速旋轉,受龍卷中心氣壓極度減小的吸引,近地麵幾十米厚的一薄層空氣內,氣流被從四麵八方吸入渦旋的底部。並隨即變為繞軸心向上的渦流,龍卷中的風總是氣旋性的,其中心的氣壓可以比周圍氣壓低百分之十。

龍卷風是一種伴隨著高速旋轉的漏鬥狀雲柱的強風渦旋。龍卷風中心附近風速可達100m/s~200m/s,最大300m/s,比台風近中心最大風速大好幾倍。中心氣壓很低,一般可低至400hPa,最低可達200hPa。它具有很大的吸吮作用,可把海(湖)水吸離海(湖)麵,形成水柱,然後同雲相接,俗稱“龍取水”。由於龍卷風內部空氣極為稀薄,導致溫度急劇降低,促使水汽迅速凝結,這是形成漏鬥雲柱的重要原因。漏鬥雲柱的直徑,平均隻有250m左右。龍卷風產生於強烈不穩定的積雨雲中。它的形成與暖濕空氣強烈上升、冷空氣南下、地形作用等有關。它的生命史短暫,一般維持十幾分鍾到一二小時,但其破壞力驚人,能把大樹連根拔起,建築物吹倒,或把部分地麵物卷至空中。江蘇省每年幾乎都有龍卷風發生,但發生的地點沒有明顯規律。出現的時間,一般在六七月間,有時也發生在8月上、中旬。

龍卷風的形成:龍卷風是雲層中雷暴的產物。具體的說,龍卷風就是雷暴巨大能量中的一小部分在很小的區域內集中釋放的一種形式。龍卷風的形成可以分為四個階段:大氣的不穩定性產生強烈的上升氣流,由於急流中的最大過境氣流的影響,它被進一步加強;由於與在垂直方向上速度和方向均有切變的風相互作用,上升氣流在對流層的中部開始旋轉,形成中尺度氣旋;隨著中尺度氣旋向地麵發展和向上伸展,它本身變細並增強。同時,一個小麵積的增強輔合,即初生的龍卷在氣旋內部形成,產生氣旋的同樣過程,形成龍卷核心;龍卷核心中的旋轉與氣旋中的不同,它的強度足以使龍卷一直伸展到地麵。當發展的渦旋到達地麵高度時,地麵氣壓急劇下降,地麵風速急劇上升,形成龍卷。

龍卷風常發生於夏季的雷雨天氣時,尤以下午至傍晚最為多見。襲擊範圍小,龍卷風的直徑一般在十幾米到數百米之間。龍卷風的生存時間一般隻有幾分鍾,最長也不超過數小時。風力特別大,在中心附近的風速可達100~200米/秒。破壞力極強,龍卷風經過的地方,常會發生拔起大樹、掀翻車輛、摧毀建築物等現象,有時把人吸走,危害十分嚴重。

龍卷風的危害:1995年在美國俄克拉何馬州阿得莫爾市發生的一場陸龍卷,諸如屋頂之類的重物被吹出幾十英裏之遠。大多數碎片落在陸龍卷通道的左側,按重量不等常常有很明確的降落地帶。較輕的碎片可能會飛到300多千米外才落地。

在強烈龍卷風的襲擊下,房子屋頂會像滑翔翼般飛起來。一旦屋頂被卷走後,房子的其他部分也會跟著崩解。因此,建築房屋時,如果能加強房頂的穩固性,將有助於防止龍卷風過境時造成巨大損失。

龍卷風的防範措施:在家時,務必遠離門、窗和房屋的外圍牆壁,躲到與龍卷風方向相反的牆壁或小房間內抱頭蹲下。躲避龍卷風最安全的地方是地下室或半地下室;在電杆倒、房屋塌的緊急情況下,應及時切斷電源,以防止電擊人體或引起火災;在野外遇龍卷風時,應就近尋找低窪地伏於地麵,但要遠離大樹、電杆,以免被砸、被壓和觸電;汽車外出遇到龍卷風時,千萬不能開車躲避,也不要在汽車中躲避,因為汽車對龍卷風幾乎沒有防禦能力,應立即離開汽車,到低窪地躲避。

在1999年5月27日,美國得克薩斯州中部,包括首府奧斯汀在內的4個縣遭受特大龍卷風襲擊,造成至少32人死亡,數十人受傷。據報道,在離奧斯汀市北部40英裏的賈雷爾鎮,有50多所房屋倒塌,已有30多人在龍卷風喪生。遭到破壞的地區長達1英裏,寬200碼。這是繼5月13日邁阿密市遭龍卷風襲擊之後,美國又一遭受龍卷風的地區。

一般情況下,龍卷風是一種氣旋。它在接觸地麵時,直徑在幾米到1公裏不等,平均在幾百米。龍卷風影響範圍從數米到幾十上百公裏,所到之處萬物遭劫。龍卷風漏鬥狀中心由吸起的塵土和凝聚的水氣組成可見的“龍嘴”。在海洋上,尤其是在熱帶,類似的景象在發生稱為海上龍卷風。

大多數龍卷風在北半球是逆時針旋轉,在南半球是順時針,也有例外情況。卷風形成的確切機理仍在研究中,一般認為是與大氣的劇烈活動有關。

從19世紀以來,天氣預報的準確性大大提高,氣象雷達能夠監測到龍卷風、颶風等各種災害風暴。

龍卷風通常是極其快速的,每秒鍾100米的風速不足為奇,甚至達到每秒鍾175米以上,比12級台風還要大五、六倍。風的範圍很小,一般直徑隻有25~100米,隻在極少數的情況下直徑才達到一公裏以上;從發生到消失隻有幾分種,最多幾個小時。

龍卷風的力氣也是很大的。1956年9有24日上海曾發生過一次龍卷風,它輕而易舉地把一個22萬斤重的大儲油桶“舉”到15米高的高空,再甩到120米以外的地方。龍卷風在美國又叫旋風,是常見的自然現象。旋風的破壞力往往超過地震。

1879年5月30日下午4時,在堪薩斯州北方的上空有兩塊又黑又濃的烏雲合並在一起。15分鍾後在雲層下端產生了旋渦。旋渦迅速增長,變成一根頂天立地的巨大風柱,在三個小時內像一條孽龍似的在整個州內胡作非為,所到之處無一幸免。但是,最奇怪的事是發生在剛開始的時候,龍卷風旋渦橫過一條小河,遇上了一座峭壁,顯然是無法超過這個障礙物,旋渦便折抽西進,那邊恰巧有一座新造的75米長的鐵路橋。龍卷風旋渦竟將它從石橋墩上“拔”起,把它扭了幾扭然後拋到水中。

龍卷風的探測:龍卷風長期以來一直是個謎,正是因為這個理由,所以有必要去了解它。龍卷風的襲擊突然而猛烈,產生的風是地麵最強的。由於它的出現和分散都十分突然,所以很難對它進行有效的觀測。

龍卷風的風速究竟有多大?沒有人真正知道,因為龍卷風發生至消散的時間短,作用麵積很小,以至於現有的探測儀器沒有足夠的靈敏度來對龍卷風進行準確的觀測。相對來說,多普勒雷達是比較有效和常用的一種觀測儀器。多普勒雷達對準龍卷風發出的微波束,微波信號被龍卷風中的碎屑和雨點反射後重被雷達接收。如果龍卷風遠離雷達而去,反射回的微波信號頻率將向低頻方向移動;反之,如果龍卷風越來越接近雷達,則反射回的信號將向高頻方向移動。這種現象被稱為多普勒頻移。接收到信號後,雷達操作人員就可以通過分析頻移數據,計算出龍卷風的速度和移動方向。

龍卷的襲擊突然而猛烈,產生的風是地麵上最強的。在美國,龍卷風每年造成的死亡人數僅次於雷電。它對建築的破壞也相當嚴重,經常是毀滅性的。

黑風暴:黑風暴是一種強沙塵暴,俗稱“黑風”,沙塵暴的一種,大風揚起的沙子形成一堵沙牆,所過之處能見度幾乎為零。它是強風、濃密度沙塵混合的災害性天氣現象。強風是啟動力,具有豐富沙塵源的荒漠是構成黑風暴的物質基礎。

沙暴發生時,風力多在4~8級,近地麵的細沙和粉塵被輸送到15~30米的高空,水平能見度可維持在千米以上,卷起的沙塵物質一般在就近的障礙物或綠洲邊緣沉積,造成沙埋、沙割之害。還有一種與沙暴不同的塵暴現象-8級以上強風把大量塵土及其他細顆粒物質卷入高空,形成一道高達500~3000米的翻騰風牆。暴風攜帶的塵土滾滾向前,在高空可飄散到數千公裏甚至1萬公裏之外。

黑風暴產生的原因:沙塵暴一般發生於春夏交接之際,其形成與大氣環流、地貌形態和氣候因素有關,更與人為的生態環境破壞密不可分,它是按漠化加劇的象征。人口的快速增長帶來不合理的農墾、過度放牧、過度采樵、單一耕種,這些現象必然導致植被和地表結構的破壞,使草原萎軌土地沙化、生態係統失衡。由於這種造沙的速度遠快於人們治沙的速度,無疑為沙塵暴形成提供條件。