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第二十五章 羊膜内的宇宙.2

作者:卡尔·萨根 当前章节:2137 字 更新时间:2026-6-27 15:40

问:你不知道它会转变为一种熔化的物质吗?

答:当你站在这里时,你就在验证了这一点。我将给你一个机会。

《试验的范围》(1925年)

把我们固定在地球表面的万有引力加速度是103厘米/秒2=1克。而减速度a=10-2克=10厘米/秒2,几乎是不可觉察的。如果造成的减速度是不可觉察的,那么,使地球停止其旋转的T是多少呢?地球的赤道角速度是Ω=2π/p=7.3×10-5弧度/秒;赤道线速度是RΩ=0.46公里/秒。因此t=RΩ/a=4600秒,或者说略微超过1小时。

地球自转的比能是

E=[1/2]IΩ2/M≈1/5(RΩ)2≈4×108尔格/克

这里的I是地球的主要转动惯量。它小于硅酸盐熔解的潜热L≈4×109尔格/克,因此,克拉伦斯·达罗(Clarence Dar-row)关于地球熔解的观点是错误的。不过,他是立足于正确的观念上的:热的考虑事实上对约书亚故事是决定性的。具有典型的比热容Cp≈8×106尔格/克·度,要使地球在一天内停止和重新转动,将传递平均温度增值为△T≈2E/Cp≈100度K,足以使温度上升到超过水的正常沸点。接近地表和低纬度处甚至将是最严重的;具有v≈RQ,△T≈v2/Cp≈240度K。值得怀疑的是,居民们竟不能注意到如此戏剧地发生的气候变化。减速只是要逐渐充足,而不是变热,这也许还是可以忍受得住的。

附录3  如果由接近太阳的路径给金星加热,则金星目前的温度如何?

假定与太阳接近的路径加热金星,又由于辐射到太空而使行星最后冷却,这是维里科夫斯基论题的中心。但是,他没有计算过任何地方的热量或冷却速率。然而,一个粗略的计算是能够很容易地做到的。掠过太阳光球层的星体,如果它来自外侧太阳系,就必定以很高的速度运行:500公里/秒是近日点路径上的典型值。但太阳半径是7×1010厘米。因此,加热维里科夫斯基彗星的典型时间标度是(1.4×1011厘米)/(5×107厘米/秒)≈3000秒,这比1小时要少。彗星因它紧密接近太阳而可能达到的最高温度是6000度K,这也是太阳光球层的温度。维里科夫斯基没有讨论他的彗星与太阳发生近一步摩擦的事件;随之,该彗星成了行星金星并在太空中冷却——这些事件,比方说,一直到目前为止已经历了三千五百年。但以辐射方式加热和冷却,以及以服从斯蒂芬·玻尔兹曼热力学定律的同样方式支配这些事件的物理学,都要求热量和冷却速率均正比例于温度的四次幂。所以,彗星在3,000秒太阳热中所获得的温度增值与3,500年辐射冷却中的温度增值的比率为(3×103秒/1011秒)1/4=0.013。金星从这一来源中所致目前的温度,至多只有6000×0.013=79 K,或者说大约恰好是空气冷凝时的温度。维里科夫斯基的机制无法使金星保持是热的,纵然对“热”一词作了名符其实的定义也罢。

即使有若干条(不止刚好一条)接近的途径通过太阳光球层,结论实质上也不会改变。金星高温的来源,不管如何戏剧性,不会只发生一次或几次加热事件。热的表面需要有连续的热源——这热源或者是内生性的(来自行星内部的放射热),或者是外源性的(太阳光)。现在,正如许多年前所提示过的那样(参见怀尔德[Wildt],1940;萨根,1960),事情很明显,来源正是后者:正是太阳目前的辐射,连续地落在金星上,才使它的表面具有高温。

附录4  使偏心的彗星轨道圆形化所需要的磁场强度

我们近似计算了使一颗彗星的运动产生有意义的振动所需磁场强度的数量级,维里科夫斯基没有这样做。摄动场可能来自彗星即将更靠近的行星,或来自行星间的磁场。因为这个场起了重要作用,所以,它的能量密度必须可与彗星的动能密度相比较。(我们甚至不用担心彗星是否具有电荷和场的分布,将允许这种分布对强加的场作出反应)。因此,条件是

B2/8π=[[1/2]mv2]/[[4/3]πR3]=[1/2]ρv2 这里的B是磁场强度,单位是高斯,R是彗星的半径,m是彗星的质量,V是它的速度,P是它的密度。我们可以看出,这一条件与彗星的质量无关。取内太阳系中典型的彗星速度约为25公里/秒,ρ取作金星的密度,约5克/cm3,我们发现,需要超过一千万高斯的磁场强度。(如果圆形化是电场而不是磁场所致,则将应用静电单位的类似值。)地球赤道表面的场大约是0.5高斯。火星和金星的场都小于0.01高斯。木星的场,根据先锋10号所测结果表明小于10高斯。典型的行星之间的场是10-5高斯。在太阳系这样一个大尺度范围内,无法产生接于10兆高斯的任何电磁场。也没有迹象表明,地球附近有过这样的场。我们忆起,熔化的岩石在再度冻结过程中的磁域是由占优势的场来定向的。如果地球在3500年前曾经历过(即便是相当短暂地)10兆高斯的场,岩石磁化证据就会清楚地表明这一点。但实际上并没有任何证据。

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