科学是什么

来源:百度文库 编辑:神马文学网 时间:2024/03/29 04:54:51

地质科学小百科

  中华民族素有不畏艰难、勇于创造的优秀传统,从20世纪初起,一代又一代地质学者就辛勤耕耘在这片国土上,他们为中国地质科学和世界地质科学的发展、为中华民族能屹立在世界先进民族之林做出过巨大的牺牲和贡献。

  科学的先知和先哲启迪了人们的思路,为科学事业的发展奠定了坚实的根基。老一代地质学家用光辉业绩为后来者继续攀登高峰建立了新的起点,富有活力和创新精神的青年一代一定能勇敢地肩负起跨世纪的历史重任。

面向21世纪的地质科学,将迎来前所未有的、巨大的挑战,地质学中的许多新学说、新理论、新方法将给地质科学这门古老而又年轻的学科带来新鲜血液和涌动的活力,地质学中资源、能源和环境领域愈加引起全社会的关注,我们可以毫不犹豫地说,21世纪将是地质学的世纪,地质科学的发展将给人类带来美好的明天。

  地质学的新学科与新领域

   变质动力学

   化石岩石学

   层序地层学

   构造沉积学

   事件沉积学

   礁地质学

   天文地质学

   全球变化学

   矿床地球化学

   环境地质学

   磁性矿物学

   岩体工程地质力学

   间断平衡论

   超微及微体古生物学

   月球地质学

 

科学是什么?

好奇心是一种强烈的求知欲,缺乏好奇心就显得全无生气、无声无息。早期有生命的机体只发展一种独立运动的能力。随着时间的流失、环境的变迁,会动的有机体已不再是消极地等待食物,而是主动地去寻找食物。于是出现了冒险与好奇心,在寻找食物过场中就有竞争。为了求生存就必须加强对环境的好奇心。

当有机体变得越来越复杂时,它的感官也更加多样化,而且更为复杂、更为精细,有关外界环境的更多的信息被接收进来。随之,也发展出日趋复杂的神经系统以储存或转译由感觉器官所接收到的信息。

很多动物具有“闲暇的好奇心”,如狗没事干的时侯,会到处闻来闻去;而猫却不是在舔舔自己,就是安静地伸懒腰睡大觉。人脑是迄今宇宙中已知最精巧组织的一团物质,它接收、组织、储存信息的能力远远超过生活的需要。由于人脑的潜力巨大(在人一生中可以学到15x1012个信息),任何正常人都具有很强的好奇心和求知欲。在人类尚不能征服自然的古代,更确切地说15-16世纪以前,人们在求知过程的发现只能归因于神所赐的灵感,或来自天国的启示。其中希腊神话最为精彩,编造宇宙性质的不可预测如同人的本性一样难以捉摸。浩瀚的宇宙在那种霸道而又不可预测的神祗控制下,根本没有希望能了解它,只有听天由命。随着时间的流逝,希腊思想家以新的观点来看待周围世界,认为宇宙是由不变的法则控制的一台机器。但在探索自然法则的过程中,希腊人认为对大自然只要用正确的方式去探讨,大自然必定会披露出秘密,决不会中途改变立场或态度。这种信念产生之后,人类就得创造出一套有条理的系统,以学会怎样从观察到的资料中找出内在的规律。

到了文艺复兴时代,人们从求知欲获得了许多大自然的秘密。但对其解释可以说还是未能摆脱‘回归圣经’的倾向,科学的异彩与神学的灵光仍然不协调地交互闪现,特别是天体运动。

工程

地质工作者一生与以建设工程为对象的地质体打交道,也仅限在地球上。劝君把视野扩大到星球、整个太阳系行星,打开您的胸襟和求知欲,说不定那一天您有机会去月球、火星……开发、发展。还是从网上了解些有关太阳系行星的基本知识吧?

在20世纪50年代,人类为了满足求知欲、寻求新能源,活动范围从近地空间(地球高空)扩大到整个太阳系。直到上世纪末,除了冥王星外,其它行星和部分卫星、小行星和彗星均被人类制造的各种探测器访问过。1969年6月,人类第一次踏上另一星球—月球;1970年8月探测器着陆金星表面;次年5月探测器着陆火星。上世纪70年代,水手10号探测水星;先驱者11、12号和旅行者1、2号先后发射飞越外太阳系,对木星、土星、天王星、海王星及其卫星,还有一些小行星和彗星进行探测,获得了高分辨率的图像和宝贵数据。不仅固体行星(水星、金星、地球、月球和火星)表面有地质现象,外行星的许多卫星表面也有惊人的地质现象和特征,如木卫1的火山爆发规模、高度均不亚于地球,火星表面集太阳系行星和卫星中许多极端特征,拥有最高、最低和最平坦的地表结构。为了更好地了解太阳系特征,我们以肥皂泡剧的形式,一点一点地介绍给以飨求知欲的网友。

一,             太阳系主页(特征)

太阳系位于银河系猎户座星云旋臂的南端,距银心8.5千秒差距(kpc)(1kpc=3.086x1013km), 约2.7万光年(1光年=9.46x1012km),以250km/s的速度汇同其它恒星、分子云一起反时针方向绕银河系中心运动,绕银心一周约2.1-2.5亿年。距太阳系最近的恒星是一颗红矮星叫普罗西马半人马座,约有4.3光年远。太阳系的中心体是一颗很普通的恒星 – 太阳,但对整个太阳系来说却是一不寻常的核星,对行星的形成与演化起着忧关的作用沿太阳赤道向外由近到远分布着水星、金星、地球(和月球)、火星、木星、土星、天王星、海王星和冥王星等九大行星,以及彗星、行星的卫星、火星与木星之间的小行星、行星际间游荡的小行星、流星体和尘埃,还有冥王星以外的库柏云带和奥特云。太阳系涉及范围延伸达2光年距离。

空间探测的目的在于研究和实现人类如何从地面扩展到太空感兴趣的地区和星体,最大限度地开发和利用那里的环境条件、资源,促进经济增长、科学文化发展和社会文明进步。特别是,我们要弄清楚太阳系起源、人类起源时必须了解太阳系的结构和运动特征。

对太阳系中任何一个物体进行空间探测,其目的就是要了解该物体的形态、结构、化学组成和物理状态,从而推演其演化史。虽然这些物体都围绕太阳系中心体-太阳运动,然而他们的大小、空间环境、运动规律和姿态都不相同。一旦我们掌握他们的基本物理参数就可以运筹于帷幄,这对发射飞行器的时间窗口极为重要。

1,行星轨道要素

地球绕太阳公转的轨道平面与天球(以观测者为中心或地球为中心,无限长为半径所作的空心球)相交的大圆称为黄道。月球绕地球旋转的轨道平面与天球相交的大圆叫白道。天体运行的轨道面与黄道面夹角为倾角i),地球赤道面与黄道面交角为23027,如果倾角i >900,则这一颗天体是逆行的,如金星、天王星和冥王星。黄道与白道之间夹角509, 23027- 509= 18018,即月球不在地球赤道面上运转。白道相对于黄道的倾角基本不变,然而对地球赤道的倾角却是变化的,变化范围从18.320到28.620,变化周期为18.6年。1999、2000年月球轨道倾角分别为19.50和20.90

    设在直线A-A上取F1,F2两点,直线外取一动点M(x,y)使

              F1M + F2M =2a                                    

                   F1F2 =2c                                    

则      F1M=√[(x+c)2+y2]                                M

                                             A` F1                F2  A

        F2M=√[(x-c)2+y2]                                                            

                                                               

√[(x+c)2+y2] + √[(x+c)2+y2] = 2a 

化简得

      

设 b2 = a2 – c2,上式变换为标准的椭圆方程。a和b分别称为椭圆的长半轴短半轴F1,F2为椭圆焦点,c为两焦点距离的一半。取e=c/a,称为椭圆的离)心率,(b/a)2 + e2 = 1。当c=0时,a=b椭圆成为圆。显然,椭圆的偏(离)心率0≤e≤1。行星、小行星和周期彗星、卫星绕行星的运行轨道均为椭圆轨道。有一大部分彗星轨道为双曲线型,则偏心率1≤e<∝。

当发射一飞行器接近月球时,飞行器轨道可视为沿着一条双曲线行径,离月面最近时飞行速度达到最大值。为使飞行器变为环月绕行,就必须使其降低速度由双曲线变为椭圆。若要进一步变为圆轨道,则至少需要约0.6km/s速度增量使其减速。发射月球卫星通常包括近地停泊轨道-转移轨道-月球卫星轨道的变换 ,转移轨道近地点速度越大,飞船到达月球轨道的时间越短,但变月球卫星轨道所须的速度增量就越大。                            

    行星运动轨道由黄道南越过黄道向北交点称为升交点p,∠pon=ω,从升交点到近日点n角距,近日点角距ω决定了行星长半轴的方向。春分点与升交点之间角距Ω称为升交点黄经i和Ω两个量决定了行星轨道面的空间位置。此外,还有一轨道要素叫行星过近日点的时间τ。通过此量可以计算行星任何时刻的位置。但由于天体受到二体以外引力的影响,行星的轨道要素,均在发生缓慢变化。      

                                                                                  

行星轨道要素数值                                                 

 行星       a        e         i         p         Ω      ω    

水  星   0.3871   0.20563   7.0044   87.9686天   48.12   77.18

金  星   0.7233   0.00678   3.3945   224.700天   76.52   131.00

地  球   1.0000   0.01670   0.000    365.257天     -     102.6

火  星   1.5237   0.0934    1.8499   1.88089年   49.42   335.7

木  星   5.2042   0.0479    1.3056  11.88089年  100.30    15.0

土  星   9.5751   0.052     2.4859  29.45772年  113.50    98.4

天王星  19.31     0.050     0.7727  84.013年     73.99   176.0

海王星  30.2      0.0040    1.7725  164.79 年    131.55    30

冥王星  39.91     0.2566   17.135   248.4  年    110.1    223.4  

          p:绕太阳一周时间

开普勒(1571-1630)依据第谷(1546-1601)的行星观测位置揭示了行星的运动规律:

则行星的运动轨道都是椭圆,太阳位于椭圆的一焦点上,椭圆长半轴:

                                r=a(1-e2)/(1+econθ)

行星所受到的有心力是平方反比(太阳)吸引力:

                   F=-(mh2/p)/(1/ρ)  ,   h=ρdθ/dt  ρ矢径,θ极角

开普勒还得出,行星的矢径(行星与太阳连线)在相等的时间内所扫过的面积相等,即行星绕太阳的面积速度为一常数:

                               s=r2dθ/dt=常数

这意味着行星运转时对于太阳的动量距守恒,从而可推之行星所受的力对于太阳的力矩始终为零,所受的力是有心力,太阳为有心力。

设行星公转周期为P,其平方正比于轨道长半轴(a)的立方: P=(2π/μ1/2)a3/2

式中μ为重力参数。若把行星的轨道方程写成矢径方程,即:  ρ=p/(1+econθ)

近日距ρmin=p/(1+e),远日距ρmax=p/(1-e),长半轴

而短半轴

 

      行星与距太阳平均距离(AU)                                                  

           水星   金星   地球   火星   小行星   木星   土星   天王星   海王星   冥王星 

an观测值  0.387  0.723  1.000  1.52    (2.77)   5.24   9.54   19.09    30.07    39.46

an计算值  0.4    0.7    1.0    1.7      2.8     5.2    10.0   19.6     38.8     77.2   

 

                                                      (待续  林编写)