地球年龄知多少(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：李慕南

出版社：辽海出版社

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地球年龄知多少试读：

前言

在日常生活中，只要我们留心观察身边的事物，就会发现科学技术无处不在，无时不有。本书以与我们普通人关系密切、在日常生活中常用到和体会到，或靠日常经验能够比较好地理解为标准，选择四个基本量——长度、质量、时间、温度为主题，通过对自然科学中大到宇宙星系、小到亚原子粒子的各种事物所涉及到的数量及其相关知识进行描述。《科技万花筒》系列丛书包括：《一天一篇科学史》、《金星离火星有多远》、《南极北极哪里冷》、《宇宙到底有多重》和《地球年龄知多少》。《一天一篇科学史》从数、理、化、天、地、生和技术的各个分支学科中，选取了古今中外重大的、里程碑式的科学发现、发明和事件，以日记体的形式逐一介绍，将纵贯几千年的科学技术发展史浓缩到365天之内。藉此，不仅可以帮助广大青少年开阔视野、增长知识、激发动力，而且可以考察人类社会发展演进的足迹，认识人类创造的文明成果，感受先贤追求真理的典范风貌，领悟人类自古至今涌动不息的科学精神。学习科学技术发展史是一个重要而有效的途径，该书旨在提高青少年的科学素质，培养他们的科学精神。《金星离火星有多远》讲述了长度的故事。未来建在太空中的引力波观测台的探测臂长是多少？离地球最近的一颗近地小行星与地球的距离是多少？地球到月球的距离是多少？光每秒行进的距离是多少？人类首次环球海洋考察的航程是多少？全球性大断裂谷长度是多少？地球的直径是多少？美国X-43A实验飞机的最高飞行时程是多少？首次进行联网的两台计算机间距离是多少？青藏铁路全长是多少？大气层的高度是多少？……答案尽在书中。《南极北极哪里冷》讲述了温度的故事。宇宙大爆炸时的初始温度是多少？欧洲大型正负电子对撞机的最大能量是多少？科学家制造“夸克-胶子等离子体”物质时的温度是多少？托卡马克装置的加热温度是多少？美国国家点火装置激光加热的温度是多少？太阳中心温度是多少？世界上第一台激光器达到的温度是多少？地核中心温度是多少？光学高温计测温上限是多少？地球外核与地幔交界处的温度是多少？世界第一座超大型太阳炉高温是多少？磁流体发电机工质温度是多少？宇宙“大爆炸”后氢原子形成时的温度是多少？充气白炽灯的工作温度是多少？美国“深度撞击”号飞船撞击“坦普尔1号”彗星时的瞬时温度是多少？……答案尽在书中。《宇宙到底有多重》讲述了质量的故事。美国第一颗原子弹爆炸当量是多少？世界上正在建造的最大的粒子物理探测器的质量是多少？19世纪最大的风帆战船排水量是多少？航天飞机起飞时全部质量是多少？世界上第一座核反应堆的质量是多少？世界最大的载货卡车载质量是多少？第一台电子计算机质量是多少？中国杂交水稻每公顷产量是多少？美国新一代载人登月航天器的质量是多少？居里夫妇提炼镭耗费的沥青铀矿量是多少？美国X-45C型无人战斗机的质量是多少？新一代詹姆斯·韦伯望远镜的质量是多少？第一台商用超级计算机的质量是多少？“引力探测器B”飞船的质量是多少？……答案尽在书中。《地球年龄知多少》讲述了时间的故事。全球石油尚可供开采的时间是多少？

“卡西尼号”飞船飞往土星所花的时间

本书从信息时代的科技着手，以时间和数字为基础，展现缤纷多彩的科技大观园，内容丰富，但又不是高深莫测的纯科技知识，通俗易懂。

本套丛书由李慕南任主编，李桂香任副主编，参加编写的有杨静、张强、杜天峰等同志。

本书编纂出版，得到许多领导同志和前辈的关怀支持。同时，我们在编写过程中还程度不同地参阅吸收了有关方面提供的资料。在此，谨向所有关心和支持本书出版的领导、同志一并表示谢意。

由于时间短、经验不足，本书在编写等方面可能有不足和错误，衷心希望各界及读者批评指正。本书编委会

钍232的半衰期

能够和宇宙年龄相媲美的时间长度恐怕只有钍232的半衰期了。不同科学家依据不同的观测事实或理论推演给出的

宇宙的年龄

早在19世纪科学家们提出原子论的时候，认为同一元素的所有原子形状、质量和性质都是完全相同的。进入20世纪后，人类开始探索原子的秘密。英国科学家汤姆逊根据带电粒子在电场和磁场作用下的偏转，首次精确测定了氢原子的质量以及氦、氮、氧、氖等气体离子的质量，发现这些气体离子的质量都是氢原子质量的整数倍，这与科学家用其他方法测定的原子量不同。

最令人奇怪的是，他还发现了一种质量是氢原子22倍的带正电荷的气体离子，从光谱上看应该是氖离子，化学性质也与氖离子相似，就是质量比一般氖离子略大了一点儿。这是什么气体呢？为了区别起见，汤姆逊把它们分别称作氖20和氖22。

直到后来，汤姆逊的学生卢瑟福和他的助手索迪发现，放射性元素在衰变过程中会自发地不断放射出粒子，其后自身便转变成另外一种放射性元素，直至最终变成稳定的元素。后来人们将放射性元素的质量变小到只剩下原来的一半所需要的时间称为元素的半衰期。

索迪发现，有些放射性元素具有相同的质子数，但中子数不同，其表现为化学性质基本相同，但质量和放射性不同，这些元素应该放在周期表上的同一位置，被称为“同位素”。

不久，汤姆逊的另一位学生阿斯顿发明了质谱仪，用它研究了各种元素，结果发现不仅是放射性元素，自然界中绝大多数化学元素都有数目不等的同位素，而且各种同位素的质量都是氢原子核质量的整数倍。所谓原子量，是指所有这些同位素混合后的相对原子质量。

例如，自然界中有氖20、氖21和氖22三种不同质量的同位素，其中氖20最常见，氖22约占1/10，氖21只占1/400，它们混合后的相对原子质量即原子量是20.18。

自然界中钍有24种同位素，质量数分别为212～236，它们混合后的原子量为232.04。钍232衰变缓慢，其半衰期长达141亿年，而钍228的半衰期只有5.76年。

科学家通过分析一些最古老恒星的光谱，根据其中放射性元素衰变产生的元素数量，例如钍232和衰变产物钕的比例，可以算出这种衰变持续进行的时间已有100多亿年，以此可以推算出这颗恒星的年龄，并近似估计宇宙的年龄。

由于卢瑟福、索迪和阿斯顿在放射性元素和同位素方面的研究成就，他们三人分别在1908、1921和1922年荣获诺贝尔化学奖。英国物理学家卢瑟福照片宇宙的年龄

宇宙的年龄到底有多大？这是科学家们一直在探索的问题，至今，答案仍然是不确定的。

在很多人的眼中，宇宙的一切似乎是无限的，不可能有什么起点，更无从谈起什么诞生时间和年龄。但大多数科学家不这么看，因为只要承认宇宙是物质的、演化的，那就等于承认它有一个时间进化箭头，沿着时间箭头的方向倒推回去，就应该能找到宇宙的起点。

人类对于现代宇宙概念的认识只有不到100年的时间。直到20世纪20年代，科学家才首次确认了河外星系的存在。此后陆续发现了星系团、超星系团等更高层次的天体系统，使我们的视野逐渐扩展到远达上百亿光年的宇宙深处。

1922年，前苏联科学家弗里德曼在当时已发现大多数漩涡星云正在远离地球现象的基础上，运用爱因斯坦的广义相对论来描述宇宙是如何随时间而演变的，首次提出宇宙正在不断运动即膨胀。

1929年，美国科学家哈勃通过长期观测发现，我们向宇宙深处看得越远，那里的星系看上去飞离我们越快。由于所有的远方星系看上去都在远离银河系，他推测这些星系彼此间也一定是互相远离的，并由此得出结论：在大尺度上宇宙中的所有星系都在彼此远离而去，而且距离较近的星系离去得慢一些，距离较远的星系离去得快一些，距离越大，彼此远离的速度越大。因此得出的结论是：宇宙正在膨胀和延伸，犹如一个正在胀大的气球。

既然认为宇宙一直在膨胀，那么追根溯源，早期的宇宙一定比现在小得多，也密集得多，由此美国科学家伽莫夫等人提出了宇宙起源于原始大爆炸的假说，认为我们的宇宙曾经历了由致密到稀疏、由灼热到寒冷的阶段，并按照这种观点来研究宇宙中天体演化的历史，预言目前仍能观测到宇宙空间残存着温度很低的背景辐射。

1965年，微波背景辐射的发现证实了伽莫夫等人的预言，从此，许多人把大爆炸学说看成标准宇宙模型。根据大爆炸学说的观点，我们所观察到的宇宙，在其孕育的初期集中于一个体积很小、温度极高、密度极大的“原始火球”，也有人认为这个“原始火球”就应该是相对论中所预言的时空“奇点”。根据哈勃太空望远镜最新精确测定出的宇宙目前膨胀速度，可以推测出在距今约137亿年前产生了“我们的宇宙”。（对宇宙起源的确切时间目前尚有争论，国际天体物理学研究小组认为，宇宙的年龄是141亿年，而美国科学家认为应该是137±1亿年）。膨胀宇宙可以回推到一个初始起点，即大爆炸的发生时间

太阳系的年龄

早在远古时代，人类就已开始观察和记录天体的位置和运行特点。

古希腊人猜想，天空就像是一顶坚固的篷盖，日月及水星、金星、火星、木星和土星各自循着不同的路径围绕大地运行，当时这7个天体都被称作“行星”，而那些闪闪发光的恒星则被认为镶嵌在最外面的天穹上。这种观念曾统治了西方人上千年，直到哥白尼出版《天体运行论》，开普勒发现行星运动三定律，牛顿提出万有引力定律，深刻揭示了行星绕太阳运行的力学原理，人们才逐渐建立起了科学的太阳系概念。

太阳系究竟是何时起源的呢？

早期科学家们受《圣经》中洪水之类故事的影响很深，因而流行一些灾变说的观点，例如把行星的形成解释为是由太阳和另外一颗恒星或彗星偶然相遇时碰撞飞出的一系列碎片产生的。18世纪的法国哲学家康德和天文学家拉普拉斯曾分别提出“星云假说”，认为太阳系是由一团巨大且快速旋转和收缩的物质星云形成的。

进入20世纪后，科学家们对于太阳系和星云物质有了更深的了解，认识到太阳系的起源与星系的形成是密切相关的。1944年，德国天文学家韦扎克提出，星云物质中会发生湍流，出现一个个旋涡，当这些旋涡作湍动收缩时，就会产生出星系和恒星，在恒星旋涡的外缘又会出现更小的旋涡，最终形成行星。

后来，科学家们对韦扎克的学说加以改进，并结合最新的科学发现，逐渐形成有关太阳系起源的新理论，即在大约50亿年前，太阳系还是一团弥漫的缓慢转动的气体尘埃云，由于其他天体的引力扰动或邻近超新星爆发的冲击波，这块气体云开始坍缩，稠密的核心变为原始太阳，周围旋转的尘埃颗粒和气体原子形成一个薄盘，即原始太阳星云。

在原始太阳星云中有大量微米尺寸的宇宙尘埃颗粒，外面包裹有一层冰。由于其周围接近真空，而且温度最高不过零下173℃左右，在这种状态下冰会发生极化现象，这种冰的分子结构排列无序，形成如同绒毛一般的杂乱形式，使冰的弹性急剧下降，当它们互相碰撞时，电引力足以克服反弹的力，使它们互相粘结在一起，像“滚雪球”一样逐渐变大，形成原始状态的星子。大量星子受引力束缚，通过碰撞合并长大成为星胚，即岩石物质的初步集合。这些星胚继续吸积周围的物质，最后凝聚起来，互相合并而形成单独的原始行星及其卫星，一些没有被大行星俘获的星子和星胚成为今天的小行星，位于太阳系遥远边缘处的星子形成奥尔特云，另外一些偶然进入内太阳系，成为彗星。太阳系的起源和演化过程

地球的年龄

古代东西方都有许多关于天地起源的奇异神话流传，例如中国古代有盘古开天地的传说，而西方人则受《圣经》中创世故事的影响，直到18世纪仍相信地球的年龄只有6000多年。

1785年，英国人赫顿提出，地球表面上发生的缓慢的自然过程如高山的形成、河道的侵蚀等，在整个地球史上都是以大致相同的速率进行的，这意味着这些地质过程必然进行了相当长的时间，因此地球的年龄至少是几百万年。

19世纪30年代，英国科学家赖尔在《地质学原理》中提出了有力的证据，证明地球年龄比《圣经》所说的要长得多。此后，不断有科学家试图通过研究地质变化，例如由沉积岩的厚度来计算地球的年龄。尽管不准确，科学家们推测地球的年龄至少有5亿年。另一个测定地球年龄的方法是估计海洋中盐分的聚集率，因为河流不断地将盐冲到海中，淡水通过蒸发而离开海洋，所以盐的浓度逐渐增加。假设海洋一开始全是淡水，那么河流要使海洋有3%的含盐量必须要有超过10亿年的时间。

19世纪末，科学家发现地球的铀元素和其他放射性物质会释放出大量的能量，并且已经进行了很长的时间。如果把放射性物质不断给地球提供热量考虑在内，地球从一团熔融的物质冷却到现在的温度，所需的时间会长达几十亿年。此后，地质学家通过放射性元素的衰变计算出岩石的年龄，由此推算出地球以现在的固态形式存在的时间约为46亿年。

根据科学家的最新研究结果，地球与太阳系几乎是同时诞生的。原始太阳星云物质通过凝聚合并而形成各大行星。在地球诞生后的头5亿年中，地壳内部大量放射性物质所释放出的能量的积聚和迸发非常活跃，导致强烈火山爆发等运动，使地球温度升高到出现熔融，组成物质发生离析分异作用，重元素沉入地心，轻物质升浮到地表，逐渐形成地表外层、地幔和地核等层次。地球演化时间表序列示意图

在以后的5亿年里，地球外层部分逐渐开始冷却凝固，形成火山岩质的地壳，被禁锢在地球内部的碳、氮、氧、硫、磷、水等物质成分和气体不断从熔岩中升至地表，并在火山爆发时被释放出来，开始形成原始大气圈。与此同时，无数的彗星和小行星撞击给地球带来大量的水，在低凹处汇聚成原始海洋。地球表面物质在光照、地热以及水汽的联合作用下开始发生缓慢的化学演化，泥水经过沉淀，凝结成石灰岩那样的碳酸盐类岩石。许多矿物质和有机物陆续随水汇集海洋，使海洋成为地球生命最初的摇篮。

地球有水的历史

众所周知，生命离不开水，地球生命起源的一个重要条件是因为有水。但水是从什么时候来到地球上的呢？

天文学家发现，在太阳系诞生时构成地球的原始物质中就含有水。天文学家通过对太阳系中小行星和彗星的光谱分析，发现其中含有大量的水分，主要是以冰块及水合化合物的形式存在。这些小行星和彗星实际上是45亿年前形成太阳系各大行星时的残留物质，由于低温而基本保持着当初与构成早期地球的物质基本相同的原始状态。

不过在地球诞生之初，首先经历了一个高温的阶段。通过引力而凝聚的星子在相互碰撞中释放出大量能量，再加上地球内部大量放射性物质产生裂变和衰变、地球凝聚时由势能转化而来的动能，导致地球内部温度升高到熔融，使得内部的水分全部沸腾成气体，再加上太阳风的强烈作用和地球刚形成时引力较小，这些水分几乎全部逃逸到太空中。

后来，炽热的行星开始冷却，地壳凝结为固体。这时，来自天外的小行星和彗星形成流星雨，频繁光顾地球，带来大量的水和各种有机分子，形成地球最初的原始海洋，生命开始孕育了……目前古生物学家根据在格陵兰和希腊发现的含有属于生命有机体的古老碳遗迹岩石判断，至少38亿年前地球上就有生命活动的迹象。到37亿年前，生命有机体已经在地球上完全站稳了脚跟。

那么，这场给地球带来大量水和有机分子的流星雨究竟发生在什么时候？规模有多大？又是什么时候终止的？科学家们很想搞清这一点，因为这对于了解地球生命的起源问题很重要。

遗憾的是，当初那些陨星撞击留下的痕迹早已被后来几十亿年的地质变迁抹掉了。一些科学家试图根据海水中的含盐量，间接测定原始海洋最初形成的时间，因为海洋中的盐分是亿万年来陆地和海底岩石中的矿物质溶解后不断地汇集于海水中逐渐积累的。但是这种估算方法并不可靠。

幸运的是，当年那段流星撞击记录却在月球上保存了下来。由于没有水和大气的侵蚀和风化作用，也没有内部热量导致的地质活动，使月球自形成起基本上仍然保持着最初的原始状态。

月球是距我们最近的天体，也是地球数十亿年演化过程始终陪伴在身边的“伴侣”，甚至可以说是我们地球的“影子”，当年那场撞击风暴不可避免地也落在了月球的表面，留下无数巨大的环形山（撞击陨石坑）和盆地（直径大于300km的撞击坑），至今仍历历在目。

根据美国“阿波罗号”航天员从风暴洋、宁静海和澄海等地点收集到的撞击熔融岩样，研究人员进行了放射性同位素测年分析，估算出撞击发生的时间为38.7亿年前。月球被剧烈的陨星撞击后留下了无数撞击陨石坑

地球生命诞生的时间

地球形成后，经过了大约十几亿年的变化，为生命诞生创造了良好环境，奠定了坚实的基础。无论是来自遥远的太空还是源于地球本身，第一颗生命的种子开始生根、发芽、开花、结果，并开始了生命的世代繁衍和进化。从第一个生命体的诞生到人类的生生死死，这段世代相传、扑朔迷离、充满机遇与挑战的生命发展历程至今达30亿年的时间。

我们居住的行星——地球，大约形成于46亿年前。从某种程度上说，在一个无法确定的时间，一定是发生了什么情况，因为这颗毫无生机的天体开始接纳与岩石和水迥然不同的某些东西。氮和碳分子进化为DNA分子，一种微生物在宇宙星际间四处旅行。正是这种微小的分子出现数百万年之后，原始的单细胞体诞生了，后来又慢慢地出现了越来越复杂的水生生物，它们最终登上陆地，从此以后各种生物在地球上就大规模地繁衍并蔓延开来。

今天，地球上大约存在200万种不同种类的生物，包括植物、动物、微生物、人类等。但所有种类的生物都来源于同一种物质——一种到某种程度时能启动生命历程的物质。这是一种什么物质呢？一种有关地球生命的最新理论和最新研究成果是这样描述的：在太空中游弋的一些天体的碎片犹如宇宙中的一伙“强盗”，迟早要冲撞某个天体。但是与地球发生碰撞的一些彗星和小行星，也许因此而成为地球生命的创造者。很有可能是一颗彗星把大量的水带到地球，假若没有水，地球可能永远是一颗干燥的行星。

有科学家认为，无论是生命的诞生还是进化，彗星和小行星肯定发挥了至关重要的作用。最近在小行星中发现了有机分子，也就是构成生物的分子。这些最新发现使人不得不再次重新考虑阿恒尼斯于1907年提出的胚种假说，这种假说认为，正是彗星和小行星这样的天体在地球上播撒下了生命的种子。这些天体有点像公共汽车，把有机物质，有时甚至是很复杂的物质，从太阳系的一颗行星运送到另一颗行星上，而且有人认为它们同时还带来了细菌。但是，巨大无比的陨星也造成了真正的自然灾难，真正是祸从天降。一方面，这些现象导致许多生物物种比如恐龙的灭绝，但恰恰也因此同时促进了生命形态的发展，例如恐龙的灭绝使哺乳动物繁衍得更快，然后是人类的兴盛。

有的生物，除了维持自身的存在之外，还能繁衍几乎和自己一样的后代。这种既保存自身又能复制自身的能力，构成生命和物质的本质区别，是生命得以延续的基础。然而，生命只不过是由像碳和氮这样普普通通的原子构成的，如此平常的元素却创造了千姿百态、五彩缤纷的大千世界。

太阳对地球的能量辐射引起地球上大气温度循环变化继而带来以水为载体的物质能量的循环运动，也就是我们所看到的春夏秋冬的气候循环变化，江河湖海的水蒸发形成云继而变为雨、雪、冰雹落回地面的水循环运动。我们称之为太阳能量辐射、地球气候变化和水循环运动，而地球生命就是在最初的水循环中诞生的。在1953年，美国科学家米勒等人在实验室里模拟了这个过程。寒武纪海洋生物景观示意图

核细胞出现的时间

细胞是一切生命活动的基本结构和功能单位。一般认为，细胞是由膜包围的原生质团，通过质膜与周围环境进行物质和信息交流；是构成有机体的基本单位，具有自我复制的能力；是有机体生长发育的基础；是代谢与功能的基本单位，具有一套完整的代谢和调节体系；是遗传的基本单位，具有发育的全能性。

真核细胞指含有真核（被核膜包围的核）的细胞。其染色体数在一个以上，能进行有丝分裂，还能进行原生质流动和变形运动。光合作用和氧化磷酸化作用则分别由叶绿体和线粒体进行。除细菌和蓝藻植物的细胞以外，所有的动物细胞以及植物细胞都属于真核细胞。由真核细胞构成的生物称为真核生物。在真核细胞的核中，DNA与组蛋白等蛋白质共同组成染色体结构，在核内可看到核仁。细胞质内膜系统很发达，存在着内质网、高尔基体、线粒体和溶酶体等细胞器，分别行使特定的功能。

现存的团藻可能反映出较早出现的多细胞生物的某些特征。团藻实际上是单个细胞经过多次分裂，后代仍聚在一团未曾分开而成的个体，但是在这团细胞中，已有一定的分工，有的细胞特化其运动功能，有的细胞特化其光合作用制造食物功能，有的细胞特化其有性生殖功能。大气中游离氧的出现和浓度不断增加，对于生物有极重要的意义。首先，生物的代谢方式开始发生根本性改变，从厌氧生活发展到有氧生活。代谢方式的改变大大促进了生物的进化发展。约在15亿年前出现了单细胞真核生物，以后逐渐形成多细胞生物，并开始出现了有性生殖方式。真彩细胞

约在6亿年前，海洋中出现了大量的无脊椎动物，如三叶虫等。其次随着大气中氧气浓度不断提高，太阳紫外线将氧分子（O）分2解成不稳定的原子氧（O），原子氧相互结合形成臭氧（O）。臭氧13的产生及在大气层外围形成臭氧层，对宇宙射线和太阳光中的紫外线形成屏障和过滤，对保护生命体有十分重要的作用。最初时生物只能在水深5～10m处生存发展。随着臭氧层的保护能力增加，生物发展到水体表面生活，并进而由水生开始向陆地生活发展。约在4.2亿年前，原始的陆地植物，如裸蕨开始出现。

生命进化的另一个重要步骤是由单细胞进化变成了多细胞生物。最早的多细胞生物化石已有近7亿年的年龄。

地球大气中氧含量从1/10增到1/5的时间

地球形成之初，大气中的物质成分是否与今天相同呢？

科学家认为并非如此，理由是大气中的氧非常活泼，很容易与其他物质结合成氧化物，除非能够不断产生新的氧气，否则大气中不可能长期有这么多的氧气存在。

20世纪50年代，曾获得诺贝尔化学奖的美国科学家尤里根据其他行星所具有的大气成分，提出目前地球的大气是亿万年演化的结果。他认为在太阳星云物质中，氢、氦、碳、氮和氧占了绝大部分，特别是氢的数量很多。地球刚形成时，其中的碳很容易与氢化合成甲烷，氮与氢化合成氨，氧与氢化合成水，因此甲烷和氨是地球原始大气的主要成分。

在地球诞生后不久，地球内部构造活动引起火山的频繁爆发，喷发出大量的气体。来自太阳的紫外线辐射到原始大气上层的水分子，把它们分解为氢气和氧气。氢气大部分逃逸到外太空，而氧气与甲烷作用形成二氧化碳和水，与氨作用形成氮气和水，氮气与地壳中的矿物质发生缓慢作用，形成硝酸盐，剩下的二氧化碳则成为大气的主要成分。

二氧化碳是一种温室气体，会大量吸收红外辐射，阻止水分子的进一步分解，并像毡毯一样阻隔地球表面散热，促使气温升高，全球变暖，海洋被逐渐蒸发，水蒸气大量吸收红外辐射，进一步助长了温室效应。幸而此时地球上的少量氧气开始积累起来，在高层大气中形成一层薄薄的臭氧层，阻碍紫外辐射进入低层大气，从而保护了在原始海洋中正在进化的最初生命形态。

生命所进行的化学反应能够破坏在海洋中氮的化合物，把地壳中的氮分子释放出来，因此大气中开始逐步积累了大量氮气。此外，生命还逐步进化出了借助可见光把水分解为氢和氧的能力，促进氢与二氧化碳化合，形成复杂的细胞分子，而氧在不断释放出来后进入地球大气。

此后，由于生命逐渐占领了地球上的每一个角落，使大气成分逐步从氮气和二氧化碳为主转变成以氮气和氧气为主，避免了严重的温室效应，令地球一直保持气温适中、相对稳定，并且形成一个较厚的保护性臭氧层。海洋通过溶解二氧化碳并促使碳酸岩形成，使得大气中的二氧化碳含量较低。

实际上，我们今天这样一个含氧的大气层只是最近一段时期才形成的。甚至在6亿年前，大气中的氧含量也只有1/10。正是由于有了生命，才使得大气中逐渐含有丰富的氧气，而这些氧气反过来又使得生命有可能继续存在下去。

所以我们更应该珍惜地球上的一切，保护好地球大气。原始地球大气主要由氨和甲烷组成

寒武纪距今时间

古代，人类在开矿及经历地震、火山、洪水等灾害中逐渐认识到地

质作用。欧洲文艺复兴后，人们对地球历史开始有了科学的认识。1508年，达·芬奇首次论证了化石的生物成因。1669年，丹麦科学家斯泰诺提出了地层层序律。1695年，英国科学家伍德沃德提出洪水使生物灭亡的洪积说。1705年，英国科学家胡克提出用化石来记述地球历史。

到18世纪，在英国工业革命、法国大革命和启蒙思想的推动和影响下，人们对地球的研究从思辨性猜测转变为以野外观察为主。1756年，德国科学家莱曼将山脉划分为原生山、第二纪和第三纪山脉，由此开始了对地层的分类。法国一些地质学家和通过地层和化石了解地球演化史生物学家调查了巴黎盆地的大量化石和地层，他们以特殊的沉积岩和生物化石划分了反映地理环境的海滨相带和深海相带的界线，对巴黎盆地地层层序作了系统研究。后来，又有学者系统研究了维拉雷山脉的地层和化石，提出存在着由老到新的5个层序。1779年，法国科学家布丰阐述了地球演化史，将地球历史划分为7个纪。

在经历了一场有关地层以及岩石成因的“水成论”和“火成论”的大辩论后，科学家们开始用“均变论”思想以及自然过程来解释地球过去的历史。19世纪初，英国地质学家史密斯调查研究了威尔士到泰晤士河广大地区的地层和化石，首次从地层学角度绘制了大面积地质图和地层剖面图。他后来提出“化石层序律”，即在不同时代的地层中含有不同的化石，根据这些化石便可以推断产出这些化石的地层年代。

此后，地质学家们尝试以生物演化为基本依据，建立能反映地球相对年龄的地质年代表，确定了地质历史时期的大的时间单位和地层单位。1835年，英国科学家莫奇逊首次建立了“志留系”，名字取自于古代威尔士的一个民族。不久，另一位英国科学家塞奇威克建立了“寒武系”，名字取自于威尔士北部的寒武地区。1878年，美国科学家拉普沃思把志留系和寒武系之间的重复部分单独分出，另命名为“奥陶系”。以后，其他科学家又分别建立了“泥盆系”、“石炭系”和“二叠系”。“系”代表地层单位，对应的时间单位是“纪”，于是就有了寒武纪、奥陶纪、志留纪、泥盆纪、石炭纪和二叠纪。后来，人们通过同位素测定法分别确定出这些不同时代地层的绝对年龄。1913年，英国科学家霍姆斯首次发表反映地球绝对年龄的同位素地质年代表，例如寒武纪始于5.64亿年前，结束于5亿年前。

陆地生命出现的时间

在北大西洋一处曾为“热带天堂”的海滩上，考古学家发现了数千个神秘脚印，它们已经历了3.7亿年的漫长光阴。

尽管今天在北大西洋海滩上赤脚行走令人备感寒冷，但在3.7亿年前，这一地区曾位于赤道附近，是名副其实的“热带天堂”。

令科学家吃惊的是，长度从半英寸到手掌长不等的这些脚印都有5个脚趾。这一发现表明，动物在进化过程中能够适应陆地新生活的能力比我们先前所认为的要快得多。大约在3.7亿年前，为了躲避偶然的袭击，一些四肢动物从水中爬向岸边，但是这些动物的多数时间仍旧在水中度过。

3.7亿年前的泥盆纪，由于气候的改变，各种生命形式的进化发生了质的飞跃。地球开始变暖，到处都是长满杂草的沼泽，大型蕨类植物繁茂。此时，昆虫和两栖动物开始在陆地出现。一些鱼在鳍和靠近头部的位置进化出坚硬的头骨和强健的肌肉，并逐渐演化成早期的肢体。

最早的陆地动物的化石显示，鳍进化为脚的过程中，最多出现过8个脚趾。在另一方面，这些曾经踏过北大西洋海岸的动物的脚全部都是5个脚趾，脚的“主人”们是离开水生活的两栖爬行动物和爬虫动物。

随着时间的远逝，有些鱼鳍开始进化成为类似今天动物四足的样子。它们是所有陆生脊椎动物的祖先。有了四肢，我们人类的祖先终于能够离开海洋，走上陆地开始新的生活了。

最早的四足动物出现在大约3.7～3.5亿年前的晚泥盆世，这些仍然保留某些鱼类特征的水陆两栖动物对于探索四足动物的起源具有重要价值，为人类了解我们的祖先是怎样从原始沼泽中爬出并来到陆地上生活的过程提供了最丰富、最直接的信息。从1929年瑞典和丹麦地质学家在冰天雪地的格陵兰岛东海岸发现第一件鱼石螈化石，到2000年美国古生物学家在宾夕法尼亚州旅游胜地克林顿县发现厚颌螈，全球已发现了9种泥盆纪四足动物，都分布在北美洲、欧洲和澳大利亚的6个地区。亚洲地区目前最早的四足动物化石记录只能推到2.6亿年前中二叠世，与四足动物起源问题关系最直接的泥盆纪四足动物化石，在中国、亚洲一直是个空白。

根据目前所发现的泥盆纪四足动物证据，可以认为，四足动物大概在3.7亿年前（晚泥盆世弗拉期）在欧美古大陆上起源，然后在一个较短的时间内沿热带——亚热带海岸扩散到澳大利亚和中国，在3.6亿年前鱼石螈类全球广泛分布。过去的空白只是由于泥盆纪四足动物化石的稀少，相信通过更大范围的地质调查与野外发掘，在亚洲包括中亚地区和华南有希望发现更多的泥盆纪四足动物化石材料。美国芝加哥大学演化生物学家尼尔·舒宾发现的具有3.75亿年的历史的有脚鱼化石

太阳围绕银河系运转一周的时间

仰望夜空，首先看到的就是那条横贯天际的银河。古代人不知道那是什么，把它想象为天上的河流，甚至民间有“牛郎织女鹊桥相会”的传说。

1609年，伽利略首次将望远镜对准银河，不禁大吃一惊，原本朦胧一片的光带变成无数闪烁的星斗。原来它是由许许多多恒星聚在一起组成的！

天空这么大，为什么这些恒星宁愿辛苦地挤在一起呢？最早对此做出解释的是英国天文学家赫歇耳。他在1785年提出，天上的恒星大概排列成类似“盘子”的形状。当我们朝银河望去时看到的恒星数量众多，是因为我们正处在与“盘子”边缘成平行的方向。赫歇耳由此断言，许许多多的天体形成了一个扁平的系统，它的长轴就在银河方向，并将此恒星系统称做银河系。

赫歇耳选择了银河系里一些有代表性的天区，数出其中恒星的数目以及亮星与暗星的比例，从而估算出银河系里总共大约有1亿颗恒星。他又从各个恒星的亮度级推断出银河系的直径是夜空中最明亮的天狼星距离的850倍，而厚度则是天狼星距离的150倍，首次描绘了一幅形状扁而平、太阳居于中心的银河系结构图。

后来，天文学家以恒星的表面温度为横坐标，它们的自身亮度为纵坐标，绘制了一张表明所有恒星自身亮度与其温度关系的图，取名为赫罗图。在此图上，大多数恒星落在从图中右下方到左上方的一条叫做主星序的区域内，主星序中心星称为主序星。沿主星序，恒星的表面越热，发射的光就越强。也就是说在主序星中，蓝色星比黄色星自身亮度大，黄色星比橙色星自身亮度大，而橙色星又比红色星自身亮度大。太阳就是主序星的一员。根据这种视亮度测定方法，能大致估算出恒星的距离。

1906年，荷兰天文学家卡普丁对银河系进行过测量。根据他的估算，银河系的直径约为2.3万光年，厚度为6000光年。后来，美国天文学家沙普利采用新方法来确定银河系疆域的大小。他认为，银河系形状像一块巨大的“凸透镜”，直径大约为30万光年。1926年，荷兰天文学家奥尔特发现了银河系的自转和旋臂，计算出银河系中心引力的强度，从而估算出银心的质量比太阳质量大1000亿倍以上。

现在，据天文学家们测算，银河系实际包含有约1000多亿颗恒星，其中心距离我们2.7万光年，中心圆盘的厚度大约是2万光年左右，越向边缘处越薄，银河系的总直径只有10万光年。太阳系位于从中心到边缘三分之二的地方，围绕银河运转一周的时间约为2.5亿年。英国天文学家赫歇耳银河系

恐龙出现的时间

一提到恐龙，人们眼前就会浮现出一只巨大而凶猛的动物，其实恐龙中也有小巧温驯的小恐龙。恐龙统治了3个地质时代，总共1.65亿年。到了侏罗纪末期，非常庞大的蜥脚类成为了曾经在这个地球上存在过的最庞大生物。侏罗纪末期是它们统治地球的顶峰“黄金时期”，无论多样性、智力、体型上都远远凌驾于同时期的其他生物之上。这个地球历史上最传奇的物种究竟是如何出现，又是如何崛起的呢？

在恐龙出现以前，地球上已经出现蜥蜴类型的物种，它们的体型虽然比不上恐龙，不过与当时的其他动物相比，仍占有一定的优势。古生物学家相信它们就是后来出现的恐龙雏型。蜥蜴在三叠纪之前的几个地质时代——石炭纪已经出现。在那时出现了世界最早的爬行动物：西洛锡安蜥。到了恐龙出现之前的一个地质时代——二叠纪时，爬行动物的种类渐趋多样化，而且形状也开始接近最早的恐龙。二叠纪是一个比较干旱的时代，沙漠十分常见。在同一个时代，像基龙和异齿帆背龙一类群体生活的蜥蜴活跃在沙漠的绿洲。在二叠纪晚期，生物的演化出现了两个不同的趋势，而两个趋势都对地球的历史有深远的影响。其中一种趋势诞生了恐龙，另一种趋势诞生了哺乳类动物。

恐龙出现于2.5亿年前，并繁荣于6500万年前结束之中生代。在二叠纪时期，真正的恐龙要正式登场了。恐龙属脊椎动物爬虫类，中颈及尾皆长，后肢比前肢长且有尾。其中有些恐龙好食肉，有些恐龙好食草，体型巨大，可以说是陆生动物中的最大者。

恐龙在某一时期突然消失，成为地球生物进化史上的一个谜，这个迷至今仍无人能解。地球过去的生物，均被记录在化石之中。中生代的地层中，即曾发现许多恐龙的化石；其中可以见到大量的呈现为各式各样形状的骨骼。但是，在紧接着的新生代地层中，却完全看不到恐龙的化石，由此推知恐龙在中生代灭绝了。关于恐龙绝种的真正原因，自古以来即众说纷纭。恐龙与我们人类相比实在是太大了，它们为什么会长那么大呢？恐龙的种类如此繁多，样子千奇百怪，恐龙家族到底有多少成员？曾经浩浩荡荡、生气勃勃地生活在地球上的恐龙为什么突然从地球上消失了？这些谜团永远吸引着我们去探索、去求知。

科学家们经过不懈的努力，研究了到目前为止可能发现的所有线索，提出了各种理论解释恐龙绝灭现象。但是到目前为止，关于这个大绝灭的原因仍然还没有找到最终的答案。发现于重庆合川的马门溪龙

哺乳动物出现的时间

哺乳动物是高级的脊椎动物，其主要特征是胎生和哺乳，以及相当发达的脑神经细胞。胎生使子代可以在母体中停留更长的生长期，这对哺乳动物的子代从母体获取更多的生存信息是非常重要的。哺乳使子代可以从亲体（包括母亲、父亲以及群体其他成员）得到更长时间的学习期，这对哺乳动物的子代提高智力水平是极其重要的。哺乳动物的脑神经细胞，具有相当强大的信息处理功能，这标志着它们拥有发达的神经元智力系统。大约在1.8亿年前，地球上出现了最早的哺乳动物，犀牛、马和大象的祖先先后出现。在新第三纪中新世和上新世两个时期，哺乳动物开始现代化，最明显的表现是奇蹄类开始衰退，偶蹄类进一步繁荣起来。

哺乳类起源于古代爬行类。大约距今1.8亿年，在中生代三叠纪的末期，从一些比较进步的兽形爬行动物分化出最早的哺乳动物，其起源时间此鸟类还要早（最早的鸟类化石出现在侏罗纪）。早期的哺乳动物个体都很小，数量也少，和当时在地球上占统治地位的恐龙类相比是渺小的。但是这些原始的哺乳动物，在体形结构上具备比爬行动物高级的特点，当进入新生代的时候，大多数爬行动物灭绝了，而这些代表着新生力量的哺乳动物得到了空前的发展。在生物史上，新生代被称为“哺乳动物时代”。

哺乳动物虽然起源于爬行动物，但与现代爬行动物相比有着很大的区别。早期哺乳类（似爬行类的哺乳类）和朝着哺乳动物方向发展时的早期爬行类（兽形爬行类）之间不容易分清，这种“中间环节”可以反映出由爬行类进化到哺乳类的中间过渡。兽形爬行类（或称似哺乳类的爬行类）分为两支：一支称盘龙类，是一类原始类型，化石大多产在北美，出现于石炭纪末期，至二叠纪绝灭；另一类称兽孔类，是从盘龙类进化来的，代表进步的类型。它们的化石分布于各大陆。兽孔类后裔中的一支更具有进化上的意义，即兽齿类，它们朝着直接导致哺乳类的方向发展。

我国云南碌丰地区晚三叠纪地层中发现的闻名世界的卞氏兽，在构造特征上更加接近哺乳类，甚至最初曾一度被列入兽类，只是由于它的下颌骨不像哺乳类那样由单一的齿骨组成，还有退化的关节骨和上隅骨等残余成分，后来还是被公认应归入爬行动物，可以说是最接近哺乳类的爬行动物。目前比较一致地认为哺乳动物是多系起源的，从似哺乳类的爬行类中某些更早期的、少特化的种类中产生出哺乳动物来。

哺乳动物的进化包括三个适应辐射阶段：第一个阶段是中生代侏罗纪，这个时期的原始哺乳类分为多结节齿类和三结节齿类两大类；第二个阶段是中生代白垩纪，在这个时期有袋类和有胎盘类出现了，多结节齿类仍生存着；第三个阶段是新生代，在这个时期有袋类和有胎盘类得到了空前大发展，而多结节齿类则开始绝灭。1.25亿年前的哺乳动物Yanoconodon的复原图

元谋猿人出现的时间

元谋人化石，中国西南地区旧石器时代早期的人类化石，是中国的直立人化石。1965年5月，中国地质科学院在云南省元谋县上那蚌村附近发现了元谋人化石。这里地处元谋盆地边缘，盆地内出露一套厚达695m的河湖相沉积，从下到上分为4段28层。元谋人牙发现于第4段第22层中。此后，又在同一地点的同一层位中，发掘出少量石制品、大量的炭屑和哺乳动物化石。元谋人的地质时代属早更新世，据古地磁断代，年代为距今170万年。元谋人化石包括两枚上内侧门齿，一左一右，属于同一成年人个体。其形态特征与北京人的门齿相似，但也有一些差别。齿冠保存完整，齿根末梢残缺，表面有碎小裂纹，裂纹中填有褐色黏土。这两枚牙齿很粗壮，唇面比较平坦，舌面的模式非常复杂，具有明显的原始性质。

1973年冬发掘元谋人地点时，还发现3件人工打制的刮削器，原料是石英岩。先后出土的石制品共7件，人工痕迹清楚。原料为脉石英，器型不大，有石核和刮削器。它们和人牙虽不居于同一水平面上，但层位大致相同，距离又不远，应是元谋人制作和使用的。发现的炭屑多掺杂在黏土和粉砂质黏土中，少量在砾石凸镜体里。炭屑大致分为3层，每层间距30～50mm。炭屑常常和哺乳动物化石伴生。最大的炭屑直径可达15mm，小的为1mm左右。在4mm×3mm的平面上，1mm以上的炭屑达16粒之多。此外还发现两块黑色的骨头，经鉴定可能是被烧过的。研究者认为，这些是当时人类用火的痕迹。这一发现，和在距今约180万年前的西侯度文化中发现的烧骨，如确系人工用火证据，会把人类用火的历史大大提前。

与元谋人共生的哺乳动物化石，有泥河湾剑齿虎、桑氏缟鬣狗、云南马、爪蹄兽、中国犀、山西轴鹿等29种，绝种动物几乎占100%，其中上新世和早更新世的占38.8%，这表明元谋人的生存时代不会晚于早更新世。有人根据动物化石及植物孢粉分析，认为当时的自然环境呈森林草原景观，气候比现在凉爽。关于元谋人的“绝对”年代问题，据中国地质科学院地质力学研究所用古地磁方法测定，为距今170±10万年；中国科学院地质研究所根据古地磁分析和对比，认为是164万年。但也有人认为不应超过73万年，即可能为距今60～50万年或更晚一些。

人类祖先“科学亚当”诞辰距今的时间

世界上占总人口1/3的三大主要宗教——基督教、伊斯兰教和犹太教都认为，我们有一个共同的祖先——亚当。然而，要全世界60亿人口相信我们拥有同一位祖先，这恐怕是一件匪夷所思的事。

如今，美国国家地理学会的遗传学家斯班瑟·威尔斯利用DNA技术经过多方寻找，找到了一位可能的人类祖先——科学亚当。这位人类的祖先大约出生在6万年前的非洲。威尔斯推测，他的基因已经遍布地球上每个人体内，从北极的因纽特人，到亚马逊流域的印第安人；从沙漠的游牧民族，到华尔街的商人……

现在，人们可以通过DNA检测，证明某男子是不是一个孩子的生身父亲。但能否将今天的数十亿人归结到一个共同的祖先？

科学家相信答案是肯定的。Y染色体能说明地球上所有人类的来源。然而，要找到共同的祖先，关键是要找到“超级祖先”，即在众多人身上留下他们基因印记的人。他们就像一个个分支点，无数的枝杈，最终将归结到一个人身上。遗传学家可以沿这棵树逐步向下追查，直到找到最终的根部——科学亚当。

为了更清晰地描绘我们的家族树，威尔斯和国家地理学会以及IBM公司合作，共同开始实施一项名为“基因图”的计划。这是一项规模浩大的工程，需要花费几年时间。计划完成后，威尔斯将可以查清所有人的来源。为了搜集DNA样本，威尔斯和他的同事走遍了全球各地，从澳大利亚土著居民，一直寻访到南美的原始部落。

DNA分析表明，帕泰岛上的人来自世界各地。他们的祖先分别来自非洲、欧洲、阿拉伯、印度，以及富饶的中东。小小的帕泰岛上基因变化的丰富程度，甚至超过了很多国家。这些样本还说明一个关键的情况，他们全都指向一个新的超级祖先。

Y染色体变异表明，科学亚当出生于大约6万年前。这是人类历史上的一个特殊时期，一个危急时刻。科学家们认为，当时人类正处于灭亡的边缘，整个人口下降到只有大约几千人。但就是从危难当中，人类开始了惊人的发展。艺术开始出现，工具变得更加先进。

这种新的能力和创造性，使我们人类最终占领了地球。人类自身发生了重大的变化，引发这种变化的原因仍是一个谜，但它似乎就发生在亚当出现以后。

一个人如何能改变整个种族？威尔斯提出了一个极端而富有争议的观点。他认为，科学亚当或许是第一个像我们一样，具备思考能力的人，是第一个真正的现代人。科学家复原的科学亚当是一个非洲智人

那么科学亚当是如何成为我们所有人的共同祖先的？大约6万年前，科学亚当出生了。他聪明好学，很快就成为了部落首领。他的语言能力，使他卓尔不群。他可能发明了新的、更致命的武器，也可能设计了新的狩猎策略。在对家族、对部落的贡献上，他远胜于其他人，这使他非常受女士们的青睐。他的孩子比其他人都多。他的儿子们不仅继承了他的智慧，也继承了他的Y染色体。和成吉思汗及其子孙一样，亚当的Y染色体开始四处传播，科学亚当的智慧使他的子孙具备了离开非洲、分散到世界各地的能力。

当然，这项研究结论还有待更多的检验。

地球磁场两极翻转过程所需的时间

2003年，好莱坞推出了一部科幻大片《地核》，向人们描绘了地球磁场消失时的情景：带有心脏起搏器的人倒地而亡，鸽子乱飞，撞上行人和窗户，整个地球被太阳辐射强烈“烧烤”。很多观众被影片中大量惊险刺激场面所震撼，但对其中提到的“地球磁场消失”感到不解，因为长期以来人们一直习惯认为地球的南北两极是天然存在和永世不变的，数千年来航行在大海的水手们就是依靠地磁场来指引方向，而许多迁徙动物更是从远古时代便开始依赖先天的本能，在磁场的指引下外出活动和寻找家的方向。

地球磁场真的会消失吗？这是不是杞人忧天呢？

近年来科学家们发现，与19世纪相比，如今的地磁场强度已经减弱了近10%左右，这比在失去能量来源的情况下磁场自然消退的速度大约快了20倍！而且这种势头目前还在继续。根据德国波茨坦地球物理所科学家的研究，地球自诞生以来，其磁场强度一直在发生变化，近300年来，磁场强度一直在减弱，而且这种减弱趋势似乎还在加速，近50年来速度越来越快。如果这种情况继续下去的话，到公元4000年前后，地球磁场的总强度将降到零。这以后会怎样呢？它是不是要继续下降，也就是说，南北磁极是不是会倒转过来，磁北极位于南极圈，而磁南极位于北极圈呢？

科学家们根据在世界各地的矿物岩石中找到的大量证据，发现地球磁场在过去400万年内已经倒转过9次，而在过去1.5亿年和更久远的时期，地磁场曾在南北方向上反复发生过几百次翻转现象。从地质记录来看，地球磁场平均大约每25万年翻转一次，但是这种规律并不明显，如在白垩纪的3500万年间就没有发生过磁场翻转，上一次地球磁场翻转是在78万年前。每次地球磁场两极翻转过程所需的时间大约为7000年，但随纬度不同存在一定差异，在接近赤道的区域只需要2000年，而在接近南北极的区域需要1.1万年。

为什么地球磁场两极会发生翻转呢？科学家通过模拟一个与地球磁场非常相似的理论磁场来进行分析。模拟结果表明，地球不停地自转和公转，带动地球中心的外核围绕内核运动，从而产生了磁场。通常这个磁场的磁北极和磁南极与地球的北极和南极相对应。但受地球自转的角度及速度的影响，内地核比外地核及地幔的旋转速度更快，使外核中以铁、镍为主的液态物质产生对流，同时产生微弱电流，电流和机械转动的流体之间的相互作用便产生了一个磁场。由于外地核的流体运动实际上是与地球原有磁场相互交织并切割磁力线，从而产生了一个新的磁场，以替代耗散的部分原有磁场，使原有的磁场偏离极地越来越远，最后发生南北极互换的现象。计算机模拟演示的地球磁场翻转过程

碳14的半衰期

5000多年，是我们比较熟悉的一个数字范围，因为人类社会的历史也不过是“上下五千年”。碳14这种放射性元素的半衰期和人类的历史如此相近，正好成为考古学家非常有用的工具。

20世纪初，科学家们首次发现放射性同位素衰变现象，并利用此特性来测定地球各种矿物和岩石的年龄。1940年，美国芝加哥大学化学家利比通过实验分析后发现，埋在地下的古代生物随着时间的推移，其中遗体内有机化合物的氢和氧会变成水分而丢失，只有碳元素能够永存下去。自然界中碳有3种同位素，即稳定的碳12、碳13和放射性同位素碳14。

由于高能宇宙射线从太空不断轰击大气层，会使大气中部分氮原子变成放射性同位素碳14。大气中的碳14和其他碳原子一样，能跟氧原子结合成二氧化碳。当植物活着的时候，由于不断进行光合作用，包括碳14在内的二氧化碳不断地进入植物体内；植物被动物吃掉，碳14又进入动物体内。这些动植物体内的碳14也会衰变，但总有新的碳14来补充，因此不论这些活着的动植物属何种品种以及它们生长在何处，其细胞组织中每1g碳内所包含的碳14数目都是相同的，大约为750亿个，终身保持不变。

然而，一旦这些生物死亡并埋藏后，来自大气的碳14不再进入动植物体内。而原先它们体内的放射性碳14仍在继续不断地进行β衰变，最后转变为氮原子，因此生物死亡后体内碳14的含量就会一天天地减少。

此外，一些古代的物品，如织物、砖瓦、陶瓷器等表面或气孔会吸附微量碳粉，它们长期埋在地下，其中的碳14含量也会由于衰变而减少。

碳14的半衰期为5730年，即经过5730年以后，碳14的量只剩下一半；再过5730年，碳14又减少一半。科学家只需测量出古代生物遗体或古物内碳14经过衰变后的残余量，或者测定出碳14的放射强度（即碳14的衰变速度），即可相当准确地估计出其死亡年代，这种方法称为“放射性碳14年代测定法”。利比因此荣获1960年诺贝尔化学奖。

最早使用的碳14分析方法是液体闪烁计数法，但由于使用样品较多、测量时间较长，后来逐渐被气体正比计数法替代。气体正比计数法只需1g样品，测定时间需10余小时。20世纪70年代，科学家们又发明了高能加速质谱仪法，仅需0.2mg样品，十几分钟即可获得结果，精确度比先前提高数千倍。科学家利用碳14测年法鉴定出古人“奥茨”生活在5300多年前的石器时代

1g质量所具有的能量可供一盏千瓦电灯点燃的时长

看了这个标题，你一定惊诧不已，微不足道的1g物质，为什么会有如此大的能量，能让一盏1000W的电灯点亮近3000年？这得从爱因斯坦的相对论里寻找答案。

在爱因斯坦以前，人们对物理世界的看法与今天完全不同。那时，人们以为真空充满了“以太”，所以光才能在其中传播。宇宙本身是静止的，因此称为“绝对空间”；要确定地球、太阳、恒星在其中的运动，必须确定它们相对于“以太”的“绝对运动”。

1905年，爱因斯坦发表了狭义相对论，提出了两条基本原理作为讨论运动物体光学现象的基础。第一条叫做相对性原理，第二条叫光速不变原理。他摒弃了牛顿经典力学中的速度合成法所依赖的两个假设，即两个事件发生的时间间隔与测量时间所用的钟的运动状态没有关系，以及两点的空间距离与测量距离所用的尺的运动状态无关，首次把时间与空间联系起来，认为物理的现实世界是各个事件组成的，每个事件由时间坐标和空间坐标构成一个四维的连续空间。

以往人们一直认为质量和能量是截然不同的，它们是分别守恒的量。爱因斯坦发现，在相对论中质量与能量密不可分，他提出了一个2著名的质能转换公式：E=mc，其中c为光速，质量可以看作是物质20能量的量度。也就是说，1g质量可以转化为9×10erg能量，足够一盏1000瓦的电灯点燃2850年。

1915年，爱因斯坦发表了广义相对论，其中涉及加速运动和万有引力问题。他提出了一种全新的观点，即将引力看作是空间的一个属性，而不是物体间的作用力；由于物质的影响，空间变得弯曲，而物体可以沿着阻力最小的曲线移动。广义相对论能够解释牛顿力学所无法解释的一些运动现象，例如行星间变化着的引力所造成的摄动。天文学家将爱因斯坦的理论运用于水星和金星后发现，计算结果准确地符合行星轨道近日点的移动。

爱因斯坦的理论预言了两种新的现象，其一是强大的引力会导致恒星光谱向红端移动；第二是引力会使光线偏折。这两个预言后来都得到了证实。特别是1974年9月，美国麻省理工学院天文学家泰勒等人发现，一个以每秒200转左右的速度自转的中子星和它的伴星在引力作用下相互绕行，公转周期只有0.323天，它们因引力波的作用而逐渐损失能量，相互旋转一周所花的时间每10年就要减少4s，或者每年相互靠近约1cm，观测结果与广义相对论的预言完全符合。泰勒因此而获得1993年度诺贝尔物理学奖。青年爱因斯坦

哈雷彗星轨道周期

彗星是一种形状奇异的天体，像一把大扫帚，缓缓地掠过黑暗的夜空。

它的轨道与行星不同，是极扁的椭圆，有些甚至是抛物线或双曲线轨道。轨道为椭圆的彗星能定期回到太阳身边，称为周期彗星；轨道为抛物线或双曲线的彗星，终生只能接近太阳一次，而一旦离去，就会永不复返，称为非周期彗星。天文学家通过多次观测的资料，可以推算出彗星绕太阳公转的轨道。

哈雷彗星是人类最早发现的一颗周期彗星。早在公元前613年，中国古代史书中就曾记载这颗彗星的出没。1682年，英国天文学家哈雷在观测和计算这颗彗星的位置时，发现它与1607年和1531年出现的彗星有相似的轨道。他判断这三次出现的其实是同一颗彗星，并推算出它的轨道周期为76年，预言它将在1758年底再次出现。这颗彗星果然如时被观测到了。此后，人们称这颗彗星为“哈雷彗星”。

哈雷彗星的最近一次回归是在1986年3月，前苏联、美国、欧洲和日本先后发射了专门的飞船或利用卫星进行了有史以来规模最大的彗星探测活动。

前苏联先后发射了“维加”1号和2号彗星探测飞船，飞到距哈雷彗星8000多千米处，首次拍摄到哈雷彗星彗核的清晰照片，发现彗核是由冰雪和尘埃粒子构成的，形状如同带壳的花生；此外，还首次发现哈雷彗星彗核中有二氧化碳，并找到了简单的有机分子，测得彗核表面温度大约是50℃。

欧洲航天局“乔托号”飞船飞到与哈雷彗星相距500km的地方，拍摄到哈雷彗星彗核的近距离彩色照片，显示哈雷彗星有一个明亮的白色内核，长约15km，宽约8km，外形凹凸不平，犹如一个被扭曲的“烧焦的马铃薯”，表面覆盖着一层黑色不均匀的尘埃，反照率很3低，暗黑如煤。彗核的密度很低，大约0.1g/cm，说明它蓬松多孔。彗核周围被尘埃和离子层所环绕，有两条正在喷射气体和尘埃的喷气流。

日本“先驱号”探测飞船从距哈雷彗星700km的地方掠过，发现彗核周围发出很强的射电波，这种射电波是太阳风和彗发的离子碰撞所形成的冲击波。另一艘日本“彗星号”飞船从距哈雷彗星1.2亿km外拍摄到彗星的氢冕照片，观测到彗发周围直径达1000万km以上的氢冕，彗发中的氢原子因散射太阳光中的紫外线而发亮；同时，还探测到彗发的气体由于紫外线的照射而变化，并沿太阳风运动的磁力线流去，形成离子彗尾。

试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]

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