金星离火星有多远(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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金星离火星有多远试读：

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

地球到月球的距离

光每秒行进的距离

人类首次环球海洋考察的航程

全球性大断裂谷长度

地球的直径

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

宇宙半径

你能想象的最大距离有多大？是浩瀚无边、茫茫无际吗？或者，你想告诉大家说，宇宙有多大，我们能想象的距离就有多大？

宇宙有时候是指天地万物，如我们的古人所说：“上下四方曰宇；往古来今曰宙，以喻天地。”我们能够观测到的世界一直在变大，从地球扩展到太阳系，从太阳系扩展到银河系，再扩展到河外星系、星系团乃至总星系。

大致在公元2世纪，托勒密提出了一个完整的地心说：地球静止地位于宇宙的中央，月亮、太阳和诸行星以及最外层的星天都在以不同的速度绕着地球旋转，那时，人类所能想象得到的最大距离就是地球到太阳的距离。

1543年，哥白尼提出日心说，认为太阳位于宇宙的中心，而地球则是一颗沿圆形轨道绕太阳公转的普通行星。随后人们逐渐建立起了科学的太阳系概念。那时，人类所能想象得到的最大距离就是太阳系到银河的距离。

18世纪上半叶，许多科学家推测布满天际的恒星和银河构成了一个巨大的天体系统，并构造出太阳居中的银河系结构图。以此为起点，科学家逐渐建立起科学的银河系概念。我们现在知道银河系的直径约10万光年，太阳位于银河系的一个旋臂中，距银心约3万光年。

20世纪20年代，哈勃用造父视差法测量地球到仙女座大星云等的距离，确认了河外星系的存在，不仅发现了星系团、超星系团等更高层次的天体系统，而且使人类的视野扩展到了更深更远的宇宙深处。今天，我们已观测到的星系大约有10亿个。星系也聚集成上万个星系团，每个星系团约有百余个星系，直径达上千万光年。几个或者几十个星系团构成超星系团。那时，人类能够观测到的最大距离已是银河系到邻近星系的距离。

1929年，哈勃发现星系红移与它的距离成正比，建立了著名的哈勃定律。接下来，伽莫夫等人提出了热大爆炸的宇宙模型，又有科学家在热大爆炸宇宙模型的基础上提出了暴涨宇宙模型。这些模型试图揭示宇宙起源以及宇宙演变的秘密。现在，人类的想象力似乎越来越接近宇宙的边缘了。然而，这还只是“我们的宇宙”，按照最新理论，宇宙间应该有许多或许与我们的宇宙一样的并行宇宙，它们与我们的宇宙之间没有信息交流。

那么，就先说“我们的宇宙”吧，它到底是有限大还是无限大，这一直是科学家们争论不休的问题。如果要给出一个暂时的答案的话，宇宙半径为1025m是一个较好的选择。1025m，也就是大致109亿光年，这大概是我们目前所知道的最有意义的最大距离，是宇宙的半径。这个数字与我们目前所知道的最有意义的最小距离10-15m，即质子的康普顿波长之间，相差一个更大的数，为1040，这就是最大距离与最小距离之间的倍数。

在前沿科学领域，科学数据不是确定不变的，它们会随着新的科学发现而被修正。关于宇宙半径为109亿光年这个数据也只是在一定的时期之内的一个参考数据，新的发现或理论都可能使其扩大或缩小，这也就是科学研究、科学发现的魅力的一种体现。

宇宙大尺度结构“星系长城”的长度

地理学家在探索未知的疆域时，要通过详细的测量，绘制出具有各个方位和坐标的地图，使我们了解不同地点的位置关系。天文学也是这样。早在远古时代，人类就开始详细观察和记录天体的位置和运行特点，试图绘制能够反映天体之间的结构关系和地球所在位置的“天图”。欧洲文艺复兴后，经过数代科学家如哥白尼、伽利略、第谷、开普勒、牛顿等人更精确的观测和计算，终于为我们描绘出了第一幅科学的太阳系天体结构图。

如今，天文学家借助越来越大的天文望远镜和各种新的探测技术，能够观察到越来越多和离我们更加遥远的天体，绘制出范围越来越广的银河系天图、本星系群天图和超星系团天图等。但这些与浩瀚无垠的宇宙相比，只属于小尺度结构，就如同太平洋中某个无名小岛的地图一样，远不能反映整个海洋的真实模样。

近些年来，天文学家们已在着手绘制更大范围的宇宙大尺度结构图。这项研究名为“斯隆数字化寻天观测计划”，由来自世界各国的200多名天文学家共同参与，目的是对整个星空的1/4进行全面系统的观测，拍摄完整的数字化照片，编制详细的三维星空图。研究人员利用装备数字相机的天文望远镜，通过数百条光纤，一次可记录640个天体的光谱，最终将确定1亿多个天体的坐标位置和绝对亮度，以及它们与地球的精确距离。此次观测的范围比以往人类所观测过的星空范围扩大了100多倍，达到了人类到目前为止借助最先进的光学望远镜所能看到的全部宇宙的极限。

这项研究预计到2008年全部完成。根据初步观测结果，天文学家们已相当精确地绘制出了包括数十万个星系在内的、距离从1亿光年到20亿光年的宇宙大尺度结构天图。这幅天图一公布，几乎令所有人都大吃一惊。因为以前天文学家一直认为，由于宇宙大爆炸时向所有方向膨胀的力量和速度都是均匀的，因此尽管在局部地区会形成恒星或真空，但在宏观上各种天体在宇宙中的分布也应该大致是均匀的，各处的星系数量相差应该不太多，然而实际看到的结果却并非如此。

在这幅图中，我们所在的银河系只是其中一个微不足道的“颗粒”，无数个这样大小的“颗粒”相互串接起来，形成长长的类似海绵状的条带，周围没有星系的地方则好似巨大的气泡状空洞。这有点像小朋友们爱吃的棉花糖，似乎所有星系都粘附在拉长的“糖丝”上，而“糖丝”之间却是空空的，不过这些空洞的范围达几千万光年。尤其令人称奇的是，有几根“糖丝”特别粗壮，在宇宙空间中蜿蜒延伸，很像著名的中国万里长城，为此科学家给它们起了个别称，叫做“星系长城”。其中最长的一条绵延13.7亿光年。宇宙的大尺度结构，其中标尺长度约合16亿光年

“本星系群”空间区域范围

晴朗的夜晚，仰望天空，繁星闪烁，令人神驰。天文学家告诉我们，就像人们喜欢集中住在某个城市一样，一大群恒星也喜欢“扎堆”聚在某个“星城”里，这个“星城”就叫星系。人类所处的银河系便是由上亿颗恒星聚在一起组成的，而宇宙中有无数个这样的星系。

根据美国哈勃太空望远镜的最新观测结果，我们所能看到的宇宙中至少有500亿个星系，它们的形状外表千奇百怪，但大致可分为旋涡星系、椭圆星系和不规则星系3类。旋涡星系的特征是中间有一个厚厚的核球，称为星系核，被一个带有旋臂的旋涡状的圆盘包围着，银河系和仙女座星云都属于旋涡星系。椭圆星系是星系中数量最多的类型，大约占全部已知星系数量的60%，它们的外形有点像旋转的鸡蛋。

旋涡星系和椭圆星系都是宇宙中最早诞生的星系，不同的是，旋涡星系仍然具有旺盛的活力，其中的大部分恒星按固定的轨道运行，在星系的外围区域仍在不断生成新的恒星，例如银河系平均每年大约生出10余颗新的恒星。而椭圆星系则似乎丧失了活力，大部分恒星的温度都已变冷，并且似乎没有固定的运行轨道，就像是一大群嗡嗡乱飞的马蜂一样。不规则星系大约占全部已知星系数量的10%，它们都是较晚生成的星系，或许是由于附近其他星系的引力作用而使其失去了规则的外形；又或许是它们太年轻了，还未来得及形成规则的外形；在它们的内部正经历着活跃的恒星生成过程。

天文学家发现，像恒星会“扎堆”为星系一样，星系也不是无规则地散布在宇宙中，而是大部分都聚集成团，这颇有点像我们居住的一些本超星系团的三维结构，本星系群位于图中央。图中标尺长度约合3.26亿光年

城市会组成都市圈，例如中国著名的“长江三角洲都市圈”、“珠江三角洲都市圈”等。

在我们的银河系附近有40多个不同形状和大小的星系，包括仙女座星云及其伴星系、大小麦哲伦星云、人马座矮星系、玉夫座星系群、天炉座星系群等，它们由于相互间的引力拖曳而共同组成一个松散的星系团，天文学家称之为“本星系群”。当这些成群的星系在宇宙空间运动时，它们行动的方向和速度几乎一致，彼此间离得不太远，占据的空间区域的线度大约为400万光年。

宇宙中其他星系也大都组成星系团。其中最著名的要数后发座星系团，它的形状近似为椭球状，距离我们约3.5亿光年，大约包含有1.1万个星系，星系间的平均距离只有30万光年左右，占据的空间区域的线度约为800万光年。另外，在室女座还有一个巨大的星系团，距离我们约5000多万光年，占据的空间区域的线度也为数百万光年，大约有1千多个星系成员。

宇宙大爆炸产生时引力波的波长

中国先秦时代著名词人屈原在《天问》中曾这样问：“天何所沓？十二焉分？日月安属？列星安陈？”用现在的话简单地说，就是“天上的日月和星辰在各自的位置井然有序，是什么神奇的力量把它们组合安排在一起的呢？”

这个问题直到牛顿提出了万有引力定律才得到解决。牛顿认为，天体相互间存在引力作用，引力使天体沿着各自的轨道运转，而引力的来源则在于天体自身拥有的质量。

20世纪初，著名科学家爱因斯坦发表了广义相对论，提出所谓引力不过是时间与空间的一种属性，并由此预言了引力波的存在。因为物体加速运动时，时空的质量分布会发生剧烈改变，导致时空结构产生剧烈震荡，并以光速按波的形态传播到整个时空中。这有点像调皮的孩子向平静的湖水中投入一粒石子，从而形成阵阵涟漪，一直散布到整个湖面。

像黑洞这样的天体，由于它的强大引力使得连光都无法从中逃出，所以我们根本无法通过望远镜观测到它们。另外由于视距原因，我们也无法看到宇宙中以光速退行的最遥远和最古老的天体。而像宇宙大爆炸这类过去发生的事件，由于时光无法倒流，我们只能根据间接证据来推侧。如果我们能够探测到引力波，就找到了一种观察这些天体的最新方法，因为据预测，引力波可以无障碍地穿越时间和空间，在传播途径中不会像电磁波那样容易衰减，既不会被其他物质所遮蔽或吸收，也不会发生散射，能够把遥远处的信息和很久以前发生过的事情真实地再现出来。根据科学家们的推算，超新星爆发时产生的引力波波长大约为300～3万km；质量为几千个太阳的巨型黑洞在吞噬其他天体时发出的引力波，其波长可达数十万甚至上百万千米；而大约137亿年前宇宙大爆炸时产生的最早的引力波，其波长可达10光年，它携带着宇宙创生的信息，在茫茫太空中久久回荡，至今不绝。

1974年，美国天文学家泰勒等人通过射电望远镜发现，银河系中一个快速自转的中子星和它的伴星在引力作用下相互绕行，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逐年减少，彼此间则相互靠近。这是迄今得到的能够证明引力波的确存在的唯一间接证据，泰勒因此获得了1993年的诺贝尔物理学奖。

目前科学家们已在世界各地建成5个大型引力波观测台，包括位于美国路易斯安那州利文斯敦和华盛顿州汉福德的LIGO、德国的GEO600、日本的TAMA300，以及近年法国与意大利合作建成的VIRGO。2004年初，美国航空航天局还发射了“引力探测器-B”卫星，首次试图在太空探测地球附近因发生引力效应而导致的时空结构波动。法国与意大利合作建成的“室女座”引力波观测仪

比邻星到太阳系的距离

俗话说“远亲不如近邻”，这说明了与我们很近的邻居对我们生活的重要性。“比邻”的意思是很近的距离，可是在天文学上的“比邻”却是令人难以想象的遥远。

在广阔无垠的天空中，有许许多多的恒星，离我们太阳系最近的恒星是哪一颗呢？要想了解这一点，首先要确定恒星离我们究竟有多远。

大家在数学课上都学过等腰三角形，只要知道底边的长度及其对应夹角的度数，就能够很快求出腰线的长度。测量恒星的距离也是这样，天文学家称之为“视差法”。由于大多数恒星都离我们非常远，从地球上看几乎恒定不动，只有距我们较近的恒星才会出现人所能察觉得到的微小移动，我们就以大多数恒星作为不动的星空背景，选定一颗位置有微小移动的恒星，以地球围绕太阳公转轨道的直径作为底边的长度，每隔半年即在底边的两端分别观测它一次，测量出它在这段时间内相对星空背景的微小移动角度——天文学家称之为“周年视差”，再运用三角学原理，求出这颗恒星与我们的距离。

1837年，德国天文学家贝塞尔用这种方法，首次测量出一颗名为“天鹅座61”的恒星周年视差为0.31角秒，距离我们大约有100万亿km。由于用万亿km作单位来衡量恒星距离很不方便，天文学家就改以光在一年中走过的距离作为新的单位，1光年约为9.46万亿km。这样算来，天鹅座61距离我们约为11光年。

此后不久，英国天文学家亨德森测量出另一颗恒星半人马座α星的周年视差为0.75弧秒，也就是说，它距离我们只有4.3光年。后来天文每年5月，半人马座位于南部星空的正下方，半人马座α是夜晚星空中第三亮的星

学家用更大的望远镜观察，才发现原来半人马座α是三颗星聚在一起，在两颗明亮的双星旁边有一颗非常暗的红矮星，天文学家称其为半人马座α星C，当它运行到正对着太阳系的方向时离我们仅4.22光年左右，所以它才是离我们最近的恒星，我们称之为比邻星。通过望远镜要以分辨出半人马座α其实由三颗星组成，最小的一颗是比邻星，它是距离我们最近的一颗恒星

太阳系到比邻星的距离大约是太阳到冥王星距离的7000倍。若以百米跑道的长度比喻太阳系到比邻星的距离，则太阳系仅相当于一只蚂蚁大小的运动员。银河系的直径约为10万光年，最近的大麦哲伦云星系距地球约18万光年。同浩瀚的星际空间相比，我们的太阳系实在是太渺小了。即使搭乘目前速度最快的宇宙飞船飞往比邻星去旅行，来回路程也要花费20万年。宇宙之大，虽说是比邻却远在天涯！

如今，凭借最先进的天文望远镜和精密测量仪器，特别是采用光电测量技术，天文学家利用视差法已测定出数十万颗恒星与我们的距离，最小视差精度为0.002角秒。不过这已经是直接测量天体距离的极限了，视差法只适用于距离我们几百光年以内的恒星，更远的恒星的距离必须用其他方法间接测定。

太阳到地球的距离

太阳到地球究竟有多远？早晨和中午的太阳与地球的距离是一样的吗？这是在先秦寓言里，两个小孩求教于圣人孔子而孔子也无法回答的问题。

古希腊天文学家阿里斯塔克曾经试图用几何方法测定太阳到地球的距离。这种方法理论上是正确的，但需要测出角度的极小差值，不用现代的仪器是无法得到精确数据的。阿里斯塔克计算的结果是地球到太阳的距离为地球到月球距离的20倍。

1650年，比利时天文学家温德林用改进过的仪器重复阿里斯塔克的观测，断定地球到太阳的距离并不是到月球距离的20倍，而是240倍，即9600万km。这一结果仍然太小，但比过去有了很大进展。阿里斯塔克根据发生日食、月食时月球和地球阴影比例的大小，推测太阳比地球大得多，月球比地球小

1673年，法国天文学家卡西尼与里奇合作，首次利用火星大冲的机会，也就是在巴黎和赤道附近的法属圭亚那分别测量出两地间火星的视差，由此计算出地球到太阳的距离是13800万km，比真实的距离仅小7%。

20世纪60年代以后，科学家通过用雷达脉冲波束精确测定金星至地球的距离，然后推算出地球与太阳最近的距离约为1.471亿km，最远距离约为1.521亿km，日地平均距离为149597870km。这段距离相当于地球直径的11700倍，乘坐时速1000km的飞机要花17年才能到达太阳，发射11.23km/s的宇宙飞船也要经过150多天才能到达，太阳发出的光经过这段路程需要8分多钟。

1976年，国际天文学联合会将太阳到地球的平均距离定义为1天文单位，近似1.5亿km。太阳系里其他行星的距离也都用天文单位来表示。例如火星到太阳的平均距离为2.27亿km，相当于1.52天文单位；土星到太阳的平均距离为14.27亿km，相当于9.54天文单位；冥王星到太阳的平均距离为59.17亿km，相当于39.55天文单位。

现在，我们知道，早上、中午的太阳与地球的距离基本没有什么不同，而是视觉的误差和错觉造成的。利用一天之中气温的高低，并不能作为判定太阳与地球距离的依据，影响气温的因素复杂得很。

未来建在太空中的引力波观测台的探测臂长

爱因斯坦曾预言，宇宙中存在引力波。

从20世纪60年代起，科学家们便一直尝试发展各种引力波探测技术，努力研制更加灵敏的探测仪器。数年前，美国、德国、日本以及法国与意大利等国的科学家们在世界各地先后建造了5座大型引力波观测台。这些仪器都采用迈克尔逊激光干涉原理，探测臂由两个成90度垂直交叉的长长的真空管臂组成，臂长从4km到300m不等，探测精度可达到10-19m，相当于观测到一个氢原子大小的亿分之一。但由于地球表面充满各种如地震、刮风、汽车和火车驶过时发出的振动等干扰，这些观测仪迄今也未得到任何有关引力波存在的证据。

究竟是爱因斯坦错了，宇宙中根本就没有引力波这种东西，还是由于它实在过于微弱，以现有的技术手段难以探测到？目前科学界对此争论很大。因为引力波不同于我们所知道的物质世界中的其他任何一种波，它来无踪去无影，即使距离我们较近的银河系中发生的超新星爆发、黑洞合并、中子星碰撞等最剧烈的天文事件，其能量足以冲击附近的恒星，但宇宙实在太辽阔了，当引力波传播到地球上时，已微弱得只能震动一个电子！其探测难度可想而知。

为了避开地球表面的振动干扰，科学家们提出了将引力波观测台建在太空中的设想。这样做还有一个好处，那就是由于一些引力波的频率很低，波长达数十万甚至上百万千米，在地球上根本不可能建造这么大的测量仪器。

目前，欧洲航天局与美国航空航天局的科学家正在联合设计制造一个不久后将安置在太空中的引力波观测台，其全称为“激光干涉太空天线”，简称LISA，计划在2011年发射升空。这座引力波观测台包括3个携带有激光干涉测量仪的太空飞行器，每个飞行器里面都有一个光学望远镜和一个激光发射与光电接收装置，以及一个被称为“检验物质”的立方金属块。在太空的失重环境中，小金属块各自悬浮在飞行器中的真空室内，体积不受温度变化的影响，只有在受到引力波作用时才发生微小的伸缩变化。这种变化可以通过激光干涉方法加以精确测量。

这3个太空飞行器升空后彼此间相距500万km，相当于地月之间距离的10倍以上。飞行器上装有最新型的微小推力火箭，用于修正由于太阳风和太阳辐射压力造成的微小轨道变化，使定位精度保持在一亿分之一米以内。干涉测量仪相互发射的激光构成一个等边三角形，成为探测臂长达500万km的太空引力波探测台，预计有望能够探测到来自银河系的极微弱的引力波。未来建在太空中的引力波观测台LISA示意图离地球最近的一颗近地小行星与地球的距离

小行星是最近200多年才发现的一种距离我们地球很近的小型天体。经过历代科学家的不断观测研究，特别是近十几年来通过各种先进的天文光学和射电望远镜对小行星的物理、化学等性质进行大量详细的分析，人们已了解到，大多数小行星都是一些形状很不规则的松散石块，成分包括镍、铁及硅酸铁和硅酸镁，以及碳、氢、氮、水和其他一些化学挥发物质。在地球上可观测到的小行星直径大多在100～200km之间。此外还有很多我们看不到的直径更小的小行星，估计可能有上百万颗。

大多数小行星的轨道都是近似圆形的，只有少数例外。一些小行星受到邻近的巨大的木星的引力作用，脱离原先的轨道，有些甚至跑到了地球轨道附近，被称为近地小行星。目前科学家们已发现了1600多颗近地小行星，其中一颗与地球的最近距离仅750万km。在地球的早期历史上，曾经有无数小行星猛烈撞击过地球，甚至有的科学家认为早期干涸的地球上水和生命的种子就是这些小行星带来的。

对于小行星的起源，目前存在着很多猜测和争议。早期人们认为，在火星和木星之间原来曾有一颗大行星，后来不知道什么原因破碎了，留下许多小的残余碎片。但这种解释被后来的天文学家否定了，因为通过光谱分析发现，小行星彼此间的成分差异很大，可以认为它们从未组成过单一行星。

根据最新的观点，小行星与大行星都是在大约50亿年前从太阳原始星云中形成的。星云中旋转的尘埃颗粒和气体原子聚合为大量团块，又称“星子”。其中位于太阳系其他区域的星子通过吸积周围的物质，最后演化成为大行星。而位于火星与木星之间区域的星子，由于受到附近的巨大的木星的引力扰动，打乱了原本正在进行的行星演化过程。由于没有经过引力吸积所引起的高温熔融作用，这些小天体保持了与数十亿年前太阳原始星云中相近似的物质成分和形态，成为研究太阳系早期形成和演化的珍贵“化石”。位于火星和木星之间的小行星带光分是光1分钟走过的距离1光分≈1.80×107km1天文单位≈1.50×108km

从1991年至今，先后有多艘探测飞船分别考察了951号加斯帕、243号艾达、253号马蒂德、433号爱神星等多颗小行星，拍摄了近距离高分辨率的小行星照片，测定了其质量和密度，研究了小行星的岩石类型和地质概况，绘制了详细的三维星面图，分析了其表面物质的主要元素和矿物组分，极大地丰富了科学家们对关于小行星的特性和起源等方面的问题的认识。2007年9月，美国又发射了“黎明号”飞船，它将首次探访灶神星、谷神星及位于火星和术星之间的小行星带。地球到月球的距离

明月当空，常常引发人们无限的遐想。李白望月思故乡，苏轼把酒问青天。天文学家则想要知道“嫦娥”从地球飞向月球究竟要走多远的路。

古希腊人认为，月亮和太阳与水星、金星、火星、木星和土星一样，都是“行星”，它们分别镶嵌在自己的那层“天穹”上，围绕着地球旋转。离我们最近的是月亮，因为它运动得最快，每28天半便在天上转一个圈。

公元前250年，一位名叫阿里斯塔克的古希腊天文学家猜测，月食是因为地球走到太阳与月球之间而引起的。他认为，弯月的形状显示了地球映在月面上的阴影，据此可以计算出地球与月球的相对大小，只要知道地球直径的大小，就可以用几何方法求出地球到月球的距离。100年后，另一位古希腊天文学家喜帕恰斯根据当时已知的地球直径，计算出月球到地球的距离约合38万km，月球直径大约是地球直径的1/4，约合3000km。

公元2世纪，古希腊天文学家托勒密首次采用视差法测量了地球到月球的距离。所谓视差就是观测者在两个不同位置看到同一物体的角度之差，以远处的恒星作为测量的背景。托勒密用视差法测得的月球到地球的距离与喜帕恰斯的推算值几乎相同。

17世纪，英国天文学家霍罗克斯根据开普勒行星运动定律和实际观测数据，首次证明月球在椭圆轨道上绕地球运行。此后，法国天文学家拉卡伊测得月球与地球之间更准确的平均距离约为38.44万km，其中近地点距离为36.33万km，远地点距离为40.55万km。1992年“伽利略号”飞船拍摄的地月合影

20世纪60年代雷达和激光技术诞生后，科学家又分别用雷达和激光测定月球距离。美国“阿波罗”登月航天员在月球上安放了激光反射装置，使测距精度达到误差不超过8cm的程度。根据最新的激光仪器测距结果，科学家们发现月球正在逐渐远离地球，平均每年约远离3.8cm。最新公布的月球到地球之间的平均距离为38.4401万km。

对于人类的太空探索而言，38.4万km是一个较短的距离，古时候只有想象中的长袖善舞的嫦娥才能飞越的时空，如今已被科学家用科学技术成功地穿越了。光每秒行进的距离

在光速面前，“光阴似箭”这样的比喻显得非常不贴切，因为光的速度实在太快了，它是目前我们的科学理论所能确定的物体运动的最快速度。

人类很久以前就开始对光感兴趣。古代学者根据观察已经知道：光能够沿着直线路径行进；光从镜面反射的角度等于它射向镜面的角度；光束从空气中进入玻璃、水或者其他透明物质时会发生折射；……

我们都知道伽利略是欧洲文艺复兴时期最著名的科学家之一，据传是他最早在比萨斜塔上进行了自由落体实验，此外他还发明了望远镜。但很多人可能不知道，伽利略还是头一个试图测定光速的人。他让两个人各执一盏灯分别站在两座山头上，一人将灯打开，另一人看到后也立刻打开灯，通过测量两座山头的距离和两人先后开灯的时间差来计算光速。显然，用这种方法根本不行，因为光跑得太快了，人的反应速度不足以反映实际的时间差。

半个世纪之后，丹麦天文学家罗默根据木星卫星的星蚀时间，首次计算出光的传播速度大约是22.5万km/s，但同时代的人都不相信，因为这个值太大了。

1849年，法国科学家斐索利用高速旋转的齿轮，让光束通过齿轮的间隙射向8km外的镜子，再反射回来，通过测量齿轮的转速，计算出光速约为30万km/s。同时代的法国物理学家傅科也进行了类似的实验，他还测定了光在各种液体中的速度，发现远远低于在空气中的速度。

美国科学家迈克尔逊从1879年开始，对斐索与傅科的光速测量方法不断进行改进。1882年迈克尔逊和化学家莫雷开始合作进行测光速实验。他们使用长达1.6km的抽去了空气的钢管，测出光在真空中的速度为299796km/s，并且还证实了各种不同波长的光在真空中的速度都是一样的。1887年，迈克尔逊和莫雷通过光的测量实验，动摇了牛顿经典物理学的基础。1887年迈克耳逊与莫雷合作实验所用的光学干涉仪

从古希腊时起，就有人不断提出自然界存在一种被称为“以太”的介质，认为光在真空中是通过“以太”来传播的。17世纪包括牛顿在内的许多科学家都相信这个说法。牛顿提出，空间（包括“以太”）本身是静止的，因此称为“绝对空间”，地球、太阳、恒星以及宇宙万物都在其中作相对运动，只要确定物体相对于“以太”的运动，就能找到这个物体的“绝对运动”。美国科学家迈克耳逊

为了检验这一点，迈克尔逊和莫雷利用光的干涉现象进行了非常精确的测量，结果不管将仪器朝着地球运动的哪个方向，都始终没有发现地球有任何相对于“以太”的运动。如此一来，只有两种可能，要么是“以太”随着地球一起运动，但这会使“以太”变得毫无意义；要么是根本就没有“以太”这种东西。而无论哪种情况，都不存在牛顿所说的“绝对运动”或“绝对空间”。这项发现后来导致了相对论的诞生。迈克尔逊因此而获得了1907年的诺贝尔物理学奖。

进入20世纪后，科学家通过更精密的实验确定光速为299792.4km/s。人类首次环球海洋考察的航程

海洋提供给我们很多资源，也影响到我们生活的方方面面。但人类真正认识海洋、全面考察海洋、开始海洋科学研究的历史只有100多年。

尽管人类自古便在海边捕鱼劳作，在海上驾帆远航，然而对海洋的研究却一直未得到重视。早期科学研究的对象几乎全部在陆地，直到19世纪上半叶，科学家才把目光投向海洋。最早开始这项研究的是美国科学家莫里，他在1855年发表了《海洋的自然地理和气象学》一书，论述了有关北美洲墨西哥湾的洋流、海水温度、潮汐以及海底地形等问题。

19世纪中期，由于要铺设第一条横越大西洋的海底电缆，人们首次测量了大西洋海底深度，并最终绘制出第一幅大西洋海底图。1872年，英国派出第一艘由木制军舰改装的海洋调查船“挑战者号”，进行了人类首次环球海洋考察。这次考察历时3年半，航程12.8万km，科考内容包括海流、气象、地理、水文、海洋生物、海洋地质等，收集到大量海洋生物标本、海水和海底沉积物样品。回国后，科学家根据这次考察结果，编制成第一幅世界大洋沉积分布图。“挑战者号”首次全面测量了各大洋的海水深度，绘制了等深线图，发现世界各大洋的海底形态虽然各不相同，但基本上都是由大陆架、大陆坡、海沟、大洋盆地和海底山脉几部分组成；大陆架以缓和的坡度延伸至大约200m深的海底，大陆坡则是向大洋底部过渡的斜坡，大陆与海洋的分界线并不是我们所习惯认为的海岸线，而是大陆坡的底部；各大洋的深度一般在2500～6000m之间，其中分布着一些连绵的海底山脉，有些山脉的峰顶露出海面，就成为大大小小的岛屿；海洋最深处是位于太平洋西部的马里亚纳海沟，深度达1万多米，其次还有深8000余米秘鲁—智利海沟等。

此后，科学家们对海洋作了更全面的测绘和研究，发现每个大洋都有自己独特的海流和潮汐系统。由于科里奥利效应，海流在北半球的大洋中是沿顺时针方向绕一个大圈运行的，而在南半球的大洋中则是逆时针方向。直接沿着赤道前进的一股海流不受科里奥利效应的影响，因此是沿着直线前进的。

此外，科学家还对海洋深处流动得更慢的环流进行了探索，发现在北极和南极地区，上层海水变冷后便会下沉到底层。这股下沉的海流会沿着整个洋底向其他区域扩散，所以即使在热带地区，底层海水也是很冷的，接近冰点。由于温差作用，热带地区的底层冰冷海水最终会被加热变暖而升至海面，然后又会流向北极和南极，并在那里再次下沉。科学家用示踪物质来追踪各大洋的环流情况，并在不同地点对深处的海水取样分析，绘制出全球的环流图。由于大洋环流能够输送大量的热能，对全球气候变化有很大影响。1872—1876年，英国海洋调查船“挑战者号”进行人类首次环球海洋考察全球性大断裂谷长度

海洋与人类的生活和命运息息相关，但人们对海洋始终充满敬畏感，把海洋看做是深不可测的地方。古代中国人相信，沧海与桑田是可以互相变换的，大海就是被海水淹没了的陆地。神话传说中提到，那里是龙王爷统治的地方。

直到100多年前，科学家们才首次对海洋的形貌进行全面系统的研究。最初，人们采用长长的带有铅坠的绳缆来测量各大洋的海底深度，但这种方法很不方便。

1917年，法国物理学家朗之万发明了利用超声波反射探测海底深度的方法。1922年，为了潜艇作战的需要，德国海洋调查船“流星号”首次采用这种回声测量装置，对大西洋的海底地形进行全面勘测，发现深海底部原来也像陆地一样是崎岖不平的，特别是在大西洋的正中，有一条纵贯南北的海底中央山脉，长约2.8万km，平均高度为3000m，如同大西洋的一条“脊梁”。因此，给它起名为“大西洋中脊”。

第二次世界大战结束后，由于海底油田勘探的需要，许多国家联合进行了全球海洋地质调查，绘制出了更详细的海底地形图，结果发现并非只有在大西洋才有海底中脊山脉，其他各大洋也都有。在印度洋，海底中脊山脉犹如“人”字形位于大洋中部。而在太平洋，海底中脊山脉则为曲曲弯弯的环状，一部分甚至延伸到北美大陆的边缘。全球大断裂谷

这些海底中脊山脉的形貌与陆地山脉相比还是有所不同，其特点是顺着山脉的走向，中间都有一道裂隙，形成一条宽度为1000～2000m的中央裂谷。尤其令人惊奇的是，各大洋的海底中脊山脉实际上彼此互相连接，构成了一条总长6.4万km的海底“全球大断裂谷”，沿着这条大断裂谷的是海底地震和火山活动带。

1974年，美法两国科学家联合开展“海洋中脊潜水”计划，搭乘“阿尔文号”、“阿基米德号”与“塞纳号”深海潜水器，对大西洋亚速尔群岛附近2800m深的海底大断裂谷进行探查，这里是大西洋海底地壳裂开的地方。科学家们看到，幽暗深邃、沟壑纵横的大断裂谷中到处都是一段段彼此错开的裂隙，正在不停地向外喷吐热水，地球内部炽热的岩浆通过裂隙慢慢涌上来，使劲把地壳朝东西两边推开，导致海底不断扩张，使得大西洋两岸慢慢地相互分离。地球的直径

古希腊人在很早的时候就知道地球是圆的。因为他们是善于驾船航海的民族，在海上总是先看到远方船的桅杆，然后才是船身；而且不论船朝什么方向行驶，前方的地平线总会不断冒出新的星星，而原先看到的星星则会逐渐消失在后面的地平线下，这表明大地表面一定是球壳状的。亚里士多德还以月食时映在月面的地影是圆形的，推断出地球是圆球形的。

那么这个球究竟有多大呢？

公元前3世纪，古希腊的埃拉托色尼根据夏至那天中午时分太阳光在亚历山大和塞伊尼城两地投影的夹角差约为7.2度，测得塞伊尼城到亚历山大城的距离约合今天的800km；再运用简单的几何学知识，推算出地球的周长约为40000km，直径约为12800km。

后来，另一位古希腊天文学家波西多留斯也进行了类似的测算，他所得到的地球周长是28800km。这一数值被当时的人们所广泛接受，并一直沿用到16世纪欧洲航海时代。著名航海家哥伦布据此相信，从西班牙起航，只要乘船向西航行4800km，就可到达印度，因此才有了后来的美洲新大陆探险发现之旅。直到1521—1523年，麦哲伦的船队环绕地球一周，船员们根据测程仪和罗盘推算航程，才发现波西多留斯算错了。埃拉托色尼利用地球的曲率测量地球的大小

17世纪末，英国科学家牛顿研究了天体的自转对其形状的影响，推测地球可能并非一个完美的圆球形，而应是一个赤道略为隆起、两极略为扁平的椭球体。后来，法国科学家里歇根据位于赤道附近的摆钟比在法国时慢的现象，证明地球的形状确实如此。

1733年，出于地理和天文学研究的需要，法国巴黎天文台派出两支考察队，配备当时最新式的测量仪器，分别前往南半球的秘鲁和北半球的芬兰进行精确的大地测量，测得地球南北两极间的直径为12707216m。

进入20世纪后，科学家利用航空测量技术以及后来出现的微波测距、激光测距和卫星测量技术，测得地球南北两极间更准确的直径是12713510m。地球的实际形状有点类似于鸭梨形，北极地区略微凸起，南极地区则略有凹陷。

了解地球的实际形状，对航空、航海、勘探、通讯、航天等都有很重要的意义。美国X-43A实验飞机的最高飞行时程

在过去很长一段时间内，人类都很羡慕天空中的鸟儿，因为它们能快速地自由飞翔。鸽子的飞行速度可以达到140km/h，一种针尾雨燕飞行的速度能够达到170km/h左右，而人类的赛跑冠军奔跑的速度不会超过50km/h。不过在今天的飞机面前，鸟类的速度已大大落后了。

美国莱特兄弟发明的第一架飞机，很快在全世界引起轰动。许多欧洲国家预见到飞机未来的价值，积极组织开展大规模的研制工作。1906年10月，国际航空联合会在法国成立，促进了航空业的迅速发展。1909年8月，法国飞行员布莱里奥特驾驶他自己设计的飞机，首次飞越了英吉利海峡。1910年，德国人尤卡斯制造出第一架金属结构的飞机。1912年，美国人托弗斯创造了海上连续飞行6小时的世界纪录。1914年，美国人柯蒂斯制造出第一架可以在船上起落的飞机。同一年，德国人哈斯研制出第一架现代滑翔机。1916年，美国人波音制造出第一架可以在水上起落的飞机。

第一次世界大战爆发后，飞机开始频繁出现在战场上，除进行侦察飞行外，各种攻击性武器被搬上飞机，飞行员开始用枪炮互相射击，还使用炸弹空袭敌军阵地。

一战结束后，民用航空业获得飞速发展，新型飞机纷纷出现。飞机的速度增至700km/h，飞行高度提高到8km，持续飞行距离增大到数千千米，飞机的载重量也大大增加。

第二次世界大战期间，涌现出一大批经典战机，如德国梅塞施密特Bf-109、英国“喷火”式、美国P-51“野马”式和B-17“空中堡垒”、苏联雅克-3和拉-5、日本零式机等。1939年，德国首先研制成功以涡轮喷气发动机为动力的喷气式飞机。

二战结束后，实用的喷气式飞机逐渐取代螺旋桨式飞机的地位。1947年10月，美国X-1型实验机首次突破了声障。1949年，英国研制出第一架喷气式大型客机“彗星1号”，飞行速度超过800km/h，高度达1万m。到20世纪60年代，飞机突破了热障，速度达到音速的3倍。1976年，英法两国合作研制的“协和”式飞机投入使用，它是世界上第一架能以两倍音速飞行的喷气客机。

迄今为止，飞行速度最快的飞机要属美国航空航天局研制的X-43A无人实验机，它的最高飞行速度达到11000km/h，大约相当于音速的10倍，而最快的有人驾驶飞机是美国的SR-71喷气式高空侦察机，绰号为“黑鸟”，最高飞行速度达到3529km/h，大约相当于音速的3.2倍。世界上速度最快的飞机——美国X-43A无人实验机首次进行联网的两台计算机间的距离

互联网是人类最伟大的发明之一，是信息时代的重要标志。可是，如今已近无所不在、无所不能的互联网当初是如何出现的呢？

20世纪60年代，正是美苏冷战的关键时期。此时计算机技术已经有了长足的进步，美国各研究机构和大学大都有了自己的计算机系统，但型号、规格、操作系统、数据格式、终端类型、运算速度和程序语言等都各不相同，相互之间无法交流，这在一定程度上造成了电脑资源的浪费。

1965年，美国国防部高级研究计划局的科学家开始考虑将不同的计算机之间联网。他们先进行了一次小规模的实验，通过调制解调器和电话线，将彼此相距4000km、分别位于美国东西两地的麻省理工学院与加州SDC系统发展公司的两种不同规格的计算机直接联到一起。尽管传输速度很慢，需要等待很长一段时间才能收到很小的一段信息，但实验结果证明这种长距离传输数据的联网方式是可行的。

为了将更多的计算机联在一起，科学家们需要解决不同机器硬件和软件互不兼容等问题。有人提议研制一种专用的小型电脑，让它充当大型主机与网络的中介，专门负责数据格式转换与信息传输，并将它起名为“接口信号处理机”，这就是后来发展为我们今天所熟悉的网络路由器。

1967年10月29日，美国斯坦福研究院、加州大学洛杉矶分校和圣巴巴拉分校，以及犹他州大学盐湖城分校首次将各自的大型计算机成功地联成了网。科学家为这个网络取了个名字，叫做“阿帕网”（即“国防部高级研究计划局计算机网络”的英文缩写）。这就是互联网的雏形。

到了20世纪70年代，“阿帕网”开始向全社会开放。出于资源共享的目的，许多大学和企业纷纷加入进来。为了将更多不同型号、不同操作系统、不同数据格式和不同终端的计算机联在一起，科学家们制定出“TCP/IP网络通信协议”，实际上这是为计算机生产厂家和软件开发商规定的统一设备标准。80年代以后，“阿帕网”与美国国家科学基金会资助建立的超级计算高速网络合并，改名为“因特网”（Internet），并与美国所有的研究机构和大学都实现了计算机互联。进入90年代，互联网开始在全球普及。

如今，互联网已进入千家万户，深入到人们生活的各个方面。比如可以通过互联网收看新闻和体育赛事，在家办公、购物和聊天，与世界顶尖的棋坛高手在网上对弈，与远在地球另一边的商业伙伴举行视频会议，让边远山区的孩子接受远程教育，等等。计算机网络示意图青藏铁路全长

号称驶上“世界屋脊”的青藏铁路2006年7月1日全线开通试运营，标志着世界上海拔最高、线路最长、气候条件最恶劣的高原铁路建成。青藏铁路从西宁至拉萨全长1956km。在这一世界高原最具挑战性的工程项目上，中国铁路建设者破解并攻克了多年冻土、高寒缺氧和生态脆弱“三大难题”。

青藏铁路新建的从格尔木至拉萨的1142km路段中，约有500多千米要建在多年冻土层上，而在冻土层上修路，是世界上尚未完全解决的技术难题。因为冻土层含冰量大，冬天会发生冻胀，夏天又会发生融沉，易使路基变形，再加上全球性气温升高，原本已经十分复杂的问题就变得更为复杂了。为了攻克这一难题，中国的铁路科技工作者进行了长达40多年的科技攻关。几十年来，科学家们陆续开展了高原气象、多年冻土温场、冻土热学、冻土力学等基础研究以及冻土地区施工、桥梁建设、隧道等工程的实验研究。科学研究使我们大体摸清了冻土的脾气，找出了稳定冻土层的各种技术。例如以桥代路，在最敏感的冻土地带，可用修侨的办法跨过冻土带，大桥的桥墩建得很深，接触面又小，受冻土的影响不大；又例如采用热棒技术，也叫无源制冷虹吸管技术，它要求在路基上每隔3m左右插上一个里面装有介质的圆棒，其原理有点像冰箱和空调机中的制冷剂，夏天可以吸收外部的热量冷却冻土，冬天则可以吸收外部的冷温加固冻土层。

青藏高原有地球上其他地方看不到的高耸入云连绵不绝的高山、广袤无际的草甸、平展荒凉的大漠戈壁，青藏高原的环境是脆弱的、易毁的。如何保护好青藏高原的生念环境对建筑科技工作者是一个新挑战。为了保护我国特有的高寒草甸动物藏羚羊，照顾它们定期迁徙的特殊习性，沿线设计了多处野生动物的通道，有的筑成高桥，让它们在桥梁下通过；有的建成缓坡，便于它们迁徙通行。为了保护高原上的珍贵植被，被占用的有植被的地方都要先连腐殖土一起移到其他地方保存，等路基修好再移回已完成的路基边坡或已施工完毕的场地表面。在青藏铁路的错那湖段，施工单位先后种植了9万m2的草。景观也是一种资源，为了保护沿线的景观，许多施工单位都到目所不及的山的背面去取土挖石，使工程量大大增加。

在环境恶劣的条件下筑路也是高原铁路建筑的巨大难题。海拔每升高100m温度就下降0.6℃，海拔每升高1000m，氧气就减少10%。严密而科学的卫生安全保障系统保证了建设者们的健康。在青藏铁路的施工中，医务人员达到总人员的1.5%以上，是我国重大工程中医务人员比例最高的。针对高原水质含盐高、浑浊度大、不宜直接饮用的情况，医学专家们专门研制了水的净化装置。这一装置一天能生产供约7000人饮用的水量。为了解决缺氧问题，技术人员研制了大型制氧站，不仅保证了氧气供应，而且可以直接向施工隧道中进行弥漫性供氧，相当于使工作作业面的海拔降低了1200m。这些保障体系使青藏铁路的施工创造了世界高原作业的惊人奇迹——高原病的零死亡率。行驶在高原上的火车大气层的高度

天究竟有多高呢？这个问题自古就不断有人问起。

古代中国人相信，天有九重。巧合的是，古希腊人也认为，天就像是一顶篷盖，分为许多层，称为“天穹”，那些闪闪发光的天体就镶嵌在“天穹”上，很多人曾试图测出天与地之间的距离。

后来人们逐渐明白，地球只是太阳系中的一颗普通行星，而银河系中有亿万颗像太阳一样的恒星。所谓“天”只不过是宇宙空间的另一个叫法罢了。于是天究竟有多高的问题就变得没有实际意义。不过，从另一个角度来看，可以把地球由大气包裹的范围视为“天空”，把近乎为真空的星际空间视为“天外”或“太空”，那么“天空的高度”还是可测量的。

自从18世纪末人们发明热气球和氢气球后，它们很快就被用于高空探险。20世纪30年代，带有密封吊舱的气球将人带到了20km的高度。而到了60年代，载人气球最高升到35km，不载人的气球最高升到46km。

科学家发现，在距离地面11km的高度以下，气温由下而上逐渐下降，也就是说，随着高度的升高，气温逐渐降低，其中空气的流动主要是上升和下降的对流运动，故将其命名为对流层。11～32km之间，气流平稳，气温几乎恒定，命名为平流层。再往上，温度便开始逐渐升高。

此外人们还发现，在平流层中2万～3万m高的范围内，氧分子在太阳紫外线辐射的作用下，形成一种叫做臭氧的分子，因此科学家称其为臭氧层。它可以吸收阳光中的紫外线，像屏障一样保护地球生物不受伤害。

20世纪50年代，科学家利用携带有遥测仪器的探空火箭了解平流层以上高层大气的情况，发现在平流层以上，温度随高度增加而逐渐上升，在50km时达到最高值，即-10℃左右，然后又再次下降，在85km高度达到最低值，即-90℃。后来将这一区域称为中间层。

在中间层以上，稀薄空气的密度只有海平面大气密度的10万分之几，氧气大多分解为氧原子。当阳光照射这里时，紫外线被氧原子大量吸收，使得气温再次随高度增加而逐渐上升，最高可达到1000℃。所以科学家称这里为热层。

科学家还发现，由于热层以上的大气温度很高，气体分子大量电离，成为离子和自由电子，因此称其为电离层。电离层能够反射地面发射的电磁波，可以帮助人类实现远距离通讯。

到了500km以上，就是所谓的外大气层，这里的温度很高，可达数千摄氏度，大气密度只有海平面处的1亿亿分之一。而在地球两极800～1000km的高空，气体分子由于受到外层空间高速粒子的撞击而形成美丽的极光。

其实在100万m以上，仍然有极度稀薄的大气，主要是很轻地球大气层结构的氦和氢，它们会使地球低轨道人造卫星的运行受到摩擦阻力的影响。这些气体一直向上延伸，直到6.4万km左右，才稀薄到与外太空相近的程度。

习惯上，人们将距地面1000km的高度视为大气层的边界，也就是所谓“天空”的高度。日本磁悬浮列车的最高时程

我们国家幅员辽阔，人们出远门时总喜欢乘坐火车。伴随着车轮的隆隆声，看着窗外的风景，好不惬意。不过也有人感到不足，那就是火车走得太慢了。尽管经过了几次大提速，从哈尔滨到广州，乘火车还是至少需要一天多，而到乌鲁木齐则需要更长的时间。

人们总希望火车的行驶速度越来越快，然而火车是利用车轮在铁轨上滚动带动列车前进的。如果车轮的转动速度过快，就会与铁轨产生更猛烈的冲击和磨损，导致强烈的噪音和震动，让人很不舒服，甚至会危及安全。

有什么解决办法吗？科学家为此动了不少脑筋，也做了不少实验，结果发现最好的办法就是让火车像飞机一样离开地面，腾空前行，不再使用车轮和铁轨。但火车又没有翅膀，如何能做到这一点呢？

办法还是有的，其中之一是借用气垫船的原理，给火车底部装上很多功率很强的喷气发动机，再在火车底部围上一圈长长的橡胶“围裙”；喷气发动机向车底的路面喷射高压空气，整列火车被这层高压空气托起，再用装在上部的螺旋桨发动机带动车顶的螺旋桨旋转，像驱动飞机一样推动列车前进。

这种“气垫列车”曾于20世纪60年代在法国进行过试验。不过速度虽然快了，但车上装了那么多喷气发动机和螺旋桨发动机，噪音和震动比普通的火车更大，没有人敢“享受”这种旅行方式。

还有一种办法是利用磁铁同性相斥的原理，在火车底部和轨道上铺设极性相同的磁性材料，使整列火车在轨道上悬浮起来，称为“磁悬浮列车”。根据产生磁性的材料不同，一种叫常导磁悬浮，另一种叫超导磁悬浮。

德国是最早研制常导磁悬浮列车的国家。但德国地方小、人口少，在20世纪60年代建成世界上第一条磁悬浮铁路后，由于很少有人乘坐，导致成本高昂，最后不得不拆掉了。后来，这种技术被引进到中国，在上海建成了一条全长约30km的高速磁悬浮铁路运行示范线，最高时速为430km，只需要8分钟就能从市中心到达浦东国际机场。

日本则把研究重点放在超导磁悬浮技术上，已进行了多次列车运行试验，最高时速达到了581km，但由于成本太高及一系列技术问题不好解决，至今也没有开始实际运行。日本超导磁悬浮列车

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