作者：薛永祺,亓洪兴,海波,秦畅
出版社：华东师范大学出版社有限公司
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把你看得更清楚：红外探测技术试读：
写在前面
“海上畅谈”工作室的推出，是我作为广播人的一个梦想。信息传播技术日新月异，新技术带来的传播方式的改变，给传统媒体如报纸、期刊、广播、电视等以超出想象的冲击。在互联网技术崛起、移动终端设备改变大众阅读习惯的时代，数家报刊无奈宣布停刊，多数传统媒体寻求转型。传统媒体会死吗？这是许多新闻人的疑问。广播这样一种历史悠久的、“古老的”、传统的媒体形态，在互联网技术的冲击下，非但没有消失，反而在动荡中异军突起，展现出活泼的生命力，这虽出乎世人的预料，但也在情理之中。今天，广播节目的丰富多彩，与广播人多年来的不懈奋斗是分不开的，广播人在一次次的新技术冲击中，始终抓住信息内容，以新技术带动节目内容的创新，主动求新求变，在技术裂变中寻找到了更多的机会。薛永祺院士在节目现场新时代，面对“建设具有全球影响力的科技创新中心”的战略要求，媒体人该如何做？如何为营造“大众创业、万众创新”的社会氛围尽一份责？媒体能否在形式、内容的传播方法和手段上实现“自我创新”，让支持创新、宽容失败的理念“随风潜入夜”？广播媒体人试图回答这些问题。
基于此，我们独家策划了“创新之问·小学生对话中国院士”系列广播节目，试图为上海科创中心建设培育创新沃土。这档节目的初衷，是想请中国院士来和小学生一起畅谈当前有趣的科普话题。我们认为，小学阶段的孩子，有旺盛的好奇心和求知欲，他们的念头千奇百怪，他们的问题独特刁钻，那么让在学术领域已成大家的院士们和童言无忌的小学生进行科学启蒙式的对话，会不会出现无法预料的惊喜呢？薛永祺院士
有了这样的想法，我们尝试着请中国院士来为小学生进行科普，出乎意料地顺利，院士们纷纷表示支持，使这一节目得以顺利完成。就节目谈话内容来说，大院士们给小朋友谈的并不是特别尖端前沿的科学，而是更偏向于基础的工程学，偏向于如何用科学探索去引领技术突破，继而带动产业升级，最终服务全人类。不积跬步，无以至千里，科学探索的道路漫长而艰辛。院士们以自身的成长经历为例，为孩子讲自身“学”的故事，引导他们去养成一种“思”的习惯。
院士为孩子们讲的科学知识，不光是理论研究的内容，而且还结合我国现有的产业现状，让孩子们能切实感受到产业现状，了解专业学科的背景知识，启蒙他们的职业意识，让孩子们知道科技强国的梦想务必得立足实际。主持人秦畅与薛永祺院士
近90高龄的知名天文专家叶叔华院士代表科学界首次宣布了我国参与世界探索太空的巨型望远镜计划。“海上畅谈”率全国之先,成为最先披露此消息的节目。钱旭红院士讲述了自己小时候动手拆闹钟的故事，让孩子们对勤动手勤动脑有了更贴切的体会。邹世昌院士在现场严肃认真的模样，让孩子们感受到科学家老爷爷的气场。贺林院士讲述遗传基因的现场十分热闹，他和孩子们讨论双胞胎为啥那么像这个话题时乐翻全场。一场场妙趣横生、充满智慧的对话，打造了一场场听觉盛宴！院士们不拘泥于传统科普刻板的知识灌输，充分展现了个人魅力，拉近了对话者之间的距离。对话中，孩子们大胆向院士们抛出一系列童言无忌、天马行空的问题，院士们耐心接招，甚至坦言“不知道”，并以此激励孩子们自己去想、去探索。听者不仅惊讶于现在小学生的知识面之广，也为院士们呵护每一个孩子至为珍贵的探索精神而感动。
当然，不光是小学生，还有初中生，他们也对科普知识十分渴求。
这样生动的对话在节目结束后我们依然不能忘怀，我们希望有更多的孩子能听到院士们的话。于是有了我们这套“与中国院士对话”丛书。在各位参与院士的支持下，我们将节目谈话的知识内容加以系统化地扩展，以文字的形式配上插图，更清晰更形象地展示学科领域的基础知识。在知识内容编写的过程中，一群年轻的、奋斗在各科研领域一线的博士们加入到编写队伍中，他们梳理了谈话涉及的领域知识，补充了相关的专业内容，让这套丛书的科学性更立体、知识性更充实。本套丛书的插图选自“视觉中国”、“全景”等专业图库，力求图文并茂地为孩子们展现知识内容。
杨雄里院士在节目中说道：“科学就是跟新的东西打交道，要不断地创新。”我们把这套丛书献给孩子们，希望他们在成长的道路上能探索一个又一个的秘密，并以此为乐。“海上畅谈”节目2017年2月26日
每件事都想弄清楚
薛永祺院士在实验室里查看扫描仪成像系统镜筒一个小孩子，可能因为生长的家庭环境不同，就读的学校不同，会有不同的童年。有的孩子成绩好，有的成绩不一定好。但不管他的成绩如何，要走上科学研究的道路，他从小就要有股遇到事情、碰到问题，要把它弄清楚的劲儿。
海波：
同学们，你们好。我是海波。我们这套“与中国院士对话”的图书，是特意为你们准备的。我们邀请了在科研领域一直奋斗的大科学家来给你们讲讲他们的成长故事，给你们讲讲你们最想知道的科普知识。这些科学家的成长故事，既有趣又能激励你们早早立志，没准儿，你们中间的谁，以后也能成为大科学家。
秦畅：
我是秦畅，坐在我旁边的就是今天要和同学们对话的薛永祺院士。你们知道他是研究什么的吗？
学生：
不知道。
海波：
有一句话可能大家都很熟悉，这句话就是“百闻不如一见”。薛爷爷总说自己做的就是“一见”的工作，让我们来看看薛爷爷到底是研究什么的吧！薛永祺
从事红外探测、航空多光谱和成像光谱遥感技术研究40余年，在国家的遥感攻关和高技术计划（863）的信息获取与处理主题中，先后完成“航空多光谱扫描仪”、“红外细分光谱扫描仪”、“实用型模块化成像光谱仪”、“超光谱成像仪”、“三维成像仪”等研究项目, 开创红外扫描成像和激光扫描测距等技术集成的三维成像遥感新技术，实现了无地面控制点快速生成数字高程模型和地学编码图像。研发的各种机载光电遥感器, 在森林火情探测、环境监测、地质遥感、精细农业研究、考古等领域得到国内外的广泛应用，取得了显著的经济和社会效益。
乡村里的科学家
常熟水乡风光秦畅：
薛院士，看到现场的学生，您是不是一下子想到自己小时候呢？您能跟同学们讲讲您小时候的故事吗？
今天看到这么多小同学，我真的是很感慨。我小时候可不能跟你们比。我小时候是在农村长大的。
农村当然不能跟城里比了，高楼大厦那是没影子的事儿。我家里是普普通通的平房，晚上连电灯都没有，也没有收音机，当然更没有电视机了，我也不像现在的小朋友有那么多的玩具，那么多的娱乐活动。但我那个时候也有属于我们那个时代的开心时光。我家门口就是田地，一推门出去，就能看到绿色植物。没有玩具，我们就跟田地里的昆虫打交道，蚱蜢、金龟子、蜻蜓，这些我们都捉过。夏天，我们还下河摸鱼捉虾。和现在的小朋友比，日子是过得辛苦，但也没有那么多的作业。
学生：
您小时候这样捉鱼抓虾地玩，那您学习成绩怎么样啊？
薛永祺：
我小时候学习很一般。
秦畅：
在您看来，走上科学道路是不是有什么必由之路啊？
我觉得每个人出身的家庭不一样，家庭教育对孩子的影响非常大。我给大家讲讲我小时候的趣事吧。
我出生在南通的一个普通农村家庭里面，很小的时候就随父母搬到常熟居住。常熟是一个富裕的江南鱼米之乡，这个地方有很深厚的文化底蕴。我的父母虽然文化程度不高，但他们非常重视孩子的教育。尽管家里孩子比较多，我又是老大，但是父母宁可自己辛苦，也要咬着牙供我上学。我父亲包办了家里地里的重活，常常干到很晚，我母亲则要为全家人烧饭、做衣服，也是非常辛苦。这些事情我都看在眼里，记在心里。
我父亲并不是一味地埋头种地，他非常有智慧，也有一定的科学知识，还具有一种敢想敢做的冒险精神，这些对我的影响非常大。
这里我要先问问你们：清凉油你们用过吗？
学生：
用过。
薛永祺：
清凉油里面那个让你觉得凉丝丝的东西，是什么做的，你们知道吗？
学生：
不知道。
薛永祺：
清凉油里面的主要成分是薄荷油。清凉油田地里的薄荷（图片来源：视觉中国）
那时候，一般农民都是在田里种水稻、小麦这些粮食，有了粮食一家人才不会饿肚子嘛。当然除了种粮食以外，还可以种一种植物——薄荷，用它提炼薄荷油。国家在有的年份会到农村里来收购薄荷油。在一块土地种了薄荷，然后提炼出薄荷油，再把这个薄荷油卖给国家，得到的收益要比在这块土地种水稻高两到三倍。但是这里有一个风险，如果某一年这块土地都种了薄荷，而国家并不收购薄荷油，这就等于这一年既没有粮食收成，又没有收入。
所以，到底种不种薄荷，这就需要一点冒险精神，还需要一些科学技术，因为种了薄荷还要自己提炼出薄荷油。我父亲就是既有这样的技术，也有这样的冒险精神。
提炼薄荷油需要什么样的技术呢？
实际上就是需要一口很大的锅，我印象当中这口锅直径有2—3米，深度也有2米。锅上面有个盖子，盖子上面还要有管道。另外还需要一个大的木桶，木桶也有3米多的口径，2米多高，这个桶里要装有凉水。那个年代，农村里面没有自来水，这么大的桶要装水怎么办？所以，我们选择在河边操作这个事情。先到河边找块地方，然后用一个架子架起锅，在下面烧柴。把薄荷收过来以后把它的叶子和茎放在这个锅里面，加到2/3的样子，然后再加水，加水加到快要满了，就把盖子盖上，盖子四周都有螺丝，要拧起来密封，然后烧火煮，大概要煮七八个小时。
煮沸后产生的蒸汽就是薄荷油和水的混合物，通过管道流到大木桶里面的冷凝器中。大木桶里事先就装好了凉水，这是从河里面打上来的凉水。这个混合蒸汽流到冷凝器后形成了油水分离状态的液体。油比水轻，浮在上面，水在下面。我们在盛液体的一个小桶底部，事先开一个小洞，可以让水流出来。当然这个过程要看着，不能让油也流掉了。
我们学过物理知识和化学知识后就会知道，这其实是一个简单的冷凝装置。薄荷油和水蒸气的混合物通过管道冷凝，形成了油和水的混合液体。最后利用油水比重不同，把它们分离出来。这是一种非常简单粗糙的办法。
我的印象当中一亩地的薄荷大概最终能得到一两斤薄荷油，产量并不是太高。所以在这样的情况下，薄荷油炼出来以后，父亲就像得到宝贝一样，用大大小小的瓶子装好藏起来。图上所示的就是农村提炼精油常用的土法，本图仅为示意图。（图片来源：百度百科）
每件事都想弄清楚
我为什么给同学们讲这个故事呢？其实我想说，我父亲虽然不懂物理和化学原理，但是他很乐意学习，他看见别人做，他就跟着学。我也受到他很大的影响，比他更进一步的是，我上学后知道物理知识了，我就更要把这些事情的原理搞清楚。光把理论搞清楚是不够的，做出一个东西和你知道这个东西的原理，这之间有很大的不同。蒸馏法示意图（图片来源：百度百科）
大约是受到父亲的影响吧，我比较喜欢动手做东西，喜欢钻研技术，就是俗话说的动手能力很强。我后来到华东师范大学物理系读书，那时候，我们也很爱时髦，可是大学生又很穷，什么都买不起，怎么办呢？我就自己动手做矿石收音机。我们那个年代的收音机都是电子管做的，并且用交流电，不能随身带。后来，我自己买了探空气球的微型电子管、干电池这些材料，动手做了一个可以随身带的收音机，这简直就是50年代的“iPad”，可以说相当时髦，相当“拉风”了！华东师范大学摩托车运动队雄姿（左一为薛永祺）
海波：
哇，好厉害啊！除了收音机，您还会做什么？
薛永祺：
电视机我也会自己做。
学生：
哇！
我们那个时候和现在是没法比的，但是，尽管时代不同，但做学问这件事情，还是有很多相通之处的，我还可以给同学们说一个我大学时候的故事。
我读大学的时候国家还很穷，大学生都是难得的人才，国家就很重视，希望我们这批年轻人早点到工厂里去，早点开始建设国家。我大三的时候就进了上海广播器材厂实习。接触到的第一个任务，就是研制航海雷达。怎么研制呢？其实还是以仿造为主。当时苏联跟我们国家是友好关系，他们提供了一台船上用的航海雷达，我们就是要把苏联提供的雷达分解、仿造，一点一点研究。
那时候总工程师要求我们先把雷达拆开，看它的机械元件是什么，电子元件是什么，然后我们要把里面的元件画出来，画出结构图，画好之后跟总工程师汇报，她根据情况找一些技术人员，看怎么把它仿制出来。
这个过程跟学校里的学习完全不同，可以说，学校里的学习是书生式的学习，而参与到一个实际的项目里去之后，你才会发现，书本里的知识是有局限的，一动手实践就发现，哪些知识我还知道得不够。我那个时候挺卖力的，遇到不懂的，赶快买本书来自己读，然后再去解决实践中遇到的问题。勤动手，不忘拿电烙铁的基本功
学生：
薛爷爷，您是想告诉我们，学习是学不完的，对吗？
学生：
薛爷爷是说，我们在课本里学的知识不够用。
同学们非常棒！我其实是想告诉你们，你们在课堂里学习的知识是非常基础的知识，这很重要。但科学技术的发展非常快，你们以后要进入的领域可能是一个全新的领域，是以前学的知识里面没有涉及的新东西，这个时候，你们要怎么办？
我在科学研究上一路走过来，认为有三个要素非常重要，给同学们分享一下。
一个人首先要有才能，这个才能是指你要有会学习的能力。你想做什么，你缺少什么知识，你要清楚地知道，这样才能够促使自己去学习。这种会学习的能力会推动你更好地去工作和成长。
机遇也是一个人能够成功的重要因素，但机遇和才能是相辅相成的。首先要有能力，才能够抓住遇到的机遇。我在科研路上，就是遇到了几次很好的机遇，每一次我都认真对待。比如，我一参加工作，就被派到三亚，跟苏联科学家一起做海洋的水声探测实验。那个时候的三亚可不是旅游胜地，而是非常荒凉的没有开发的偏远地方。海上做科研项目非常辛苦，因为大多数人会晕船，在船上吐得一塌糊涂，头晕眼花，没有体力怎么做科研。我身体好，吃得苦，看到别人晕船，我就跑前跑后地记录数据，把别人的活儿也干了。在休息的时间里，有人去玩了，我还坚持看书查资料，把我在实验过程中搞不懂的问题弄通。
所以，我想跟同学们讲的第三个要素就是勤奋，光有机遇也是不够的，还得要勤奋。有了机遇，自己不勤奋，这个机遇就可能与你擦身而过。
同学们，我希望你们能够踏踏实实地做事，做一件事情成一件事情，这样一点一点地积淀，人生才会充实和快乐。在遥感仪器总调实验室工作
看得见的世界
（图片来源：视觉中国）（图片来源：视觉中国）世界是什么样子的，是我们的眼睛看见的样子吗？为什么我们的眼睛在白天能看见事物，到了漆黑的晚上就看不清东西了？同学们，你们知道吗？这些司空见惯的现象，让人类思考了很久很久。
问题思考
1 光的本质是什么？
2 我们为什么能看见世界？
3 这个世界的颜色是从哪里来的？
小提示
在阅读本章内容时，同学们可边读边思考这些问题，看看读完本章后，是否能回答这些问题。读完本章后，你对这些问题还有兴趣的话，可以上网进一步查询相关知识。
薛永祺：
同学们，你们刚才问了我很多问题，现在，我也来问你们一个问题。人为什么有两只眼睛，它们有什么作用呢？
学生：
是不是因为一只眼睛看到的是平面的图像，而两只眼睛看到的是立体的图像？
薛永祺：
这么说虽然不太准确，但也是可以这样理解的。
秦畅：
还有没有同学需要补充的？
学生：
人有两只眼睛，是人类进化的选择。
学生：
两只眼睛看世界的视角更广一点。
薛永祺：
同学们都说得很好。这是一个很有趣的问题，我在这里不说答案，你们回家后可以试一试，捂住一只眼睛上楼梯和用两只眼睛看着上楼梯有什么不同的感受。
光到底是什么
光，到底是什么？这貌似一个非常简单的问题，我们普通人却很少去追问。因为，光对人来说，就似空气一样普通，虽然我们摸不着，但它似乎永恒存在。
人一生下来（天生视觉障碍的除外），眼睛就可以睁开，就可以看见这个充满光亮的世界。白天，在自然光线充足的地方，我们可以看见周围的事物，晚上，在漆黑的环境中，我们看周围的事物就很费劲，甚至可以说，我们看不见东西。当然，不管是白天还是黑夜，只要我们闭上眼睛，我们就看不见周围的事物，这是一件非常确定的事情。光进入眼睛，让人能看见事物（图片来源：视觉中国）
对于光这种司空见惯的自然现象，古人有什么思考呢？人类很早就在追问光的本质——光是什么东西。古希腊的哲学家提出了一个假说：光是从眼睛射出去的线，到达物体后，就能被人看见。这种说法显然不成立。为什么呢？如果说光是人眼发射出去的，那么只要人眼睁开，就会发射光，就会看见事物，但这显然与事实相违背。人在漆黑的环境里是看不见东西的，所以古人才会用“伸手不见五指”来形容黑暗。
古人很早就认识到光的重要性，甚至认为光是这个宇宙最原始的事物之一，这些我们可以从各个文明早期的神话传说中见到端倪。几乎每个文明都有代表光明的神。
但是，由于古人对物质的认知有局限，所以古代科学家关于光的本质是什么这个问题争论不休。他们提出很多解释，但这些解释往往是基于假设而不是科学的实证。
我们现在来回顾物理学史，会发现科学家们关于光的本质这一问题的探讨和研究是物理学史上最有趣、最持久的争论之一。是微粒还是波——光学史上的大争论
古代科学家对光的本质的解释有多种假说，其中，最有名、最为人们接受的是光的“微粒说”。
古希腊时代的科学家认为光的本质是一种非常细小的微粒，他们认为光是由“光粒子”组成。“微粒说”很好地解释了光为什么沿着直线传播，解释了光的反射和折射现象。但“微粒说”并不能完全解释光的一些日常现象。比如，同学们玩过玻璃珠吧，两颗玻璃珠碰到一起后会弹开，你们设想一下，如果光是由微粒构成的，两束光碰到一起后是不是应该像玻璃珠碰撞一样弹开呢？当然，事实并非如此。所以，“微粒说”解释不了这种日常现象。光的经典反射和折射现象（图片来源：视觉中国）
当然，“微粒说”也说不清楚构成光的微粒数量有多少，存在于哪里。所以，对于“微粒说”的假设，科学家们并不满意，仍然继续追问光到底是什么。
中世纪特别是“文艺复兴”之后，科学家们重新燃起科学之火，对自然界进行深入的研究。这个时期，人们对自然界的认知有了很大的进步，更多地用实证的手段来研究自然现象。
17世纪，意大利科学家格里马第（Francesco Maria Grimaldi）做了一个非常有名的实验。他让一束光穿过两个小孔后照到暗室里的屏幕上，发现在投影的边缘出现了明暗条纹的图像，于是，他提出，光可能是一种类似水波的波动，这是最早的光的“波动说”。格里马第实验示意图，他让一束光穿过两个小孔后照到暗室里的屏幕上，得到了有明暗条纹的图像
尽管光的“波动说”有实验作为佐证，但毕竟“微粒说”由来已久，而“波动说”也不能完全解释光的物理现象，所以，17世纪中期，光的本质是“波”还是“微粒”还存在争论，一时难分上下。
17世纪后期，物理学史上最伟大的科学家之一——牛顿（Isaac Newton）公布了他最为著名的实验——光的散射实验，这之后，牛顿在1704年出版了划时代的巨著《光学》。非常有意思的是，牛顿本人是“微粒说”的支持者。正因为牛顿在物理学界乃至科学界有至关重要的地位，又因为他坚定地支持“微粒说”，使得光的本质是“微粒”这一说法在牛顿的时代占据上风。牛顿（图片来源：维基百科）
直到1801年，英国科学家托马斯·杨（T. Young）公布他的实验——光的双缝干涉这个著名的光学实验，让“波动说”重新开始走向主流舞台。此后，多位著名物理学家都以各自的实验和研究来支持“波动说”，认为光是一种波，并且测出了光的速度等重要数据。光的双缝衍射实验（图片来源：视觉中国）
随着人类进入19世纪，物理学的发展也在向前推进。现在科学家将19世纪称为物理学的黄金时代，在这个世纪，诸多重要的物理学理论建立起来，光的本质是什么，也在这一个世纪得到论证。
19世纪中期，伟大的物理学家麦克斯韦（James Clerk Maxwell）提出了电磁理论，并且预言光可能是电磁波的一种。当然，再完美的预言也需要实验来验证，直到19世纪后期，物理学家赫兹（Heinrich Rudolf Hertz）才用他设计的装置和实验证实了电磁波的存在，这就是著名的赫兹实验。
电磁波的发现和此后电磁学的发展是人类“信息技术”革命的开端，经典物理学为人类的科学技术发展到今天这样的高度奠定了坚实的理论基础。所以，今天的人们非常怀念并且感激那些伟大的物理学家，是他们的成就让人类认识到科学的伟大力量。麦克斯韦（图片来源：维基百科）
我们为什么能看见
我们认知周围的世界、接收外界的信息的最重要的器官无疑是眼睛。人的眼睛如果看不见东西，人会有什么感受呢？关于这个问题，我们先来看一个有趣的成语故事吧。盲人骑瞎马，夜半临深池《世说新语》这本书里面记载了一则有趣的故事。在东晋时期，有一天，顾恺之、桓玄和殷仲堪凑到一块儿闲谈说笑。他们决定玩一个游戏，即用一句话来描述一个危险的情境，谁描述的情境最危险，谁就获胜。
桓玄说：“矛头淅米剑头炊。”这句话的意思是把枪矛和利剑的尖头当米吃。殷仲堪说：“百岁老翁攀枯枝。”这句话的意思是说年过百岁的老头挂在枯树枝上，相当危险啊！顾恺之说：“井上辘轳卧婴儿。”井上的辘轳是圆筒状的，容易滚动，婴儿躺在上面，万一掉进井里怎么办？这场景确实危险。
不过，刚才这几句对危险的描述，还是没有分出胜负。他们三人继续兴高采烈地谈论。这时，殷仲堪的一位参军忍不住插话，他说：“盲人骑瞎马，夜半临深池。”这场景是说眼睛看不见事物的盲人骑着一匹瞎马，深更半夜，走到深水池塘边。他说完后，殷仲堪不由脱口而出：“咄咄逼人！”殷仲堪为什么会说这句话呢？因为他本人正巧一只眼睛不能视物，目盲的痛苦他太清楚了。所以他才有感而发，“盲人骑瞎马，夜半临深池”这简直太危险了！
毫无疑问，“盲人骑瞎马，夜半临深池”这句话描述的情境是最危险的。眼睛看不见，就切断了同周围世界的大部分联系，进入了对周围世界未知的状态，而对未知的恐惧可以说是人类最大的恐惧了。
所以，我们庆幸眼睛能让我们看见周围的世界。我们为什么能看见周围的世界呢？对于这个问题，古代科学家早有解释，认为这是光从物体上反射进我们眼睛的结果。
当然，现在科学家们更加清楚地知道，我们是怎么看见事物的。
我们的眼睛里面有眼球，眼球类似凸透镜，物体发出或反射的光经过凸透镜聚焦后，在我们的视网膜上形成倒立的像，视网膜上分布了视觉神经，视觉神经将接收到的视觉信号传递给大脑，经过大脑的处理，我们才“看见”正立的事物。
所以，我们能看到的事物是本身能发光的东西，比如炉火、太阳等，或者能反射其他光源照射来的光的东西，比如绿叶、红花、月球等。如果事物周围没有光源照射，自己也不发光，正常人的眼睛是无论如何也看不到它的，因为没有光进入眼睛引起大脑的视觉感应。
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]