作者：熊伟
出版社：汕头大学出版社
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太空：航天飞行全记录试读：
前言
科学是人类进步的第一推动力，而科学知识的学习则是实现这一推动的必由之路。在新的时代，社会的进步、科技的发展、人们生活水平的不断提高，为我们青少年的科学素质培养提供了新的契机。抓住这个契机，大力推广科学知识，传播科学精神，提高青少年的科学水平，是我们全社会的重要课题。
科学教育与学习，能够让广大青少年树立这样一个牢固的信念：科学总是在寻求、发现和了解世界的新现象，研究和掌握新规律，它是创造性的，它又是在不懈地追求真理，需要我们不断地努力探索。在未知的及已知的领域重新发现，才能创造崭新的天地，才能不断推进人类文明向前发展，才能从必然王国走向自由王国。
但是，我们生存世界的奥秘，几乎是无穷无尽，从太空到地球，从宇宙到海洋，真是无奇不有，怪事迭起，奥妙无穷，神秘莫测，许许多多的难解之谜简直不可思议，使我们对自己的生命现象和生存环境捉摸不透。破解这些谜团，有助于我们人类社会向更高层次不断迈进。
其实，宇宙世界的丰富多彩与无限魅力就在于那许许多多的难解之谜，使我们不得不密切关注和发出疑问。我们总是不断去认识它、探索它。虽然今天科学技术的发展日新月异，达到了很高程度，但对于那些奥秘还是难以圆满解答。尽管经过许许多多科学先驱不断奋斗，一个个奥秘不断解开，并推进了科学技术大发展，但随之又发现了许多新的奥秘，又不得不向新的问题发起挑战。
宇宙世界是无限的，科学探索也是无限的，我们只有不断拓展更加广阔的生存空间，破解更多奥秘现象，才能使之造福于我们人类，人类社会才能不断获得发展。
为了普及科学知识，激励广大青少年认识和探索宇宙世界的无穷奥妙，根据最新研究成果，特别编辑了这套《学科学魅力大探索》，主要包括真相研究、破译密码、科学成果、科技历史、地理发现等内容，具有很强系统性、科学性、可读性和新奇性。
本套作品知识全面、内容精炼、图文并茂，形象生动，能够培养我们的科学兴趣和爱好，达到普及科学知识的目的，具有很强的可读性、启发性和知识性，是我们广大青少年读者了解科技、增长知识、开阔视野、提高素质、激发探索和启迪智慧的良好科普读物。
太阳系的环形山
环形山的发现1959年，前苏联发射了“月球3”号探测器飞到月球，它在距月球背面地表6200千米的高空拍下了照片。
1964年，美国的“徘徊者7”号探测器也发回了4000多张月球照片。从这些照片上可见，月球背面和正面都有环形山，背面的环形山不但数量多，而且面积大，有些环形山排成一串，绵延几百千米。最大的环形山是贝利环形山，直径达295千米。
1965年，美国“水手4”号探测器发现了火星上的环形山。
1974年，“水手10”号探测器发现水星表面也星罗棋布地排列着众多的环形山。这些重要发现极大地引起了人们对环形山的观测兴趣，不久人们又在太阳系的许多其他行星上也发现了环形山。
地球上已知的环形山有几十个，主要分布在加拿大和澳大利亚，它们的直径大者为100多千米，小者为几千米，最有名的是美国亚利桑那州的亚利桑那陨石坑。最庞大的环形山
2008年6月26日，美国国家宇航局天文学家宣布，他们发现了太阳系中最为庞大的一座环形山。借助“火星勘测轨道器”和“火星全球勘测者”两部探测器传回的最新观测数据，科学家们成功绘制出了火星重力分布图，并确定了其主要元素的目录。
专家们还成功破解了导致火星南北半球存在巨大差异的秘密。在此之前，科学家们一直无法解释，火星上各处的气候条件相差并不明显，为什么火星南北半球的地形会存在如此巨大的差异？据最新的观测数据显示，一座尺寸堪称太阳系之最的环形山是导致上述差异的主要原因。
NASA喷气推进实验室的专家们通过与麻省理工学院的同行进行合作得出结论称：在火星北半球存在着一个巨大的盆地。由于该环形山的外形非常平滑，与周围的落差并不是非常巨大，因此也被称为“大北方盆地”，几乎占据火星北半球40%的面积，而这正是火星在形成的后期遭猛烈撞击后留下的遗迹。该盆地的宽度为5500千米，而长度则达到10600千米。要形成如此巨大的环形山，当年撞击火星的天体的直径应不小于1950千米，体积甚至超过冥王星。通过对“大北方盆地”的形状进行判断，科学家们指出，与火星相撞的天体并非常见的圆形，而是一个巨大的椭球体，撞击发生的时间是在大约39亿年前。环形山的特征
环形山在希腊文中的意思是“碗”，所以通常指碗状凹坑结构。环形山这个名字是伽利略提出的。环形山是月球表面上最显著的地貌特征。月球表面上星罗棋布、重重叠叠的环形山酷似地球上的火山口，中央有一块圆形的平地，外围是一圈隆起的山环，内壁陡峭，外坡平缓。环形山的中间有一个陷落的深坑，周围有高耸直立的岩石，环形山的高度一般在7000米至8000米之间。
月球上的环形山大小不一，直径相差很悬殊，小的环形山直径不足10000米，有的仅一个足球场大小；大的环形山直径超过100千米。直径大于1000米的环形山总数达33000多个，占月球表面积的10%；至于更小的名副其实的月坑则数不胜数了。
环形山的构造十分复杂，种类也繁多。但是按它们形成的先后顺序来划分，基本上可分为古老型与年轻型两类。有个日本学者在1969年提出一个环形山分类法，分为克拉维型、哥白尼型、阿基米德型、碗型和酒窝型。环形山形成的假说
关于环形山的成因，长期以来让科学家们一直争论不休，并提出了形形色色的假说，如潮汐说、气泡说、旋涡说、火山说和撞击说。其中最有影响的是火山喷发说和陨星撞击说。
以月球为例，它的一些环形山是与火山活动有关的，虽然月球上的火山活动早已停止。另有证据表明，在40亿年前月球曾受到大规模陨星袭击。据估计，月球环形山中的83%与陨星轰击有关，17%与火山活动有关。但太阳系内其他环形山的成因却没有月球上的明显，因此科学家们一方面要继续观测，另一方面又要对太阳系内各行星和卫星之间进行比较研究，所以太阳系环形山之谜被解开还需要一段时间。延伸阅读很早以前，人们曾试图根据地球表面沉积岩的积累厚度，海水含盐度随时间的增加，地球内部的冷却率等来估算地球的年龄。但是这些过程的变化速率在地球的历史上是不恒定的，因此不可能得到正确的年龄估计。
飞向蓝色的天空
白天的天空总是蔚蓝色，天为什么是蓝的，而不是绿色或红色呢？首先我们要明白一个道理：我们周围的事物之所以显现出颜色来，仅仅是因为阳光照射它们。虽然阳光看上去是白色的，但是所有的颜色，红、橙、黄、绿、青、蓝、紫，在阳光里都存在。天空里有这么多颜色，为什么我们平时看到的只有蓝色呢？如果把光线设想为波浪，你就会破解这个谜了。光就像一个波浪那样在不停地运动。我们来设想一下一滴雨落在一个水洼里的情景。当这滴雨落到水面上时，就会产生小波浪，波浪一起一伏地变成更大的圈，向着四面八方扩展开去。如果这些波浪碰上一块小石子或一个别的什么障碍物，它们就会反弹回来，改变了波浪的方向。而阳光从天空照射下来，一样会连续不断地碰到某些障碍。光线从这些众多的小“绊脚石”上弹回，自然也就改变了自己的方向。可是那么多颜色的光改变了方向，为什么只有蓝色被看到呢？
我们还得回到刚才说的那个水洼里。水洼里，小的波浪遇到小石子的话，水面便被搞得混乱不堪；但如果是一个“巨浪”，假如你用手在水洼边掀起的那种“巨浪”，它就有可能干脆从石头上溢过去，并畅通无阻地到达水洼的对面边缘。
那么，就像有大波浪和小波浪一样，各种各样颜色的光波也有不同的“波浪”，也就是波长，不过它们不像水波的波浪，能用肉眼看出大小，因为波长小得难以想象，它们只是一根头发的1/100，得用很灵敏的测量仪表才可以精确地测定出来的。
根据科学家的测定，蓝色光和紫色光的波长比较短，相当于“小波浪”；橙色光和红色光的波长比较长，相当于“大波浪”。当遇到空气中的障碍物的时候，蓝色光和紫色光因为翻不过去那些障碍，便被散射得到处都是，布满整个天空，天空就是这样被散射成了蓝色。
发现这种散射现象的科学家叫瑞利，他也是1904年诺贝尔奖获得者。
其实从地球以外望过来也是一样：覆盖我们地球2/3面积的海水也散发着蓝光，陆地上虽然有土地的褐色或森林的绿色，然而上空却总是蓝色的。从宇宙中看来，整个地球都被裹着一块轻柔的蓝色面纱。
所以，地球被称作“蓝色星球”是完全正确的。它那独特的蓝色，就是生命的颜色。延伸阅读在北极地区、海洋上或其他一些地方，人们看到一种罕见的自然奇观：四角形的太阳、绿色的太阳和蓝色的太阳。1979年，波兰的“晨星”号帆船上的水手们看到了一闪即逝的绿色太阳，它发射绿宝石那样的艳丽绿光。
变幻莫测的太阳
惊现蓝色太阳1965年的春天，北京的上空出现了一次特大的沙尘暴，倾刻间天昏地暗，黄沙滚滚，粉末似的黄土从空中洒落下来。顿时，人们发现一个奇怪的现象，太阳忽然失去了耀眼的光芒，变成了蓝莹莹的颜色，沙尘暴过后才慢慢恢复原状。
1883年，印尼喀拉喀托火山爆发，火山灰飘到地球大气层高处，当夜人们看到的月亮也是蓝色的。绿太阳奇观
如果运气好，还可以观赏到绿太阳。七彩光轮相互重叠产生白光，在太阳的上下边缘，光轮的颜色不混合，在太阳的上缘呈蓝色和蓝绿色。这两种光轮穿过大气层时的命运不同。蓝光受到强烈散射，几乎看不见，而绿光就可以自由地透过大气，当条件适合时，便可以看到绿色的太阳。太阳变蓝的原因
太阳光大多是氢、氦原子的电离光波，接近蓝色频区，因为它太亮，所以看起来是白色的。太阳光在穿过大气层时被空气吸收产生频率红移。在早晚看太阳是红色的就是这个原因。在沙尘暴天气时，空气中沙尘粒子对红色光波的吸收能力较强，所以太阳看起来呈现微弱的蓝色。
从天文科学的观点分析，月亮颜色与其反射太阳光的原理有关。在通常情况下，月亮呈现出珍珠白的颜色，有时可见淡黄色。只有在一定情况下月亮才会呈现出蓝色。
据物理学家介绍，如果大气层中悬浮有大量的灰尘颗粒，并且大气中还夹杂着小水珠的情况下，看上去才会是蓝色的。观看绿太阳的条件
绿太阳的出现，需要天时、地利、人和。
天时：是指日落时，太阳黄白色光没多大变化，并且在落山时鲜艳明亮，就是说大气对光的吸收不大，而且是按比例进行的。
地利：是指观测点适当，站在小山丘上，远处地平线必须是清晰的，如近处没有山林、没有建筑物遮挡。
人和：在太阳未落到地平线时，不能正视太阳。当太阳快要沉没，只留下一条光带时，就是观看绿色闪光的时刻，应目不转睛地注视着太阳，享受美妙的一瞬间，虽然它的出现不会超过3秒钟，但给人留下的印象却永生难忘。我国古人的观察
在我国，传说在公元前27世纪的帝尧时期，已经有了专司天文的官员羲和负责观象授时。帝尧曾派大臣羲仲到山东半岛去祭祀日出，目的是为了祈祷农耕顺利。当时已经用太阳纪年了，一年为365天。公元前600年左右的春秋时代，人们能够用土圭观测日影长短的变化，来确定冬至和夏至的日期。在我国的甲骨文上还有世界最早的日食记录，即发生在公元前1200年左右。大约从魏晋时期开始，我国就能比较准确地预报日食了，并且逐渐形成了一套独特的方法和理论，这也是我国天文学史上的一项重要成就。
对于地球上的人们，乃至地球上的一切来说，太阳无疑是非常重要的。把太阳作为远离地球的天体来研究已经有了日新月异的发展，从而使我们对所了解的有关太阳的知识也日益丰富和准确起来。发现四方形太阳
我们所看到的太阳总是圆的，但有人确实见到过方形的太阳。1939年的夏天，美国学者查贝尔来到高纬度地带观察夕阳的变化。他希望能够看到一种奇异的景象，然而3个月过去了却什么也没看到。
9月13日傍晚，查贝尔照常观测着太阳。就在太阳快要落下去的时候，奇景出现了：又大又圆的太阳变成了椭圆形，不久太阳的下边像被刀切过一样，变成了一条和地面平行的直线。
接着，上面一侧的圆弧也渐渐变得平直，最后也成了一条直线，太阳变成了四方形。查贝尔兴奋极了，迅速按动照相机的快门，拍下这一珍贵的镜头。
查贝尔的发现引起了许多人的关注，他们争先恐后地赶到这一地区来观看奇景。但是，看到这一奇景的机会并不太多，拍摄下的照片就更少了。日本学者在北极地区有幸目睹了这一奇观，并拍下了太阳由圆变方的一系列镜头。再次惊现方太阳
2003年10月18日17时，湖南省长沙一中初三学生邓棵无意间看到一个奇特的天象：天上的太阳竟然是方的。邓棵家住开福区松桂园附近。当时，他做完作业到外面休息，抬头看了看夕阳，突然发现有点儿不对头，太阳好像有点儿偏方形。于是，邓棵拿起随身携带的数码相机，对准太阳进行变焦拉近，结果发现太阳下部像被削平一般类似方形。他跟踪了约3分钟，找准时机拍摄下来一个最接近方形的太阳。
邓棵回去查找有关资料，得知这种罕见的奇观最早在1939年被美国的查贝尔拍到过，1978年日本人掘江谦也曾拍下来。后来，我国也有人看见过方形的太阳，但没拍摄下来。方太阳形成的原因
我们所看到的太阳总是圆的，但有人确实见到过方形的太阳。1933年9月13日日落时，学者查贝尔在美国西海岸拍下了有棱有角的方太阳照片。当时太阳并没有被云彩遮住，为什么会变成方形的呢？一种说法认为，方形太阳是由变幻莫测的大气造成的。在地球的南北两极，靠近地面和海面的空气层温度很低，而上层空气的温度高，从而使得下层空气密集，上层的空气比较稀薄。
大气层有厚度，阳光透过大气层产生折射，日出和日落时太阳接近地平线表面，位置比平常低，是由于角度的关系，而地平线上时常有遮挡物，比如树、房屋、建筑，在海平面上没有这些，所以就看得清楚了。日落期间，当光线通过密度不同的两个空气层时，由于光的折射，它不再走直线，而是弯向地面一侧。太阳上部和下部的光线都被折射得十分厉害，几乎成了平行于地平线的直线，这样便形成了奇妙的方太阳。
目前，方太阳的成因尚无定论。有的专家认为是空气折射造成的，一般发生在夏秋季节的落日时；也有人认为这是一种海市蜃楼的虚幻景象。究竟哪种说法对？有待科学家进一步研究。延伸阅读羲和被称为我国的太阳女神，东夷人祖先帝俊的妻子，生了10个太阳。羲和又是太阳的赶车夫。因为有着这样不同寻常的本领，所以在上古时代，羲和又成了制订时历的人。
太阳夜出奇观
晚上出现的太阳太阳一般都在白天出现，但在现代，“太阳夜出”的现象曾频频出现。
1981年8月7日晚，四川省汉源县宜东区某村，人们在村旁的凉亭里乘凉时发现天空越来越亮，一个红红的火球从西面的山背后爬出来，放射出耀眼的光芒。
1989年8月7日晚，江苏省兴化市唐刘乡姜家村西南方向约1000米远，20米高的空中，出现了一个圆圆的火球，像太阳一样，放射出耀眼的光芒，河水都被映得火红一片，持续了10多分钟。当时那个村有近1千人亲眼目睹了这一奇观，但人们并不知道太阳夜出的原因。国外太阳夜出现象
太阳夜的现象在外国也曾出现过。1596年至1597年的冬天，航海家威廉·伯伦兹到达北极的新地岛时，恰好遇到了长达176天的极夜。威廉和船员们无法航行，只好耐心等待极昼的到来。然而，在离预定日期还有半个月时，一天，太阳突然从南方的地平线喷薄而出。人们惊喜万分，纷纷收拾行装准备航行，可是转眼之间，太阳又落入了地平线，四周重新又笼罩在漆黑的夜色中。太阳夜出的原因事实上这是不可能的。气象专家分析，夜里出现的太阳其实是一个圆形的极光，即冕状极光。
专家解释，太阳表面不断向外发出大量的高速带电粒子流，这些粒子流受到地球磁场的作用，闯进地球两极高空大气层，使大气中粒子电离发光，这就是极光。
当太阳活动强烈，发出的带电粒子流数量特别多、能量特别大时，大气受到带电粒子撞击的高度就会升高，范围就有可能向中低纬度地区延伸。
在天气晴好的夜间，一种射线结构的极光扩散为圆形的发光体，并且快速移动，亮度极大，由此被人们误认为是太阳。也有的专家认为，夜出太阳其实是一种光学现象，到底是怎么回事，至今仍是个谜。延伸阅读《汉书·地理志》记载：西周末期，莱国首都地区的人们突然看到太阳出现在夜空，四周如同白昼。大臣说这是国家兴盛的预兆，因此该地区被命名为“不夜县”。
五彩缤纷的彩虹
彩虹形成的原因彩虹是气象中的一种光学现象，是当阳光照射到半空气中的雨滴，光线被折射及反射，在天空上形成拱形的七彩光谱。彩虹的七彩颜色，从外至内分别是：红、橙、黄、绿、青、蓝、紫。
彩虹是因为阳光射到空中接近圆形的小水滴，造成色散及反射而成的。阳光射入水滴时会同时以不同角度入射，在水滴内亦以不同的角度反射，其中以40度至42度的反射最为强烈，造成我们所见到的彩虹。发生这种反射时，阳光进入水滴，先折射一次，然后在水滴的背面反射，最后离开水滴时再折射一次。因为水对光有色散的作用，不同波长的光的折射率有所不同，蓝光的折射角度比红光大。由于光在水滴内被反射，所以观察者看见的光谱是倒过来的，红光在最上方，其他颜色在下。
其实只要空气中有水滴，而阳光正在观察者的背后以低角度照射，便可能产生彩虹现象。彩虹最常在下午雨后刚转天晴时出现。这时空气内尘埃少而充满小水滴，天空的一边因为仍有雨云而较暗。而观察者头上或背后已没有云的遮挡而能看见阳光，这样彩虹便会较容易被看到。另一个经常可见到彩虹的地方是瀑布附近。在晴朗的天气下，背对阳光在空中洒水或喷洒水雾，亦可以人工制造彩虹。彩虹可预报天气
空气里水滴的大小决定了虹的色彩鲜艳程度和宽窄。空气中的水滴大，虹就鲜艳，也比较窄；反之，水滴小，虹色就淡，也比较宽。我们面对着太阳是看不到彩虹的，只有背着太阳才能看到彩虹，所以早晨的彩虹出现在西方，黄昏的彩虹总在东方出现。可我们看不见，只有乘飞机从高空向下看才能见到。虹的出现与当时天气变化相联系，一般我们从虹出现在天空中的位置可以推测当时将出现晴天或雨天。东方出现虹时，本地是不大容易下雨的，而西方出现虹时，本地下雨的可能性却很大。
彩虹的明显程度取决于空气中小水滴的大小，小水滴体积越大，形成的彩虹越鲜亮，小水滴体积越小，形成的彩虹就不明显。一般冬天的气温较低，在空中不容易存在小水滴，下阵雨的机会也少，所以冬天一般不会有彩虹出现。彩虹的所在位置彩虹其实并非出现在半空中的特定位置。它是观察者看见的一种光学现象，彩虹看起来的所在位置会随着观察者的位置而改变。当观察者看到彩虹时，它的位置必定是在太阳的相反方向。彩虹的拱以内的中央，其实是被水滴反射放大了的太阳影像。所以彩虹以内的天空比彩虹以外的要亮。彩虹拱形的正中心位置刚好是观察者头部影子的方向，虹的本身则在观察者头部的影子与眼睛一线以上40度至42度的位置。因此当太阳在空中高于42度时，彩虹的位置将在地平线以下而不可见。这也是为什么彩虹很少在中午出现的原因。
彩虹由一端至另一端，横跨84度。以一般的35毫米照相机，需要焦距为19毫米以下的广角镜头才可以用单格把整条彩虹拍下。倘若在飞机上，看见的彩虹是完整的圆形而不是拱形，而圆形彩虹的正中心则是飞机行进的方向。彩虹奇观
有些时候，天空会同时出现一明一暗两条彩虹，较暗的称为副虹，又称霓。副虹是阳光在水滴中经两次反射而成。当阳光经过水滴时，它会被折射、反射后再折射出来。在水滴内经过一次反射的光线，便形成我们常见的彩虹，即主虹。若光线在水滴内进行了两次反射，便会产生第二道彩虹，即霓。
霓的颜色排列次序跟主虹是相反的。由于每次反射均会损失一些光能量，因此霓的光亮度较弱。两次反射最强烈的反射角出现在50度至53度，所以副虹位置在主虹之外。因为有两次的反射，副虹的颜色次序跟主虹反转，外侧为蓝色，内侧为红色。
副虹其实一定跟随主虹存在，只是因为它的光线强度较低，所以有时不被肉眼察觉而已。
晚虹是一种罕见的现象，在月光强烈的晚上才可能出现。由于人类视觉在晚间低光线的情况下难以分辨颜色，故此晚虹看起来好像是全白色的。彩虹为什么总是弯曲的光的波长决定光的弯曲程度。事实上，如果条件合适的话，可以看到整圈圆形的彩虹。彩虹的形成是太阳光射向空中的水珠经过折射→反射→折射后射向我们的眼睛所形成。不同颜色的太阳光束经过上述过程形成彩虹的光束与原来光束的偏折角约138度。也就是说，若太阳光与地面水平，则观看彩虹的仰角约为42度。想象你看着东边的彩虹，太阳在从背后的西边落下。白色的阳光穿越了大气，向东通过了你的头顶，
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