皇家科学院科普读物经典(共2册)(txt+pdf+epub+mobi电子书下载)

作者：（英）科林·斯图尔特,（英）海伦·斯凯尔斯,祖颖译

出版社：天津博集新媒科技有限公司

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皇家科学院科普读物经典(共2册)试读：

总目录

13次时空穿梭之旅

目录

引言

第一章 太阳、月亮以及那些行星

第二章 一颗陨星的故事

第三章 太空遨游

第四章 穿越时间与空间

第五章 生活中的天文学

第六章 对宇宙的探索

第七章 时光机

第八章 行星

第九章 起源

第十章 宇宙洋葱

第十一章 时间之箭

第十二章 在空间与时间中漫游

第十三章 如何在太空中生存

后记

作者手记

圣诞讲座是我一直向往的事情，因此凯文·方（Kevin Fong）博士的2015年度有关太空生存的圣诞讲座，我非常开心被邀请参加。能够在距离地球表面400千米的国际空间站中参加这场盛会，是我在此次活动中的亮点。

生活并工作在国际空间站中，是一项非凡的殊荣，也是一段特别的经历。在太空以及重返地球的这段时间里，也许最触动我的事，是我们的身体在调整适应颇为不同的环境时有多么出色。六个月的太空飞行，人的身体会感到吃力——对我们的前庭系统、心脑血管以及免疫系统都会造成改变，而不只是皮肤、肌肉重量、骨密度和视力。然而，落地后仅仅几星期，人类的身体就能几乎完全恢复，只有骨密度的恢复需要近一年。这些变化的发生也给科学家和科研团队提供了一个很好的机会，得以深入研究人的身体功能是怎么实现的。

自从人类在1961年第一次被送入地球轨道，我们已经学到了大量有关太空旅行的知识，但仍然有很多需要被发现，我们也一直在不断探索。我们需要用这些摆在我们面前的发现去激励下一代科学家和探险家，这非常重要。而要实现这一点，圣诞讲座正是非常理想的方式。“Principia”（原理）任务中非常重要的一部分，是成功地延伸教育项目，通过各类活动，覆盖了超过100万在校学生。如果我们打算解决未来的挑战，今天给年轻学生的投资就很关键。

在认识太空的路上我们究竟走了多远？又取得了多少令人惊叹的技术进步，让我们得以探索宇宙？这本书就是一个很好的见证。皇家科学院（Royal Institution）多年来持续向年轻的讲座听众传播前沿科学，这一切也令人感到陶醉。几十年前，对当时的听众而言，探访月球似乎还是非常遥远的梦，而如今我们不仅已经在那里着陆过，就连探索火星的路也在变得越来越现实。我希望这本书可以启发你进入科学的旅程。引言

对很多人来说，皇家科学院的圣诞讲座不过是节假日安排中的一部分，就跟肉馅饼和火鸡差不多。这项世界闻名的活动自从1825年起几乎每年都会举行，只是在1939—1942年，因战争而被迫中断。自1966年起，该讲座便在电视上播放，从而惠及了全世界越来越多热爱科学的听众，如今他们还可以在皇家科学院网站上在线观看。这个点子出自维多利亚时代的著名科学家迈克尔·法拉第（Michael Faraday）——他渴望能够用科学发现教育并激励大英帝国的年轻人——故而讲座总是会在阿尔伯马尔大街21号那座知名的“法拉第讲堂”举行，这也是皇家科学院自1799年成立以来的总部所在地。

每一年，来自全英国的年轻人都会蜂拥到皇家科学院，倾听科学界最新的发展，观看那些令人惊叹的实验演示。皇家科学院前院长劳伦斯·布喇格（Lawrence Bragg）爵士在给他的讲座助理比尔·科茨（Bill Coates）的一封信中，很好地总结了这一点：“不要谈论科学，要给听众展示科学。”每一年，讲座都充满了各种令人惊叹的发现与奇思妙想。

过去讲座的名人众多，从戴维·阿滕伯勒（David Attenborough）爵士到理查德·道金斯（Richard Dawkins），从南希·罗思韦尔（Nancy Rothwell）夫人到海因茨·沃尔夫（Heinz Wolff）。不过在本书中，我们主要聚焦于那些主题与太空和时间相关的讲座。天文学是最古老的科学之一，一代又一代人凝视着夜空，试图弄明白我们在宇宙中的位置。然而，随着认知的逐渐加深，我们也开始感激微型世界——原子世界在我们来到这里的故事中所扮演的重要角色。

本书挑选的每一个讲座系列在最初演讲时都有好几小时那么长，在圣诞与新年期间上演好几天。本书的目的并不是要像演讲时那样对每个讲座进行详细而深入的报告，而是突出一些穿插其中的迷人话题，带着读者行走一段天文发现的旅程。我们将看到我们对太阳、恒星、月球以及行星的了解在几个世纪中是如何发展的，以及当时的顶尖科学家在展示宇宙或更深远的奇观与复杂状态时所使用的技术。第一章太阳、月亮以及那些行星罗伯特·斯塔威尔·鲍尔爵士（Sir Robert Stawell Ball）1881

对一艘大西洋轮船来说，船上的一点微光完全不足以给出其性能与容量的信息，同样，闪烁的星星也完全不足以展现无垠宇宙最绚烂的概念以及其中的各种关联。

不可思议的时空探索之旅

1.日冕是什么？

2.地球与太阳距离多远？

3.“最美丽的科学发现”是什么？

4.可以看到两次日落的地方在宇宙的什么地方？

在这个令人陶醉的系列讲座中，我们将会享受一场盛宴，看看我们位于太阳系中的这片地方，欣赏这幅如今仍在绘制中的画作。近来发现的一些行星，以及围绕这些行星的卫星，将会给生命灌注很多热忱与激情。我们随后将离开太阳系，去看看更遥远的恒星，尝试标记出它们究竟离地球有多远，弄清楚它们是否也有自己的行星。鲍尔有着利用成熟而诗意般的类比将复杂事物简单化的能力，而这个能力正在散发着它的光辉。

我们对太阳系的探索，开始于位居太阳系中间的这颗恒星。我们知道，太阳很热，可它究竟有多热？鲍尔让我们想象一下，“很多男孩都曾做过的一个取火镜实验”——利用放大镜给一些东西点火的古老把戏。他告诉我们，科学家也在利用类似的棱镜做着实验，只不过镜子足有一码（0.91米）那么宽。“钢材也会被太阳光束烤化……所以太阳的温度肯定比熔融的钢的温度还要高；实际上，比我们在地球上可以制造出的任何温度还要高。”他讲道。（如今我们知道太阳表面的实际温度在5500℃左右。）日冕日珥

随着鲍尔将一只足球放到讲堂的桌子上代表太阳，他的关注点便转到了比例上。对比之下，地球将会是多小？“一粒小口径子弹的尺寸正好合适。”他给出了答案。我们今天知道，大概100万个地球才可以填满一个太阳。他身后的大屏幕此时贴出几张太阳的照片，展现的是一些黑色斑点——太阳黑子。我们同时欣赏到了壮观的日食照片，这是因月亮挡住太阳而形成的现象；我们还得以一瞥令人眩晕的太阳大气——日冕，也只有当月亮用这种方式遮住太阳刺眼的光芒，我们才能肉眼看到日冕；我们还看到了日珥，也就是从太阳边缘爆发出的火焰般的构造。“其中一部分日珥以每小时20万英里（32.2万千米/小时）的速度喷出，也就是说，超过最快的步枪子弹200倍。”鲍尔解释道。按大小排列，最左的足球代表太阳，最右的子弹代表地球鲍尔在皇家科学院讲堂中进行演讲

遮挡阳光的精巧障碍——月亮是鲍尔第二场演讲中关注的核心。不过它与太阳之间存在根本的区别——它本身并不能发出一丝光线，全靠反射太阳光。随着它围绕地球的位置发生变化，我们会发现它反射的阳光总量也在改变，这就形成了不同的月相。鲍尔在一只亮着的电灯旁放了一颗小球，然后询问坐在讲堂不同方位的听众可以看到什么样的球体。这恰如其分地证明了上述事实。随后，他又让我们想象一下在月球上居住并回望地球的样子。我们这颗行星同样会有阴晴圆缺，只不过光泽更鲜亮些。鲍尔对月相的证明“如果有13颗月球……一起照耀的话，想象一下这光芒会怎样。这样的夜晚将会多么美妙！你都可以很轻松地读书了！”这是因为地球比月亮大得多，他对这个事实的描述让人想起遍燃蜡烛过节的情景。“一个很美味的葡萄干小圆布丁，直径三英寸（7.6厘米）……一个身体结实的男孩可以将它全部吃下。”另一个被用来代表地球的布丁直径有一英尺（30.5厘米），也就是四倍于前者。不过，“如果一个小男生可以吃掉刚才那个小布丁，那么需要多少孩子才能干掉这个大的呢？”，鲍尔问道。答案不是4个，而是64个（或者说4×4×4个）。

因为没能成功预测在此之后不到一个世纪就实现了的阿波罗登月，鲍尔告诉我们：“没有探险家可以到达我们的卫星。”（然而，科幻小说中关于人类登月的桥段在1881年之前很久就出现了，而技术又一直在革新，所以他排除了未来所有时期登月的可能性，这还是挺奇怪的。）尽管如此，他说望远镜可以替我们完成这段旅程。这样做，我们能更近距离地看到我们“邻居”表面显眼的黑斑。他称它们是“曾经盛有大海的空盆地”。（我们现在知道它们并非“大海”，而是熔岩。）鲍尔解释说那些海洋布满了坑洞。他展示了它们的基本模型，并断定它们一定是由火山形成的。（实际上，我们现在知道它们是太空残骸撞击到月球表面形成的。）鲍尔还相信，并不存在所谓的月球居民，因为缺少空气和水，但他没有排除其他星球存在生命的可能。“想象一下，在所有的这些星球中，只有我们这一颗是独一无二适合生命的寓所，这似乎是挺可笑的。”地球与月球的相对尺寸

现在，我们转到最内层的行星——水星。

我们所知道的水星，就是一颗个头很小、相对较重的行星，距离太阳最近。不过我们怎么才能在这么远的地方对它进行称重呢？根据鲍尔的描述，在这项努力之中，一颗名为“恩克”（Encke）的彗星充当了我们的助手。当彗星靠近水星时，它的轨道会被行星的引力改变。由于水星是质量最小的行星，所以它所具有的引力也最微弱。根据恩克轨道的轻微偏离，可以计算出水星大概只有地球质量的4%（接近现代最新计算的数值5.5%）。不过，“水星这颗星球到底什么样，对此我们几乎什么都不知道。它表面具有什么性质，我们知之甚少，甚至可以说一无所知。”鲍尔说道。[我们其实也是直到1974年NASA（美国国家航空航天局）“水手10号”飞行器抵达其表面之后才开始知道。]

通过观察下一颗行星——金星，天文学家可以获得一把丈量天空的尺子。就像月亮有时会从太阳前方经过一样，金星也会如此，只不过非常罕见。“金星凌日”现象会间隔八年出现两次，但这两次之后，下一轮两次再出现就要等上100多年了。1874年，发生了一次金星凌日，1882年是第二次。“（然后）一直到2004年才会再出现这样的天文现象。”鲍尔讲述道。（他说得对，而且我们在2012年看到了另一次。再下一次直到2117年才会发生。）如此罕见，也就意味着金星凌日在19世纪可谓是大事件。“我不敢想象还有其他什么值得庆祝的事情，会比这些事吸引更多人的兴趣。”它提供了“一种有价值的方法，用以研究地球与太阳的距离”。在地球的不同位置观察，你可以发现金星凌日现象起讫于略微不同的时间。与金星之间的绝对距离（比如以英里为单位）就可以利用这一差异进行计算。金星、地球与太阳之间以百分比为单位的相对距离早已被知晓，地球与太阳之间的绝对距离就是以此精确计算的，从而确定大约是9300万英里（1.5亿千米）。

说到火星的时候，一台望远镜揭示了这颗行星的一些特点，但也只是一些大致特征。“火星上的某个目标……至少要有圣保罗大教堂的100倍宽，才可能被天文学家识别出来。”鲍尔说道。这颗红色星球上只附着了一层薄薄的大气，但“对于大气中的成分，我们其实什么都不知道”。（如今我们知道它只有一层由二氧化碳构成的单调大气，还不足地球大气密度的1%。）鲍尔还提到两颗火星的卫星——火卫一与火卫二——1877年才被发现。“火卫一与火卫二的英文名字福波斯（Phobos）与得摩斯（Deimos）其实来自《荷马史诗》中的两个人物，他们的职责就是守卫战神马尔斯，在他的战马两侧共轭。”（译注：在《荷马史诗》的《伊利亚特》篇章中，马尔斯是战神，火星的英文名Mars来源于此。福波斯与得摩斯守护在战神两边，作为马尔斯的从神）罗伯特·斯塔威尔·鲍尔（1840—1913）

鲍尔于1840年出生在都柏林，在成为爱尔兰人罗斯勋爵（Lord Rosse）的伙伴后，他开始了他的天文学职业生涯。罗斯勋爵捐出自己的财富建起了当时世界上最大的望远镜，被称为“帕森斯城的利维坦”。在维多利亚时代的英国，鲍尔继续作为一名勤奋的科普工作者在活动，也是一位杰出的天文学拥护者。据估计，他在1875—1910年间的一系列活动中共做了2500场演讲。他在1881年的首次圣诞讲座非常受欢迎，以至于他在1887、1892、1898和1900年四度被邀请担当圣诞讲座讲者。

鲍尔也告诉他的听众，火星“最引人注目”的观测成果来自美国天文学家珀西瓦尔·勒韦尔（Percival Lowell）。“勒韦尔先生特别注意到这颗行星表面上壮观的线条，这也是其‘运河’（canal）之名的由来，它们会呈现某种程度的周期性，这几乎令人确信，它们是在某种智能生物的引导下建造的。”这其中一部分误会其实是源于一次低级的误译。意大利天文学家乔瓦尼·斯基亚帕雷利（Giovanni Schiaparelli）称这些线条为“canali”——在意大利语中表示水道的意思。当这个单词被错误地译为“运河”之后——这也就暗示着它们是由某个智慧文明建造——公众对火星的兴趣也骤然上升。这些“运河”后来成为一些激烈辩论——也包括圣诞讲座——的主题。争论持续了几十年，而很多人都质疑它们是否真实存在。

鲍尔随后带我们参观了四颗气体行星：木星、土星、天王星和海王星。它们距离太阳很远，那里的光线也更暗。然而，“它们虽然处在昏暗的位置，看似会受到影响，但其实影响很有限，因为非常大的可能性是，不会有任何生命在那里定居”。

他解释道，自从伽利略在1609年第一次观察到木星的“四胞胎”卫星之后，其总数就再也没增加过，一直就是四颗（第五颗直到1892年才被发现，后来又陆续发现了62颗）。而它们相比“我们这颗迟钝的月球，可谓是非常活泼而富有生机，月球需要一个月才能绕地球一圈”。木卫一“伊奥”是最轻快的，绕木星轨道只需不到两天。这些卫星偶而从木星前方掠过，就像我们看到的金星凌日那般。然而这样的“木食”对我们来说发生在不同的时间，这取决于地球与木星在此时所处的位置。当这两颗行星远离之时，木星系统的光线需要更长的时间才能抵达地球。天文学家利用这一延迟的时间计算光速，这也是鲍尔所谓的“最美丽的科学发现之一”。1900年鲍尔在皇家科学院进行讲座

我们的演讲者接着开始讲述土星，当然重点是说它的环。“想象一下你就站在土星的赤道上，然后抬头望着这圈壮观的环，而它的边缘一直延伸到天际线以外。你也许真的是站到了一扇跨度10万英里（16万千米）的拱门之下。”天王星是由威廉·赫歇尔（William Herschel）在1783年（一说1781年）发现的，对这颗行星的后续研究暗示着还有另外一颗行星的存在。就如同水星的引力会影响恩克彗星的轨道一样，海王星也拖着天王星——“对比理论计算出它本来应该待着的位置”，后者“有那么一丝误入歧途”。（1843年，天文学家开始寻找“嫌疑犯”，并且在1846年守株待兔，将海王星逮了个正着。）

在开始第五场演讲时，鲍尔宣布道：“现在，我们不得不讨论一下很多具有最不规则形状的以及描述最‘站不住脚’的天体。”他指的是大量彗星——比如恩克，它们就像鬼魅一样在太阳系中游荡。“我们几乎不知道它们是从哪儿来的，只知道它们是从外太空而来，而且饰以闪亮的华服，质地几近散发出圣洁之光。”彗星具有高椭圆轨道，这意味着它们在朝向太阳猛冲绕行之前，会将主要的时间都花费在太阳系“郊外”那漫漫长路上。很多轨道都非常长，以至于过去当彗星光顾地球之时，竟没有天文学家发现过。所以，你可以想象他们捕获彗星之时的兴奋程度了。

新彗星抵达的消息需要快速被传播。“彗星的移动速度通常比女王陛下的加急信还要快，所以这就需要用电报来传递消息。”鲍尔说道。但通过电报传递长信息充斥着差错与误解的风险。“这些困难通过天文学家之间的一个共识得以克服，这十分简单也十分有趣，所以我必须在这里介绍一下。”每一位天文学家都配有一部《韦氏词典》。比方说，新发现的彗星在天空中的坐标是123º45′，那么需要传递信息时，他们就会翻到词典的第123页，找到当页第45个单词（鲍尔用的词是“选民”），这个词便是他们通过电报传递的全部信息，告诉大家一个太阳系外层游客来访了。

在鲍尔的最后一场演讲中，他转而讲述超出太阳系的整个物质世界，也就是所有恒星。他在展示板上给我们画出了一幅很小的太阳系示意图。但我们应该在哪里摆上天狼星？这是距离地球最近的恒星之一，也是夜空中最亮的一颗恒星。“这张画板必须延伸到讲堂的墙壁以外，穿过伦敦……它大概得从我们现在聚在一起的这个地方，延伸出去约20英里（32千米）才够……你看我们这颗太阳和它的行星们在空中所占据的位置是多么孤独。”在夜空中我们看到的所有恒星都是一颗颗“太阳”。“或许也有些行星在围着这些‘太阳’旋转，但对我们来说，看见这些行星简直是毫无希望。”（当时或许是毫无希望，但如今天文学家已经发现数千颗在遥远恒星周围绕轨旋转的行星了。）

他让我们想象这些恒星像小船一样在广阔的大海中漂浮：

在这些船里有各种物体与生命：船长和船员、乘客、客舱、引擎、救生艇、绳索，还有储藏室。想象一下那儿储藏着各种珍宝，夜晚时分映照于大海之上，而能够表明这精巧结构存在的唯一标志，无非就是偶然从它那里发射出的几束光线。我们也许已经很确定地感受到，对一艘大西洋轮船来说，船上的一点微光完全不足以给出其性能与容量的信息，同样，闪烁的星星也完全不足以展现无垠宇宙最绚烂的概念以及其中的各种关联。

他说得多正确啊！我们如今还在构建有关这些系统的知识，就像环双星行星开普勒-16b——一个环绕两颗而非一颗恒星的世界——的发现那样，那里的任何居民都可以看到两次日落，也会有两个影子做伴。宇宙中这些浩瀚的复杂体，委实能让我们屏息凝神。第二章一颗陨星的故事詹姆斯·杜瓦爵士（Sir James Dewar）1885

这些定期发生的流星雨，是地球通过散落于太阳系中的尘埃流时产生的现象，而这些尘埃流就如同某个曾在此处游荡的彗星撒落下来的一缕面包屑。

不可思议的时空探索之旅

1.陨石是什么？

2.流星划过天空时，光束是怎么产生的？

3.陨石的成分是什么？

4.流星雨是怎么产生的？

太空并不总是像它看上去的那样广阔得不可触摸。偶尔，外太空的一些“使者”会从天而降，摔落到地球上。在杜瓦爵士的讲座中，他将注意力集中在陨星这一令人迷醉的目标上，它们不仅会在撕开天际之时发出梦幻般的光芒，还会带来很多重要的信息，如它们曾经到过的地方。通过它们，我们不必离开地球，便可以获知很多有关太空的事。

根据1885年12月30日出版的《每日新闻》（Daily News）报道，这一年的系列讲座一如既往地受欢迎：“跟往常一样，这次讲座在开场前一小时就已经满座，由于放假在家，爱好科学的年轻学生对儿童预留专座提出了巨大需求……讲桌上的设备比过去很多次讲座摆的都要少，不过有很多陨石藏品，其中一些还是大颗的。”

除了这些珍品以外，讲座正式开始之前，我们还看到了一幅巨大的示意图。那是一张欧洲地图，显示的是陨星曾经掉落过的位置。杜瓦解释说，这些陨石其实都是从太空降落下来的石块或金属块。然而，它们只有掉落到地球上之后才会被称为陨石，当这些物体还在空中飞时，它们会被称作流星。听众此时可以看到一张讲解图，上面有很多运动物体的速度，其中重点标记出了陨石的惊人速度。一辆快速列车的速度可以达到每秒90英尺（27米），同样的时间里声音可以传播1100英尺（330米）；地球在轨道上运行的速度大约是每秒18英里（28.8千米），然而对比之下，陨石与彗星在太空中猛冲时可以达到每秒36英里（57.6千米）与每秒45英里（72千米）。詹姆斯·杜瓦爵士（1842—1923）

1842年，杜瓦出生于苏格兰珀斯郡（Perthshire）。作为化学家与发明家的他，最为世人熟知的，莫过于他在1892年发明的真空容器。这是现代保温容器的开山鼻祖，无论瓶中物质的温度相比环境来说是过热还是过冷，它都可以使之保持。在使用钯元素进行实验时，他突发灵感，将一个黄铜腔置入另一个腔体，以调控内部的温度。他最初制成的容器如今仍在皇家科学院展出，彼时他正在皇家科学院担任富勒化学教授[译注：Fullerian Professor of Chemistry，由慈善家约翰·富勒（John Fuller）生前赞助创立，第一个获此基金赞助的是著名物理学家、化学家迈克尔·法拉第，而詹姆斯·杜瓦于1877年起担任这一职位]。对于退休的要求，他不管不顾，一直坚守在这一岗位，直到1923年在皇家科学院的住宅里离世。杜瓦一共开办了10场圣诞讲座，总数仅次于迈克尔·法拉第与约翰·廷德耳（译注：John Tyndall，著名物理学家，他所发现的“廷德耳现象”应用十分广泛），成为史上第三。

杜瓦特别提到了一件奇闻。1860年，一颗流星不幸撞入了地球的大气层。它划破天际，在印度旁遮普地区杜尔姆萨拉（Dhurmsala）的上空发生猛烈爆炸，炸成很多碎片，比大炮齐发的声音都要响亮。任何人如果想要捡起散落的碎片都不得不立即丢掉，因为它们实在是冷得出奇。这是由于，在外太空那样一个酷寒的世界里，石块被极度冷冻，而大气的热量很难穿透到冰冷的岩石内部。杜瓦还解释，巨大的响声其实在爆炸之前就出现了，因为太空岩石在飞快地旋转。他通过一只旋转的轮子证明了这一观点——那轮子的确发出了刺耳的声音（在皇家科学院档案保存的一本笔记本上，可以看到杜瓦勾勒出的这一装置，见第26页）。

这样的事件发生时，天空中通常会伴有一道炽热的光束，仿佛飞速的流星碾碎了空气中的粒子一般，摩擦力则导致它变得过热。借助那些捆扎在车床上被设计用于模拟流星的装置，我们得以发现线速度与温度之间的关系。当旋转的线速度达到每秒180英尺（54米）时，就足以让装置的温度上升了。陨星

杜瓦给我们展示了在这样疾驰的状态之下，陨石上的物质，尤其是那些细小颗粒，会产生怎样显著的反应。使沙砾高速撞向玻璃，玻璃表面遍布的麻点就是它受损的证据。通过一台砂轮，杜瓦也给我们演示了，这样的细小颗粒相对来说更容易着火。他收集了一些火花，随后在他的显微镜下向我们揭开了它们的真面目。有一些颗粒呈现完美的球形，这是因为强烈受热导致它们彻底熔化并形成球状液滴，随后又冷却、再次固化——科学家们所称的“熔合”过程。很明显，坠落陨星的最外层就像杜瓦那台砂轮制造出的火花，经历了熔合过程。然而，这个过程在空气中持续的时间实在太短，所以熔合层还没有一张纸厚。通过一个令人兴奋但需要一定勇气的实验，杜瓦展示了物体中心的温度可以与其边缘的温度相差极大（杜尔姆萨拉陨星这个案例也一样）。他将熔融的玻璃倒入一盆冷水，玻璃随后便开始固化。突然，他将手伸入水中，将玻璃珠取出并放到讲台上砸个粉碎。很显然，玻璃珠的内部还是白热状态，并持续发光了一段时间。这与陨星的情况正好相反。尽管如此，这仍然是个令人记忆深刻的证明过程。

通过将一颗陨石放入一杯水中并观察排出的水量，杜瓦证明了它大约有多重。这些陨石主要由铁和镍构成，排出的水量多于地球表面你所能见到的大多数石块。

接下来，他开始证明陨石的成分与地球的熔岩类似。此时在展示板上出现一张高倍放大的陨石晶体结构照片，随后出现的则是熔岩的对比照片，两者的相似性十分引人注意。因此，令人确信的是，这些陨星是远古火山向太空中喷发出的石块，只是在后来某个时刻又落回地球上。（不过，如今我们已经知道事情并非如此，这些太空岩石比地球的年龄古老得多。）

杜瓦在其身后的屏幕上展示了一些壮观的火山照片，并特别关注了维苏威火山（译注：Vesuvius，位于意大利南部，著名的庞贝古城在公元79年因该火山的喷发而损毁）。火山喷出的蒸气云射向天空高处，同时他指出，这些物体所到达的高度，正是人类此时刚刚企及的。1886年1月8日出版的《每日新闻》报道称：“他说，还没有人到过大气层中比5英里（8千米）更高的高度。毫无疑问，终有一天会有人升空到10英里（16千米）处，但这需要的装备与现有的迥然不同，他们恐怕必须自己带上空气，也许还得把全身包裹起来。”杜瓦说得没错，2014年，谷歌公司的高级副总裁艾伦·尤斯塔斯（Alan Eustace），穿着定制的加压太空服，带着生命支持系统，从25.7英里（41千米）的平流层一跃而下，打破了此前由跳伞员费利克斯·鲍姆加特纳（Felix Baumgartner）在2012年创下的纪录。讲座安排表封面

杜瓦指出，在如此高的位置，大气要稀薄得多，但仍然可以导电。为了阐明这一点，他用气泵将玻璃瓶中的大多数空气抽出，随后给置于其中的红宝石通以电流，制造出了色彩斑斓的壮观景象。

如果在一个晴朗的夜晚外出，或许还需要远离城市里的明亮灯光，那么你将很可能撞见偶尔划过天空的耀眼光带。它们就是流星（也被称作“飞星”）。当然，它们压根不是星体，但当它们冲进大气层时，细小的太空尘埃就会变得白热而明亮。杜瓦指出，每一年都有几次广为人知的流星雨——流星集中爆发，持续好几天。每年8月与11月的年度秀尤其引人入胜，此时地球带着我们来到了尘埃的路径上。就在此次讲座前不久，瑞典城市乌普萨拉（Uppsala）还报道了一次令人记忆深刻的流星雨，当地人肉眼可观测到多达4万颗流星。据估计，在此次流星雨期间，总共有15万颗流星闯入了大气层，但其中只有一部分被认了出来。

这些定期发生的流星雨，是地球通过散落于太阳系中的尘埃流时产生的现象，而这些尘埃流就如同某个曾在此处游荡的彗星撒落下来的一缕面包屑。然而，相比这条轨迹的尺度，我们这颗行星实在是太小了。《每日新闻》的另一篇文章提到了杜瓦此时打的比方：“这就好像是一个只有四分之一英寸（0.64厘米）厚的身体穿过一辆足有一英里（1.6千米）长的列车。当地球穿过这辆流星列车时，一些流星自然会被地球的强大引力吸引，这就造成了它们的大量坠落。”为了证明地球的引力究竟有多强，杜瓦制作了一块巨大的磁铁，那还是之前为迈克尔·法拉第特制的设备，重达2英担（大约100千克）。它将物体吸向自己，就如同地球吸引流星一般（虽然利用的是电磁力而非万有引力）。

流星发出的光芒可以用于确定它的成分，这就是光谱技术。流星产生的光线，穿过一台光谱仪（一种通过棱镜使光线变向的光学仪器），并发射出一系列彩色明线，即所谓的“发射光谱”。每一种元素都有专属于自己的一套发射光谱，因此我们只需要将流星光谱上所看到的线与已知线谱进行对比就可以了。杜瓦通过一只电坩埚和一台光谱仪对此进行证明。他先是投入了一小粒钠，后来还放了碳，于是我们可以看到当它们被加热时所产生的发射光谱。接着，他投入了一些磨碎的流星物质，非常肯定的是，我们看到了同样的线条。流星里肯定含有钠和碳。杜瓦1904年在皇家科学院做讲座时的油画

在当时，科学家们开始思考，认为流星与地球之所以都由相同的物质构成，是因为它们具有相同的来源。1886年1月10日出版的《劳埃德画报》（Lloyd’s Illustrated Newspaper）对杜瓦的最后一场讲座进行了报道，“现代观点认为，在非常遥远的某个时期，我们所处的这整个系统，并不是以液体或固体的形态存在，而是一团气体，随后气体逐渐凝结，变得更明亮，并释放出大量热”。如今的天文学家应该会同意这一点。

好了，到了本年度系列讲座闭幕的时候了。根据《每日新闻》报道，“杜瓦教授向他的青少年听众致谢，感谢他们的关注；又向更年长的一些听众致谢，他们常常是台下的主力，杜瓦很感激他们耐心地听完了这些原本为初中生准备的讲座”。不过他还有最后一张王牌要展示。矿物学家詹姆斯·R.格雷戈里（James R.Gregory）从杜尔姆萨拉陨石上切出了很多小颗粒，然后将它们分给每一个孩子做礼物，并附送了一本小册子，其中包含了一段戏剧性的解释，也就是一颗太空岩石从天而降的那一天所发生的一切。讲座手册封面

以下内容来自档案

虽然讲座是在130多年前举办的，但杜瓦在1885年圣诞讲座上留下的一些手工制品仍在皇家科学院的档案室里保存完好，包括一本随杜尔姆萨拉陨石一同送给参会孩子的小册子。其中，有一段于1860年7月28日送达旁遮普政府的报告，开头是这样写的：

1860年7月14日，星期六。当天下午2：00至2：30，杜尔姆萨拉观测站人员受到可怕的爆炸声惊吓，开始他们猜测这应该是一场巨大的爆破，或是站点上方某个地方的矿场发生了爆炸；其他人则猜测可能是发生了地震，或是发生了一场特别大规模的滑坡，因为坚信房子会倒塌，将他们掩埋，于是都从自己的房间里冲了出来。

档案资料里还有一本杜瓦手写的原始笔记（可以看到右图的封面，以及下一页中的一些手写内页），在本子上他潦草地记载着自己的一些想法，事关他可能在1885年讲座期间进行的示范。笔记本有轻微的放射性，那是他当时在实验室操作的其他实验导致的（放射性现象直到10年后才被发现，因此杜瓦并不知道自己暴露在危险之中）。在其中一页上，你可以很清晰地看到他勾勒的一些车床设备，他在第二场讲座中用这些设备演示了伴随流星出现的温度上升现象。在另一页上，有一幅用来解释镀锌这种化学过程的电路图，即采用薄薄的一层锌保护铁使其不生锈的方法。

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