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第一章 神秘的宇宙（第2页）

寻找天体的运行规律

在哥白尼提出“日心说”以前，“地心说”统治了人类数千年。正是从哥白尼开始，人类才逐渐对天体运行及其规律有了正确的认识。古人观天象，发现太阳自东而升，自西而落，星空日隐夜现，就觉得日月星辰都是围绕着地球运转的，因此普遍认为地球就是宇宙的中心。其实这种说法是不正确的。

哥白尼的日心说在近代科学发展史上具有重大的革命意义以及非同一般的影响，它不仅仅是发现了古人没有发现的新的天体现象，还在于它解释了天体运行的规律时独特的角度。正是这种角度的确立昭示了现代科学，甚至现代理性主义的诞生。哥白尼描绘的太阳中心的太阳系天体现象，是人类至今也没有实在地观察到的。那是只有到太阳系之外的某个地点才能实地地观察到的现象，而人类至今也并没有能够离开太阳系。也可以说，哥白尼描述的太阳系，是只有“上帝”才能观察到的景象——从某个超越的观察点观察到的景象。

但由于受到历史条件的限制，这一理论也存在着不可避免的缺点和错误。譬如说，哥白尼认为行星运动的轨道是圆形的，因为轨道应当是“完美的”，而只有圆形才是最完美的，所以，行星围绕太阳运动的轨道是圆形的。这完全是一种主观猜测，并无事实根据。大约66年后，德国天文学家开普勒纠正了哥白尼学说中的这一错误观点。

开普勒1571年生于德国南部的一个叫威尔的小镇，他中学毕业后就考入了蒂宾根学院。在那里，他接受了麦斯特林教授的观点。麦斯特林信奉哥白尼主义，所以，他常将日心说的观点也灌输给了自己的学生。开普勒勤奋好学，经常向老师提问，于是引起了麦斯特林的注意，并获得了他的赏识。开普勒和老师的关系非常好，他经常拜访老师，而麦斯特林则时常为开普勒详细讲述行星绕太阳运行方面的知识。这样，开普勒渐渐成了日心说的拥护者，他很钦佩哥白尼的学识和勇气。天体运动看起来杂乱无章，但哥白尼却从中找到了简单明了的规律，这一点尤其令开普勒敬佩。

1600年，开普勒应邀来到布拉格，同第谷一起研究火星运动。1601年，第谷去世，留下了大量观测资料，开普勒利用这些资料继续研究火星的运动。按照传统哲学的定义，匀速圆周运动是最为完美和理想的运动。开普勒根据这一观点来计算火星在其运动轨道上的位置。经过无数次计算，其结果总是与第谷的观测结果有出入，至少差8分以上。受条件限制，当时的观察精度不高，因此，这不能算是一个很大的误差。开普勒熟知第谷一丝不苟的研究态度，因此认为老师的观测数据必定没有问题，误差一定是自己的计算问题。他决心找出误差产生的真正原因。

开普勒坚持不懈地潜心分析，终于观察到火星的运行轨道并非圆形，这与哥白尼所持的观点相悖。他细心研究了火星年复一年的运动，终于发现了自己在计算中的错误。原来，行星在太阳附近空间里运行的轨道并非圆形，而是椭圆形。事实上，圆形只是椭圆形的一个特例。太阳实际上位于行星运行的椭圆轨道的一个焦点上，所以在行星绕太阳作椭圆形运动的轨迹中，存在着离太阳远时的近焦点，和离太阳近时的远焦点。这是开普勒研究火星的第一个重要发现，他将其总结为一条定律。后来人们称之为“开普勒行星运动第一定律”。

行星与太阳之间的距离的远近影响到行星沿椭圆轨道运行的速度；行星和太阳的连线是行星的向径，它在相等的时间内扫过的面积相等。这就是著名的“开普勒行星运动第二定律”。

开普勒又研究了9年时间，终于总结出了一个新的行星运行规律，这就是在天文学中非常著名的“开普勒行星运动第三定律”。

牛顿曾说过：“如果说我比别人看得远些的话，是因为我站在巨人的肩膀上。”开普勒无疑是他所指的巨人之一。开普勒对天文学的贡献几乎可以和哥白尼相媲美。因为他更富于创新精神，他所面临的困难相当巨大。事实上从某些方面来看，开普勒的成就甚至给人留下了更深刻的印象。

地球是如何形成的

地球是目前人类所知道的惟一有生命存在的星球，也是目前人类生存的惟一家园。诗人们常常亲切地把大地比作自己的母亲。的确，地球对人类的生存和发展的关系太密切了。地球不仅以它那无尽的宝藏养育着我们，为我们提供生殖繁衍的环境，而且可以说连人类本身也是地球发展到一定阶段的产物。正因为如此，古往今来，不知有多少人在辛勤探索着地球的奥秘。在浩渺的宇宙中，为何只有小小地球能适合人类居住？地球到底是如何形成的？人们一直在思索着这些问题。

地球史是不可逆的，也是不可重复的，有着自己的演化史，正像世间一切事物一样，地球也有自己的孕育时期、童年时期、现阶段的青壮年时期，未来的地球也必将走向其衰老和死亡。

地球总的历史已有46亿年，但人类产生才300万年左右，人类文明史却只有6000年左右，只是历史长河中短暂的一瞬。人类对漫长早期史的了解是不能直接观测到的，但是，地球史有其本身的发展规律及其周期系统，因而地球史呈现明显的阶段性，根据各种类型的岩石、化石、岩层变形的迹象、岩层或岩体之间关系等地质纪录，利用放射性同位素衰变测定法、氨基酸消旋测定法、古地磁法等现代科技手段的探测研究，可把地球演变发展史分为以下五个阶段：

1、地球的诞生和它的童年时期

2、地球的少年时期

3、地球的古生代时期

4、地球的中生代时期

5、地球的新生代时期

历史在前进，人类探索的脚步也从来没有停止过。在关于地球起源的各种理论中，比较普遍被人接受且较早就产生的是星云说。科学家们认为在距今约50亿年前，宇宙大爆炸后，太阳系星云收缩，形成了以太阳为中心的太阳系。约4亿年后，地球开始形成。

前苏联的天文学家费森柯夫认为太阳因高速旋转而成梨形和葫芦形，最后在细颈处断开，被抛出去的物质就成了行星。抛出物质后太阳缩小，旋转变慢；一旦旋转加快，又可能成梨形而抛出一个行星，逐渐形成行星系。旋密特设想太阳在参加银河系的转动中，在穿越黑暗物质云时俘散了一部分尘埃和流星的固体物质，在其周围形成粒子群。后者在太阳引力作用下围绕太阳作椭圆运动并与太阳一起继续其在银河系的行程，最后从这些粒子群发展为行星和慧星（一部分成了流星和陨星）。

另外，法国生物学家布丰提出的“彗星碰撞说”曾一度引起人们的注意。法国生物学家布丰在18世纪就创造了“彗星碰撞说”。他认为彗星落到太阳上，把太阳打下一块碎片，碎片冷却以后形成了地球，即地球是由彗星碰撞太阳所形成的。这一学说打破了神学的禁锢。此后，其他科学家继承和发展了布丰的学说，将地球形成原因的研究又向前推进了一步。

然而，1920年，英国天文学家阿瑟·斯坦莱·爱丁顿却指出，从太阳或其他恒星上分离下来的物质都很热，以至于它们扩散到宇宙空间前还来不及冷却。美国天文学家莱曼·斯皮特泽在1936年证实了这一理论。

随着人们认识水平的提高和科技水平的进步，人类对地球的形成的认识将越来越深入和趋向统一。我们有理由相信，揭开地球起源之谜并不是一件遥远的事情。

地球上的水从哪里来

从世界地图上观看整个地球时，就能发现地球上陆地少、海洋多。说得确切些，陆地面积占29．2％，而海洋占70．8％。所以，宁航员在太空观看地球时看到的是一个蔚蓝的世界。科学家经过计算证明，海洋里的水有13亿7千万立方公里。如果把地球上的所有高山和低谷都拉平，再把地球上的水全都包围地球，那么地球表面的水就深达2400多米。地球真正变成一颗“水星”了。

虽然说地球不缺水，但是这些水中只有极少部分可供人类饮用。地球的表面三分之二是海洋，但这一片广阔的海洋里几乎全都是盐水。在我们居住的这颗行星上，只有不到3%的水是淡水，而其中有些还不是人类可轻松取得使用的。事实上，这些淡水中有三分之二以上甚至不是液体，它们是以冰冻的状态存在于南极和格棱兰大冰原的冰川中。虽然冰川融水对部分地区是很重要的资源，这些资源中大多数都不是人类可存取的。

剩下的地球淡水资源几乎都是地下水。地下水上升到地表面，补充溪流的水并浸湿湿地。地下水是可作为农业、工业、环境，以及饮用水源使用的重要水库。今天，据估计地球上所有饮用水的25%到45%由地下水提供。地球的地下水源中有些是在古代气候时产生，被认为是不可更新的水源。

那么，地球上的水资源是从哪里来的呢?为了揭开这个谜，科学家们进行了苦苦的探索。提出了这样的观点：地球上的水，是地球在漫长的历史进程中，由组成地球的物质逐渐脱水、脱气而形成的。现在，科学家认为地球是由星际尘埃凝聚而成的，在最初阶段，地球是一个寒冷的凝结团，是万有引力和颗粒间的相互碰撞，使这些星际尘埃物质紧紧地压缩在一起，形成原始地球。后来地球内部的放射性元素不断蜕变，凝固团的温度不断增高，最终形成我们可以居住的地球。

对组成地球的地幔的球粒陨石进行分析，发现它含有0．5％～5％的水，最多的可达10％。如果当初组成原始地球的陨石，只要有1／800是这些球粒陨石的话，那么就足以形成今天的地球水圈。问题是，当初是这样的情形吗？至今也没有定论。