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图10 月球引力产生的潮汐
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这是因为,吸引你的物体的质量和你与物体中心之间距离的平方还决定了重力的大小。月球的质量是地球的1/80,而它的半径比地球的小了3.6倍。因此,如果你站在月球表面,你与月球中心的距离要比地球上你与地心之间的距离小3.6倍。这意味着若两个星球质量相等,你在月球上受到的重力将会约是地球上的13倍(3.6×3.6)。加上月球只有地球1/80的质量,你在月球上所受到的重力将会是13/80——差不多是地球上所受重力的1/6。
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飞行中的科学 风口浪尖处
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和潮汐不同,海面上波光粼粼的浪花并非出自月亮之手,而完全蒙太阳所赐。太阳的光和热导致了气候的形成与变迁,包括风,风又促成了浪。(海啸是个例外,它是由地震和山崩引起的,但是,绝大多数的浪都是在风吹拂海面时形成的。)
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迷你浪花
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在玻璃杯中注入3/4的水。猛摇玻璃杯(如果你在飞机上,小心别把水溅在邻座的身上)。杯中的浪和海啸的浪类似。剧烈摇晃促成了这种浪,如地震。这些浪夹杂携着大量海水,横扫海面。
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接下来,把嘴凑近杯壁,朝水面轻轻地吹一口气。你将会看到水面上泛起微微涟漪。这些被称为风成波(wind wave),是一种海面上最常见的浪花。
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留心观察一下海浪,你会觉得它们一直在向前涌去,其实这是一种错觉。如果这些常见的海浪真的像它们看起来那样一直向前运动的话,它们将向内陆行进得更远,就像海啸那样以摧枯拉朽之势,越过海岸线,横扫岸边的城市和村庄。那些岸边或是海面中央常见的海浪带动水流以环形的方式运动,水流翻滚着朝上涌去,形成浪尖,接着又冲入海面之下,四下迸溅开来,开始新一轮的循环。海浪似乎是在往前移动,水流则上下循环不息——但其实,大部分海水都还待在原来的位置。
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许多浪头在海边看得清清楚楚,但若从机窗看下去,就不是那么明显了,这是因为海水几近透明,尽管它不停变幻出各种形态,但却叫人难以察觉。在空中,我们能看见的大多数浪被称为破碎浪(breaking wave),也叫做碎波(breaker)或是白浪(white horse)。这种浪在海岸边更为常见,因为随着水深变浅,水流更容易迸溅——不过在海面中央你也能看到白浪。
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随着海浪不断涌向高处,它离迸溅的那一刻也就越近。海浪越高,与海面形成的角度就越陡峭,浪头涌到最高处最终开始翻转着盖压下来,这一刻水花四溅,整朵浪花瞬间崩裂了。这种现象时常发生在浅海,因为,当浪花奔向岸边时,没有足够的深度能让海面以下的水流顺畅回流。我们之前提到了波浪中的水流是以画圈的方式上下运动的,离岸近时,水深变浅,圆圈压缩变小,因此水流被推动着朝天空翻卷。
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水的深度也会影响水流行进的方向。想想那些拍向岸边的海浪。为什么它们总是朝着岸边涌来,哪怕风向相反也还是逆风而来。水深变浅不仅改变着波浪的形状,还影响它们前进的方向,促使它们涌向大陆。
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海浪迸溅不只发生在岸边,海面上很多区域都看得见,只要振幅(浪的高度)够大。在开阔海面上,若有劲风持续吹上一段时间,白浪也会出现在大海中央。在浪头坍塌的瞬间,水流从平缓状态转为湍流(我们之后会谈到湍流)。崩裂的浪头狠狠砸入海中,湍急的水流夹带着大量的空气直冲入海面之下,产生白沫,这就是我们把破碎浪叫成白浪花的原因吧。
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飞行中的科学 海是什么颜色的?
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大海的颜色变幻莫测。当我们把许多截然不同的物体都跟“海”这个词扯上关系时,你大概也不会觉得有什么不妥吧。正如我们用“陆地”一词来描述许多地方一样,喜马拉雅山脉是陆地的一部分,美国的大峡谷也是陆地的一部分。我们通常认为海是乏味单一的水平面——但是,海底世界比我们所熟悉的大陆更加丰富多彩。
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例如,当我们说到山,海底就有数不胜数的山。世界上最长的山脉不是喜马拉雅山脉和/或是安第斯山脉——而是大洋中脊(the Mid—ocean Ridge),这条在水下绵延超过55000千米的山脉,途径大西洋,穿越印度洋,北上太平洋,接近美国西海岸。它比地球的周长还要长(它不是一条直线,而是由一系列海底山脉组成的)。说起山脉,夏威夷群岛上的莫纳克亚山(Mauna Kea)在海平面以上的高度是4200米,这个高度类似于阿尔卑斯山脉中的一些高山。但是,如果我们追随着莫纳克亚山潜入海底到达它的底部,它的高度将达到10200米,在莫纳克亚山面前,8800多米的珠穆朗玛峰也显得相形见绌了。
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尽管由于它的海底部分,莫纳克亚山被冠以地球上最高山峰的称号,不过,这的确要看我们是如何定义山了——因为在海洋中,存在着许多更加雄伟高耸的山峰。位于菲律宾东侧的马里亚纳海沟(Mariana trench)是现今为止发现的海洋最深的区域,海沟最大深处为海平面下11000米。相比之下,1830米深的美国大峡谷就如同一道地表浅浅皱痕了。
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