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行星科学家,天体生物学家,加州理工学院NASA喷气推进实验室太阳系探测项目科学家。
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听 起来或许比较奇怪,尽管很讨厌机场的警戒线,但我必须承认,当我站在那里,脱去外套、取下手表或其他带金属的物件,等待经过安检门时,我一半的心思已经飘荡在可能存在于太阳系中、那遥远的茫茫海洋之上了。
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这些海洋隐蔽在覆盖整个木卫二、木卫三、木卫四(木星的卫星)、土卫二、土卫六(土星的卫星)的冰层下。这些地方的海洋均为液态水,就如在地球上我们所熟知和热爱的水一样,它们存在的历史可能与太阳系一样久远,大概有46亿年了。这些水的总体积至少是地球现有水体积的20倍。从我们找寻地球之外生命的角度看,这些海洋是第二个生命的起源和外星生态系统进化的首选之地。
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但我们怎么才能知道它们是存在的呢?这些卫星被皑皑冰雪所覆盖,我们无法从宇宙飞船俯瞰到液态水。这个时候,机场安保系统就可以大显身手了。在你走过机场安全门之时,犹如经过一个快速变化的磁场。如果你将一块导电材料带进一个不断变化的磁场中,物理定律会导致电流出现并产生二次磁场。这个二次磁场通常被称为感应磁场,是由安检门的主要磁场所引发的。安检门的检测器可以感应到磁场的存在。当检测到磁场时,警报随之响起,你就会被带到特别搜查的队伍里去。
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在探索遥远世界的海洋时,同样的基础物理学也得以大量运用。木卫二就是一个不错的案例。回溯到20世纪90年代,美国国家航空航天局的伽利略宇宙飞船多次飞越木卫二,飞船上的磁场感应器发现木卫二并没有很强的内在磁场。相反,木卫二却存在一个感应磁场,该磁场是由木星强大的背景磁场所形成。换句话说,警报器响起来了。
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但要让警报器响起来,必须有一个导体。木卫二的数据显示,其导体层接近其表面。其他证据已经表明,木卫二表面的150公里都被水覆盖着,但这些数据并不能帮我们来分辨那些是固态坚冰还是液态水。然而,对上述的磁场数据,冰并不发挥作用,因为冰不是一个好的导体。溶有盐的液态水,譬如地球上的海洋,就是导体。最符合数据的推论有:木卫二有一个约10公里厚的冰层壳体,在壳体下有一片大约100公里深的全球海洋。海洋之下则是岩石海底,或许充满了深海热泉和奇异的外星生物。
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所以说,下次你在机场接受安检时,如果排在你前面的人让你临近崩溃,因为他的皮带、钱包和手表都让警报频频作响,那么你最好深呼吸一下,想想我们现在知道的那个遥远的、或许适合生存的海洋。感恩美妙的物理学,它让你的思绪天马行空的同时,也错过了自己的航班。
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世界因何美妙而优雅地运行 47PLATE TECTONICS ELEGANTLY VALIDATES CONTINENTAL DRIFT大陆漂移之谜
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保罗·萨夫(Paul Saffo)
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科技领域预测专家,斯坦福大学工程系顾问教授。
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板 块构造论是对至美理论——大陆漂移说的阐释,该阐释令人称奇并十分优雅。困惑与解答皆为远在天边、近在眼前。一代代转着地球仪的学生们都会注意到,南美洲凸出来的部分与非洲的海湾完美契合,加利福利亚半岛看上去好像是从墨西哥大陆切出来的。上述这些和其他更多的微妙线索引导了阿尔弗雷德·魏格纳(Alfred Wegener)在1912年德国地质学会上提出,大陆在当时曾是连接在一起的。他的这条美妙的理论,在当时却得到了一片嘘声和科学界的斥责。
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魏格纳的理论问题在于缺乏一种机制。批评者们轻蔑地断言,较轻的大陆板块绝无可能穿越密集且坚硬的海洋地壳。包括魏格纳在内,没人会想象得到,有一种能够推动大陆运动的力量。作为一名地球物理学界的气象学者,魏格纳对此也束手无策。1930年,魏格纳死于格陵兰岛的探险途中,而他的理论也被世人冷落甚而忘却。
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与此同时,这个被忽略的机制,其暗示随处可见,但要么是太小,要么是太大,以至于总被人们忽略。就如同蚂蚁趴在地球仪上,渺小的人类无缘一见那些显而易见之物。只有强大的科学新工具出现之后,才能掀开大陆漂移的隐藏证据。声呐沿着海洋底部,追溯到如拉链一般的神秘线状脊峰。把磁力仪从海床处拖拽之后,可以绘制出对称的、如斑马纹般的逆磁化模式。地震将板块的边界传递给地震仪,再利用放射测年法则测算出深邃时间的刻度。
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魏格纳辞世30年后,板块构造机制再度清晰地出现在人们的眼前。大陆不需要有任何的穿越,因为它们漂流在地壳之上,犹如棉花糖粘在一块正在冷却的热巧克力上。海洋地壳像传送机一般运动着,新的地壳在海洋中央产生,而老的地壳则下陷、销毁或是在板块与板块之间联结处被推挤形成高山。
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优雅的理论归属于库恩式的范畴,从旧范例中滤出黏合物,使得新理论拥有发展空间。在20世纪60年代中期,板块理论从质疑当中逐渐站稳脚跟。矛盾一瞬间成为合理的存在,矛盾的终结也变得自如许多,以至于无人会认为这些大陆板块曾经在很久以前联结在一起过。大陆被视为流浪者,喜马拉雅山被认为是印度板块与其接壤的欧亚板块碰撞的结果,显而易见的是,新的大洋将会在非洲的东非大裂谷中产生。在这个美妙的理论预测能力和对其优雅的阐释面前,神秘犹如多米诺骨牌一样纷纷倒下。对魏格纳的质疑销声匿迹,魏格纳终获昭雪。
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世界因何美妙而优雅地运行 它们起初都是“不过如此的故事”,而最终变成了特别的故事,这就是科学的先进性所在。
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They were just-so stories until they weren’t, in other words. That’s the way science advances.
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——丹尼尔·丹尼特(Daniel C. Dennett)
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世界因何美妙而优雅地运行 48WHY SOME SEA TURTLES MIGRATE海龟迁徙的秘密
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Daniel C. Dennett 丹尼尔·丹尼特
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