【知道SET】家园——地球

本集主题：家园——地球

主讲人：尔欣中

所在单位：云南大学中国西南天文研究所

我们生活的家园。是一颗非常普通的行星，它如同辽阔海洋中的一片绿洲，坐落于这个叫做“太阳系”的地方。

一方面，它是浩瀚星河中一个非常普通的一个天体。但是另一方面，因为它孕育的生命，所以它的存在又十分的特殊。今天我们就简单和大家聊聊这个人类生存的摇篮，地球。

我们的太阳系中有成千上万的天体，除了太阳之外呢，还有8个比较大的行星，我们称之为8大行星。如果按照离太阳远近来排序，由近到远地球排在第三颗。在太阳系的8大行星中，地球的个头比较小，但是密度大，属于岩石行星。很多大个头的行星，比如木星、土星都是气态行星。

地球是我们已知的唯一存在生命的星球，当然这个说法必须说是至今为止，也就是2019年夏天的时候我们地球还是唯一存在生命的星球。我们的天文学家们一直在积极的寻找地外生命，也就是外星人，但是为什么还没有找到呢？因为允许生命存在的条件十分苛刻。所以，我们就需要比较好的了解我们的家园行星“地球”然后才能按照地球的模式来寻找地外生命。

那地球有什么特点呢？这个单独说可能不好解释，我们就把地球和它的两个邻居做一下简单的比较，网上经常说没有比较就没有伤害，今天我们就来伤害一下地球的两个邻居，金星和火星。

其实这两颗行星在很多方面和地球很像。比如它们的质量大小，和离太阳的距离等。但往往就是差了那么一点，所以很多条件就都发生了天翻地覆的变化。科学上我们经常说这就是非线性效应。

比如金星它距离太阳要近一点，所以它表明温度就高很多，当然这和它的大气层比较厚也有关系，金星大气中温室气体含量非常高，造成金星表面不仅液态水无法存在，连很多金属都变得快要融化了，所以如果有人踩到金星表面，将会发现地上是软软的。

而地球就不一样了，现在地球上的大气层可以让地球恰好维持在一个合适的温度，水可以处在液体状态。不仅如此，地球的引力可以使得地球维持住地球的大气层，而不至于丢失掉。此外，地球还有一个比较强的磁场，可以来抵御太阳风的吹袭。而火星由于其质量比地球小，造成它的引力无法维持住它的大气层，所以火星大气非常稀薄，地表温差也非常的大。

我们还是回来说一说地球，具体它是什么样的一个结构。我们可以分两个方向，都是从地表聊起，一个是向上说说我们的大气。另一个方向是向下看看我们地球的内部结构。

先来看看我们的大气，科学家们把地球的大气分成了几层，但其实这些层之间的界限不是很明显，常常是混到一起的。

紧邻地表的空气比较温暖，因为太阳光不会直接加热大气，它们主要是会加热地表，然后再由地面加热空气，空气由此产生对流，热气上升，当冷却后又落下来。大气的这种对流循环就是产生天气的原因。离地表越远空气温度越低，大约到了11千米的高度时，空气降到了-60度。大约是一个非常模糊的概念，因为在极地上空这个高度可能是8千米，而赤道上空又变成16千米了。低于这个边界的空气层被称为对流层。

对流层大致上也是生物活动的区域。在这之上呢，空气变得稀薄，而温度不再下降，称之为平流层。平流层的温度随着海拔升高而增加，一直到大约地表上50千米，温度已经和海平面一样温暖了，尽管空气极其稀薄。平流层其实是可以从太阳光中吸收能量的，这也是为什么它越高温度随着上升。平流层中有一种氧元素的同素异形体大家都听说过就是臭氧，它是由三个氧原子构成，很容易吸收太阳的紫外辐射，分裂出一个氧原子，这个氧原子很容易和其他氧分子结合成臭氧分子或者和其他氧原子结合成氧气分子，然后再次吸收太阳光的紫外线，如此反复。这就是为什么海拔越高温度上升。而且平流层相当于地表生物的保护层，因为大量对生物有害的紫外线被终止在这一块。

非常有意思的一点是，虽然臭氧层从15千米一直延伸到了50千米，看起来很厚的一层。但是密度非常低，如果把它转换成我们地表空气的密度，厚度其实只有几个毫米。

在平流层之上是中间层，大气密度进一步降低，中间层有许多来自宇宙的小碎片降落至此摩擦燃烧，就是我们看到的流星。中间层之上是热气层，太阳的x射线和一些紫外线与这一层的分子原子相互作用，使它们电离，所以这一层又叫电离层。电离层有个特点就是它能反射低频的射电波，也就是无线电信号。早年的通讯手段就是利用无线电来实现远距离交谈。

再往上就是大气的最外层了，大约是500千米到750千米的高度，大气分子可以逃逸到宇宙空间中去了。但是大气没有一个明显的边界，因此用大气也不好定义地球“影响圈”的边界，而是用地球产生的磁场，或者叫地磁层。它的范围快达到月球的轨道位置了。关于地球磁场非常复杂，我们后面再说。

说完了地表的大气层，咱们再聊聊地球的内部。科学家们把地球内部也分成一层层来研究，这就有点像鸡蛋，最外面一层壳，里面有蛋清和蛋黄。地球内部是地壳，地幔和地核。地壳平均厚度呢，在海洋下大约是7千米，大陆下面是35千米。某种意义上讲，地壳是在地幔上流动的，这就造成了我们地球上的板块运动。地球的最内部就是地核，主要由铁镍等金属构成，有趣的是地核是由一个固体的金属球被液体金属包围。地核旋转的速度比地球整体还要快一点，由于它的旋转，造成了地球有一个比较强的磁场从地球核心一直延伸到了月球轨道。

所以说地球能存在生命的条件，除了它处在太阳系中一个比较适合的距离之外，还有它的自身特点，比如大气成分，可以抵挡大部分有害的辐射，保持地面上一个事宜的温度等等。此外，地球内部这个固体加液体的地核可以产生一个比较强的磁场，地磁场帮助抵御太阳风，使地球大气不被剥离掉。所以，维持生命的星球所需要的条件是十分苛刻的，这大概也是科学家们花了这么长时间，发现了数千颗行星，但仍然没有找到任何有外星人的迹象的原因吧。

最后想和大家说的一个东西呢，就是我们人类或者说我们地球上所有生物生活的圈子，大致上就是从我们海洋最深的地方，这个地理好的朋友应该知道是所谓的马里亚纳海沟，大约是海平面下1万多米，到我们地面上最高点，这个大家都知道是我们的珠穆朗玛峰8千多米。所以呢上下加起来大概是2万米，或者说20km。我们地球的半径呢，大约是6400km，也就是说我们的生物圈其实只占地球的半径大约1/300.这个数字可能不好想象。

打个比方，如果我们有一个大号的地球仪，我们人类或所有生物的生活圈其实就是这个地球仪表面那层油漆那么厚。换句话说我们的生态圈其实非常的脆弱。当今人类的诸多活动其实都在不停的影响着我们这个脆弱的生态圈，它一直在不停的恶化。

最后我们再啰嗦一句，至今为止，地球仍然是人类已知的，唯一适合生命的星球，为了我们的子孙后代有一个更好的生存环境，需要大家爱护我们的家园，保护我们的环境。有很多力所能及的小事，比如节约用水，用电。减少一次性消耗品的使用，垃圾分类回收等。不仅前刚刚的热门话题就是上海市强制垃圾分类回收，我觉得这其实是挺好的，应该逐渐推广全国来实施。

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