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鹿耳門公館藏經閣環宇萬象小百科> 宇宙與地球

1.宇宙誕生之暴脹論:
科學家認為宇宙是由「無」中誕生,誕生後立即以每1/(10之36次方)秒的極快速度膨脹。其中的真空能量都變成熱能而產生火球宇宙大霹靂。宇宙持續膨脹,溫度則逐漸下降。誕生30萬年後,電子和原子核
開始結合,光始得直進,這是我們藉光可以看到的最早期宇宙。此時發生的密度搖晃則逐漸成長而成為星系團、巨牆等現在的宇宙結構。

2.宇宙:
宇宙誕生自暴脹至今,時間約有150億年之久,範圍約有140億光年之廣。藉哈伯太空望遠境之助,人類所能觀測到的最遠天體,是距離地球140億光年的似星體,該星體有噴射流現象,似是誕生不久的活潑星系。
天文家估計,宇宙有一千億個星系,每個星系平均有一千億顆恆星。③到目前為止,人類尚不清楚宇宙是「封閉」,還是繼續「開放」膨脹,但就近代 科學家長期觀察與「都卜勒效應」的推論,遠方星系、星球有逐漸遠離的現象,其飛離的速度與距離成正比,也就是說,距離宇宙中心越遠,其飛逝的速度越快,亦即整個宇宙空間,是幾近均云地膨脹、擴張開來。

3.黑洞與蟲洞:
中子星和黑洞,是恆星經過超新星爆炸後之核心殘留,如果其質量在 1.5-3個太陽之間,它會收縮成中子星,如果是三倍以上,就會收縮形成黑洞。
中子星直徑一般只有10公里左右,並且幾乎完全由次原子粒子(中子)組成,其密度極大,一茶匙的重量就有十億噸重。
中子星是一種脈衝星,自轉的速度非常快,發射出兩波束的無線電波。
黑洞具有無限大的引力,所有物質(含光)都不能逃脫,會被吸入而消失於宇宙中。當黑洞擁有極大的質量時,呈現又紅又暗的顏色,隨著質量的減弱,蒸發速度越來越快,溫度極度上升,釋放的粒子漸增而逐漸發量,最後其全部的質量以類似爆炸的狀態蒸發消失。
事實上,科學理論驗證前皆從假設而來。「蟲洞」是一種假設,蟲洞有兩個缺口,經高速的運動,在時間延遲的理論下,回到過去或前往未來,皆可成立。

4.星球的生命循環:
星球如同動植物一樣,仍然有死亡與誕生的生命循環。科學家指出:星球壽命取決於重量,重量與太陽相若的星球,大約有一百億年的壽命。星球死亡前會發生超新星爆炸,產生的氧、氖、鎂、硫、鈣、鐵等元素,釋放於宇宙中之後,這些氣體會再度集結成星球,然後超新星爆炸死亡,如此過程週而復始。
恆星是散布於宇宙空間裡的星際物質逐漸集中而產生,其質量愈大則壽命越短。星球進入老年期後,就反覆膨脹而成為紅巨星,於最終階段,若恆星的質量與太陽相等則成為白矮星,質量為太陽10倍以上者,則演變成超新星,當其爆炸之後則成為中子星或黑洞。

5.地球:
地球位於太陽系內,太陽系為銀河星系之一。銀河星系呈螺旋狀,從側面看,中凸邊扁,約有10萬光年寬、120億年之久,約由2000億顆星球構成。整個銀河會在太空中旋轉,太陽位於銀河中心三分之二處,繞行銀河一圈約需二億二千萬年。以太陽為中心,太陽系內行星依序有太陽、水星、金星、地球、火星、木星、土 星、天王星、海王星、冥王星,水星最近太陽,冥王星最小(直徑2284公里)、最遠(距太陽49.3個天文單位),木星最大(直徑14萬3千公里)。
英文名稱:宇宙 Space、銀河系 Galaxy、太陽系 Solars、太陽 Sun、水星Mercury、金星 Venus、地球 Earth、火星 Mars、木星 Jupiter、土星 Saturn、天王星 Uranus 、海王星 Neptune、冥王星 Pluto、小行星 Asteroids、慧星 Comets。
太陽誕生約有50億年,直徑約140萬公里,核心溫度1400萬度、表面溫度5500度。太陽核心高溫、高密度,使得氫原子融合成氦,實際上係一巨大的氫彈,但因外層物質的重力,使「核反應」不會失控,發光至今50億年,為恆星。
地球誕生至今約46億年,地表百分之七十為水域。大氣層厚約500公里、地殼(矽酸岩)6-40公里、地函(固態的矽酸鹽物質)2800公里、外地核(鐵、鎳熔解為液態)厚2300公里、核心(鐵、鎳組成固態)直徑2400公里,赤道(東西)直徑12,756公里、南北直徑12,714公里、赤道周長40,075公里,繞過南北極之圓周長為40,009公里,軸傾斜23.4度,體積為10,830億方公里,表面積為5.1億平方公里,總重約為60萬億公噸。
地球被厚約五百公里的大氣所包圍:
1.外氣層:離地約500-數萬公里,密度極低,主要成分由氫或氦組成。
2.增溫層:離地約80-500公里,主要成分為氧,極光於此帶產生。
3.中氣層:離地約50-80公里,是流星或夜光雲出現之處。
4.平流層:離地約11-50公里,氣層安定,臭氧層或氣象觀測氣球停留此地帶。
5.對流層:離地約0-11公里,氣層對流活躍,雲與降雨現象出現與此層。地球80%的大氣都集中於此帶。

6.初始地球:
一聲大霹靂(Big Bang),宇宙形成了,直到45.5億年前,在現今所謂太陽系的地方,只是一片茫茫雲氣,然後這片雲氣開始收縮,星際星塵與氣體碰撞、結合、凝聚,最後形成了太陽和太陽系的九大行星。
地球是太陽系中,由內而外算來排序第三,與金星大小相若,比水星和老四火星都大了許多。這四顆是所謂的地球型的「內行星」,有堅硬的外殼。而處在外圍的外行星,則以大團的氣體為外圍,以液體為內裡,平均密度很低,可謂虛有其表,是木星型的行星。地球形成初期熔融作用使得地表滾燙酷熱,火山活動旺盛,以鐵鎳為核心的地核逐漸形成,較輕的氣體元素則外逸到地球表面,形成氣圈。
地球離太陽的距離似乎遠近適中,太近,則溫度太高,地表水會蒸發為水蒸汽。太遠,地表溫度低,水結成冰。遠近適中,使地球表面有液態水,供做構成生命的基本素材。不遠不近的太陽持續供應著生命的原始能源—太陽能。小行星不但冷卻快,又沒有夠強的「地心引力」抓住向外逃逸的氣體,地球的大小適中,有此殊榮,得以擁有水和空氣。
地球含有適量的溫室氣體─二氧化碳(CO2)。地球形成初期,太陽還很年輕,陽光強度只有目前的70%。太陽強度1%的變化可造成地球上氣溫 1~2℃的變化。這麼衰弱的太陽,似乎不能供養一個藍色、充滿液態水的地球,而只能是一個灰白的冰球;最早的大氣組成是星雲殘存留下的氣體,主要是氫與氦,是所謂「原生大氣」。年輕的太陽,熱力不足,經常噴發猛烈的日焰和太陽風,把輕輕的氫和氦氣一掃而光。幸好,地球初始時期,火山大量噴發,火山噴氣中含有大量CO2,成為當時大氣之主要成份。大量的CO2造成強勁的溫室效應,正好彌補了太陽衰弱不足之處,地表溫度不致太冷!另方面,CO2 濃度,又不像金星那樣高。金星的大氣二氧化碳含量高達90%,溫室效應達到523℃。

7.大海的誕生:
地質學者將地球的襁褓時期,從誕生的46億年前到39億年前,稱作超古元(Hadean)。初始地球,火山噴發旺盛,大氣中充滿水汽。當太陽系日趨成熟,天外飛來的流星、殞石也逐漸少去,火山爆發也因而減少,熱烘烘的地球表面逐漸冷卻下來,進入太古元(Archean)的時代。
大氣中的水汽量不可能無限量增加,當其趨近飽和點時,水汽凝結成水滴,甚而凍結為冰晶(視溫度而定),終而興雲致雨,落向地面。想像中,當時的水汽含量十分豐沛,氣候悶熱,因為沒有氧氣,也就沒有臭氧層,就沒有平流層。平流層有抑制雲層向上延展的「天花板」功能;沒有平流層的抑制,當時的雲層可以向上發展,又高又厚,上到十萬尺的高空,那種烏雲高厚,遮天蔽日的情景,想來十分可怕。如此高厚的暴雨雲醞釀出來的冰雹可能大如籃球,所下的雨「澍大洪雨,滴如車軸」,天象惡劣可想而知。
這個時期,地表還是熔融的岩漿,沒有堅硬的地殼、沒有海洋、沒有湖泊,整個地球是一團熔融的火球,放射性元素─鈾、釷、鉀等衰變產生的熱能,把整個地球燒得赭紅火爆!滂沱大雨和紛飛的冰雪落到地上,流淌成溪,匯聚成河,逐漸在低窪的地方累積成大片水域,原來「天地玄黃」,乾旱炎熱的地球表面覆上一層煙波浩渺的汪洋大海,橘黃火熱的「地球」,逐漸變成清涼蔚藍的「水球」了。
雲雨冰雪將大氣中的水汽移除,化身於萬頃碧波的海洋之中,這個過程也順便把二氧化碳一併清除。原來,水蒸汽凝結成水滴時,二氧化碳也就溶解在水滴之中,形成碳酸氫根離子,隨著雨滴落到地面。帶著碳酸氫根的雨水,有微微的酸性,碰到地表的岩石,起了侵蝕與風化的功能,碳酸氫根離子和鈣離子結合,形成碳酸鹽礦物,沈積在湖底與海底,也就是石灰岩、白雲岩了。此時,二氧化碳化身為水底的岩石,也就於焉從大氣中消失了。大氣中氧化硫和氯的命運和 CO2相仿,含有氯的水溶液落到地面後,與鈉離子結合,形成氯化鈉,也就是鹽,積聚在海裡,海水是鹹的,原因在此。
火山氣體中易於溶於水的氣體一一被雨水收拾掉,只剩下氮氣殘留在大氣中,成為大氣氣體中的主流,目前亦然。到了這個時候,以氮氣為主體的大氣層已經確立,地表上已有河川與海洋,侵蝕、風化、沈積等物理與化學的循環過程也大致定型。凡此種種,靠的是「水」,起了關鍵的作用。
從三十九億年前,太古元(Archean)時期開始了,以後的十三億年的漫漫時光中,生命初始,慢慢擴展成各式各樣的細菌軟墊,或堅硬的集團圓丘,靛紫藍綠,點綴在太古地球的池沼、湖泊及溫暖的淺海之中。由無生命的渾湯,到第一枚生命細胞的出現,是一條漫漫長路,在潮溼的地表,溫氣候,適宜的重力下,藉著長期能量的灌注,週期的變化,有機分子自化學反應中逐一形成。
總論,微行星的衝撞,形成厚約五百公里的原始大氣,溫室效應下,產生達一千公里的岩漿海,冷卻後,表面開始形成薄地殼。原始大氣中的水蒸氣變成高溫雨後,降至地表,原始海洋開始形成,此時二氧化碳為原始大氣的主要成分,一連串的化學反應,酸性變為中性,二氧化碳溶入海中,溫度逐漸成為常溫,天空也逐漸放晴,生命也逐漸孕育出來。

8.「行星撞地球」模擬:
小行星(或鄖石)撞上地球,撞擊瞬間,蒸發的二氧化琉、二氧化碳及細小岩片,在大氣中飛舞,順著氣流而覆蓋地球上空。周圍陸地發生大火,大量黑煙滿佈天空飄浮於大氣中。數年後,二氧化碳抵平流層後凝結成濃硫酸的氣溶膠,飄浮於平流層而化成靄,以致遮住陽光,地表暗無天日,使植物無法進行光合作用。十年之間,大量的氯由地表蒸發底平流層,破壞臭氧層,火災、濃煙蔽日、酸雨下降、氣溫巨降,使植物枯萎、動物死亡,生態系處於毀滅的狀態。十年或數百年後,蒸發到大氣中的二氧化碳開始產生溫室效應,地表逐漸暖化、海水上升,生態環境又逐漸恢復。鄖石撞上地球,造成恐龍滅絕,即是此理。

9.磁場與電漿的形成:
磁場─地球核心由鐵、鎳的固態內核與液態外核組成,直徑約2400公里。外核冷卻時,凝縮的鐵鎳合金往中心下沉,產生外核的對流現象,磁場因而產生。此籠照地球的磁層,隔離了來自太陽吹來的高速粒子,使地表生物免受傷害。
電漿─在攝氏一億度以上的極高溫狀態下,原子因正離子的原子核與負離子的電子電離,以致四處散溢者稱電漿(plasma)。

10.臭氧層的形成:
地球誕生後20 -25億年,藍綠藻等生物在淺海中大量繁殖,把氧氣釋入海中,再從海洋溢出,積存於大氣上層,分解成氧原子,與氧分子產生反應,最後形成臭氧層。臭氧層吸收了對生物有害的太陽紫外線,衍成孕育生命的基本環境。

11.原始大陸的漂移與演變:
地球的地表大約形成於40億年前,大陸地殼由較輕的花崗岩構成,厚度平均約35公里;海洋地殼由較重的玄武岩構成,平均厚度約5公里。目前地球表面由十片大型板塊相互覆疊組成。地球地函底部因有冷熱捲流,此種對流就是大陸板塊漂移的最大動力。根據科學家的研究調查,地殼漂移,每年移動2公分,約在2億5000萬年前,地殼總成「盤古大陸」;1億8000萬年前,分成勞亞與岡瓦那兩大陸;1億年前,岡瓦那大陸分成非洲與南美洲大陸;5000萬年前,非洲與南美洲大陸分離更遠,太平洋、印度洋、大西洋等廣大的海域成形,而逐漸成為現在的地球景況。以上結論由科學家就地質學、古生物學、氣象學等驗證得知。

12.海溝、洋脊與地震:
地球表面由十片大型板塊組成,這些板塊會移動,當板塊移動互相碰撞,而導致其中一片會沉到另一片板塊下方,兩片接合深凹地形即為海溝。海洋原始地殼係地球內部地函物質上升逐漸冷卻而形成,當海洋地殼向兩邊漂移,其缺口處,地函對流物質在兩板塊間堆積,此帶即所謂的「洋脊」,吾人亦可根據此洋脊堆積物,來判定海洋地殼的年齡。相接的版塊會上升與下降,板塊間的碰撞或地函物質的對流,均是地震的原因。

13.台灣地震斷層帶:
1.磺溪斷層 2.小油坑斷層 3.山腳斷層
4.南崁斷層 5.雙連坡斷層 6.楊梅斷層
7.湖口斷層 8.新竹斷層 9.新城斷層
10.竹東斷層 11.斗煥坪斷層 12.神卓山斷層
13.獅潭斷層 14.屯子腳斷層 15.車籠埔斷層
16.彰化斷層 17.雙冬斷層 18.水里坑斷層
19.陳有蘭溪斷層 20.九穹坑斷層 21.古坑斷層
22.觸口斷層 23.梅山斷層 24.觸口斷層
25.木屐寮斷層 26.六甲斷層 27.左鎮斷層
28.新化斷層 29.六龜斷層 30.潮州斷層
31.後甲斷層 32.小崗山斷層 33.旗山斷層
34.右昌斷層 35.仁武斷層 36.鳳山斷層
37.恆春斷層 38.鹿野斷層 39.海岸山脈南
40.中央山脈斷層 41.玉里斷層 42.海岸山脈北
43.美崙斷層 44.武界斷層 45.曲冰斷層
46.萬大斷層 47.霧社斷層 48.力行斷層
49.梨山斷層 50.環山斷層 51.四季斷層
52.牛鬥斷層 53.大坪地斷層 54.礁溪斷層
55.宜蘭斷層

14.為什麼山區是降雨量最多的地方?
降雨量的多寡決定於大氣環流所帶來降水雲團的涵水量、地形高低與坡向、氣溫等因素。山區雨量多之主因為高山的阻擋作用,當降水雲團隨著氣流飄動,遇到高山,隨著山勢逐漸爬高,而氣溫是隨著高度而降低(每百公尺降低0.6℃),因此,降水雲團便在爬升的過程中,冷凝成水珠。通常,高度與降雨量成正比,每升高一百公尺,增加20-40毫米,但到達一定高度後,降雨量隨高度之增加而遞減;因此,山區之降雨量,大多集中在山的底層部份,山頂反而沒什麼雨量。

15.星星明暗度的等級:
公元前一百五十年,古希臘天文學家伊巴谷,把當時所見的二十顆恆星亮度定為一等星。1856年,英國天文學家波格森,依原有等級訂出標尺,指出每差2.512倍之亮度為一級,比一等星暗者為二等、三....等,比一等星亮者為零等、負一....等,各等星的等數都不是整數。為便於了解星等界限,從七等到二十一等,均取其近似的等數。

◎本節參考資料:牛頓雜誌、中研院各所於網路發表之文章。
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