山海之声
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[闲谈生活]揭密火星的内部世界

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更多 发布于:2020-10-20 10:02
揭密火星的内部世界
蔡汉以
2020-10-20

(来源:科学大院/ 徐琳。作者单位:中国科学院月球与深空探测总体部 中国科学院国家空间科学中心)在目前已知的太阳系八大行星中,水星、金星、地球和火星统称为“类地行星”“类地”可以理解为类似地球的意思,因为它们和地球一样,外壳是固体表面,主要由岩石类物质构成。这类行星的内部都有类似鸡蛋一样的分层结构,火星也一样,从里到外可以简单地分为三层,即火星核(蛋黄)、火星幔(蛋清)和火星壳(蛋壳)。
为什么会形成这样的分层结构?我们可以用四个字来生动地解释这个过程——“行星分异”这听起来似乎很难懂,但简单说来就是:重的物质不断下沉,轻的物质不断上浮。当然,并不是所有天体都会“分异”,要个头足够大才行,体积太小就没有足够的能量来维持熔融状态和分异过程。
宇宙中的一切自然物质都是由多种元素组成,其中一些天然元素具有放射性,这些放射性元素很不稳定,在自然状态下会不断地放出粒子或射线,最终衰变成稳定的元素而停止放射。行星在形成之初,其内部的放射性元素在衰变过程中产生的热能,再加上行星在成长过程中的动能转换成的热能,都会让行星内部不断地被加热。
火星的个头虽然不是最大的,但也“达标”了,这样使得它在形成过程中不再静止不变,而是不断地被加热。体积越大的岩石类行星,所产生的热量就越大,大到足以让行星将自身“熔融”,从而造成行星内部物质的“分异”。
由于铁等金属类物质较重,它们会逐渐向中心“下沉”形成金属内核,而硅酸盐类物质较轻,会“上浮”形成原始的幔层。此后,还会继续分异,含有更轻元素的硅酸盐物质会浮到最上面形成壳层,最终形成“核、幔、壳”的分层结构。当然,实际的分层情况非常复杂,远不止简单的核幔壳三层结构。
相对于经历了46亿年漫长演化的地球而言,火星的个头还是太小,内部的热能没能维持太长时间,在35亿年前就早早地冷却了,也因此可能很好地保留了早期演化的信息。通过了解火星的内部结构,可以追溯类地行星,甚至整个太阳系行星的形成和演化。
火星的内部结构究竟是怎样的?根据已发射的火星探测器的探测结果和模型计算,一般认为火星壳和火星幔都是由含硅酸盐的岩石类物质构成,火星壳的厚度约10-50千米,火星幔的厚度约1700-2100千米。火星核主要由铁镍金属组成,可我们还不知道它是固态还是液态。目前的研究认为,火星核不太可能是液态。因为如果火星核现在仍是液态,那里面的温度必然很高,这样才能保持熔融状态,而液体就会导电,也会流动,但目前的证据都不支持这些“状态”。
那么,火星的内部结构,尤其是内核到底是怎样的?谜底即将揭晓,因为此时此刻,有一个小家伙正在火星表面努力地工作着。即2018年5月美国宇航局发射的“洞悉号”探测器,专门研究火星的内部结构:其携带的科学仪器“火星内部结构地震仪(SEIS)”,会倾听火星的心跳,记录下火星内部的每一次震动和小行星撞击事件;“热流和物理特性探测包(HP3)”将钻孔到火星表面5米以下,测量火星内部的温度;“自转和内部结构实验装置(RISE)”将测量火星自转产生的摆动等。
在同年11月抵达火星后,“洞悉号”已在火星上忙活了一年多,但这还不够,想要知道火星内核的信息,需要数个火星年的数据才能更准确地进行判断,而火星的一年(687天,相当于1.88个地球年)大概相当于地球的2年。所以我们还要再耐心地等上一段时间。
写在最后。40多亿年前,地球和火星等类地行星都由相似的初始物质构成,为什么后来却大不相同?地球自形成以来就一直处于不断地演化之中,其早期的分异和形成过程对于认识地球的构造和演化规律至关重要,但相关信息已经被长期的板块构造活动和风化作用等破坏殆尽。而火星内部可能很好地保留了这些早期演化的信息。
通过比较地球与火星的内部结构,有助于我们更好地理解40多亿年前地球等类地行星的早期状态和演化规律。期待未来的探测和研究能够解答更多的谜团。
智慧是怎么回事
蔡汉以
2020-10-18

(来源:海贝读书会 )
一、什么是智慧一切生物的问题,都需要在进化中寻找答案,智慧当然也不例外。我们不要以为智慧是人类独有的特异功能,其实智慧在生物中是广泛存在的。我们可以把智慧看做是生物认识自然、利用自然和改造自然的能力。当然了,不同生物之间的智慧水平千差万别,毫无疑问,人类的水平最高。动物能认识自然吗?当然能,比如鸟类会筑巢、哺乳动物会打洞、海洋哺乳动物甚至有语言能联合行动捕猎甚至主动寻求人类的帮助等等
二、动物同样需要学习有些动物的行为与人类一样都需要后天学习。人工饲养的老虎在野外放生前一定要经过捕猎训练,否则它们自己是不会捕猎的,很显然捕猎这个行为对老虎来说,是需要后天学习的技能。曾经有媒体报道,一只成年的大熊猫由于没有上一代的照料,竟然不会交配,为此饲养员只能给它看点熊猫界的爱情动作片。
三、新生儿也有智慧这个观点你可能不认同,举几个例子,你就明白了。技能一、哭。哭是新生儿的保命技能,冷了、饿了、尿了婴儿都会哭,这样养育他们的父母就会赶紧过来照顾。技能二、卖萌。所有人类的婴儿的共同本领,我们都觉得小孩子非常可爱,忍不住呵护他们。技能三、吮吸。吃奶也是一种基本生存技能,这种复杂的活,鸟就学不会。你当然可以说,这些都是生存本能,一出生就具备,这些不算是智慧。但你可能忽略了,几个月大的孩子就知道在母亲的怀抱里很安详,而换个人就容易哭闹,很明显,他们已经能够感知外界有可能对他的潜在威胁。
四、智慧需要成长和学习拥有智慧,就需要有一个能够处理复杂信息的大脑,以及功能完善的各种感知器官从外界获取信息。刚出生的婴儿只是具备了这些功能的一个雏形,还需要时间去完善。有研究表明,人的大脑到了20多岁仍然还能继续发育几年。婴儿具备智慧最明显的一个表现就是具备非常强的学习能力。其中以语言能力为代表,因为语言是思考的基础。学一门语言有多难?但一个孩子,到了4、5岁阶段,就自如表达自己的想法。
五、智慧体现在方方面面你可能会说,经过教育系统学习来的东西,不能证明人有智慧。其实人能学会知识就是证明人类的智慧水平很高,再聪明的大猩猩,即使从生下来就接受人类的教育也达不到人类的水平。咱们把时间向前推进5000年。这个时候的地球上还没有学校,没有国家,只有一些部落人类还处在新石器时代的末期。我们能看到什么呢?如今出土的有各种石器、骨器、原始的房屋、以及少量保存下来的结绳文字。这些东西,就是那个时代人类改造自然的能力证明。
结束语新生儿没有智慧是个伪命题,人类拥有智慧还需要证明就更是个伪命题。但毫无疑问的是,智慧的水平有高有低。人是一种社会性的动物,对于智慧的考察,不能以个体作为标准,而是整个人类智慧的一种积累。



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