托福听力背景材料

托福听力背景材料——天文学

(1宇宙与星系

随着更强大望远镜的发明和科学技术的进步, 人类开始逐步深入探索宇宙的奥秘。 宇宙 有多老 ? 宇宙中是否还有其他生命体 ? 宇宙有多大 ? 根据哈勃望远镜测算到宇宙的年龄是:130亿年到 170亿年之间。 所来一个偶然的发明, 使人们接收到宇宙微波辐射背景, 这就推算出 宇宙的年龄是 137亿年, 这项技术因此还得了诺贝尔奖。 而在学科上, 也出现了一个新的学 科——天体生物学。 天体生物学

(astrobiology是天文学和生物学的交叉学科。 这个学科主 要研究陨石中的微生物。 而这些微生物是可以随着陨石在不同的行星 (Planets之间转移的。 宇宙过于浩瀚,故而,天文学家需要划分出一些区域进行研究。星系、星云、星群、星 族、 星座都是被划分出来的研究区域。 其中, 星系是最大的区域, 比如我们地球所处的银河 系就是众多星系中的一个。 然而, 早期望远镜没有现在这么发达, 科学家还常常把星系误判 断为星云, 比如现在我们银河系的邻居——大、 小麦哲伦星云其实是星系。 星系与星系之间 存在互相作用并进行吞噬, 银河系吸引临近的星系就像地球和月亮间的潮汐力吸引一样。 银 河系会以它强烈的引力进行吞噬。银河系对这个星系是有影响的:一方面吸收了它的星球 ; 另一方面改变了它的形状, 拉长它的形状最终破坏它。 天文学家还发现银河系中的某些缺金 属元素的 “高速星云” , 这些高速星云中和了新星上形成的金属元素。 这些星云起着维持银 河系中星云平衡以便生成新星的作用

月球的南极艾特肯盆地 (TPO

1. 南极 -艾特肯盆地 (South Pole-Aitken basin.简称为 SPAB

月 球 上 最 大 的环 形 山 , 同时 也 是 太 阳系 内 已 知最 大 的 , 形成 了 South

Pole-Aitken basin(SPAB。 这个环形山位于月球的背面, 接近南极的 Aitken 盆地, 直径约 2, 500 千米, 深 12千米。 该盆地层略有升高丰度的铁,钛,和钍等化学元素。 自古以来, 彗星和陨星不断地撞击月球。 这些物体中的大部分都含有水分。 来自阳光的能量 将这些大部分的水分分解回组成它的元素, 氢和氧。 两者通常都会立即飞离月球。 但是, 有 科学家提出假说, 认为还有相当含量的水在月球之上, 例如在表面或深藏在月壳里。 美国克 莱门汀任务显示, 一些细小的水冰冰块 (含水彗星撞击后的碎片 可能藏在永久无日照区域的 月壳里未被融化。虽然这些冰块很小,但总水量却可能相当可观 (约有 1立方公里 。

而有些水分子, 亦可能在月面弹跳其间掉进陨石坑而藏于其中。 由于月球自转轴相对于 黄道面法线有 1.5度的轻微倾斜, 部分极区的陨石坑底部从来没有受阳光照射, 处于永久的 影子中。 克莱门汀任务曾测量月球南极这些陨石坑并绘制成地图。 科学家期望可在此类陨石 坑中找到水冰, 并开采及利用太阳能电力或核能来电解成氢和氧。 月球上可用的水量大大影 响了人类在月球上居住的成本,因为从地球运送水 (或氢和氧 昂贵得不切实际。

由阿波罗号上的航天员在月球赤道附近收集的岩石并不含任何水分。 月球勘探者号或其 它近期研究 (例如:史密森学会 均没有找到液态水、 冰或水蒸汽的直接证据。 然而, 月球勘 探者号的结果指出在永久无日照区有氢,并可能以水冰的形式存在。

(2天文观测与历法航海

天文观测最早的方法是:视差法。就是把手臂伸直,伸出姆指,指向远处的一个目标, 然后分别使用左眼和右眼来观测。 左右眼看到的姆指位置相对于远处的目标来说, 却会发生 变化。 根据这些变化, 我们就可以测出姆指到你眼睛的距离。 这是最原始最土的天文测量的 方法了即使这样,即使这样,科学家在 19世纪利用视差法还是成功的测定出了地球和太阳 之间的距离以及地球在银河系中的位置。

虽然早期科学不够发达, 观测也不够精确, 但是古人根据长期观测到的天文星象的周期 变化,便可用于历法、航海、农业等方面。比如玛雅文明里根据对金星的周期制造了历法 ; 我们中国的 12生肖是根据木星的周期 ; 我们现今使用的历法最早的版本是罗马历, 也是根据 地球绕太阳运转一周的时间进行规划的,才有了现在一年 365天,一月有 30或 31天 ; 古埃 及根据天狼星出现的规律将一年分为 365天, 为商业提供历法。 除了历法上, 在航海上结合 星象便可以辨别方向, 最知名的是——维京海盗。 而现在生活在太平洋的当地人还是喜欢原 始的方法为航海提供方向。即便后来发明了指南针也只是作为星象航海的一种补充。

等天文观测到了天文望远镜时期, 望远镜使人们开始了解到宇宙和太阳系。 望远镜的发 展过程中有一个里程碑的发明, 那就是——胡克望远镜。 胡克望远镜的非凡意义就是——有 了大爆炸理论的提出。后来的干涉仪的发明,使人们观察的更具细节,就算恒星离的再远、 再接近, 干涉仪也能帮助科学家分辨清楚。 望远镜按类别分的话可以分成:光学望远镜, 射 电望远镜,太空望远镜。他们各有特点。光学望远镜要避免光污染的影响 ; 射电望远镜要避 免无线电信号的干扰 ; 把望远镜放置在太空中,能避免光经过大气层所发生的折射。

科学家还可以运用光谱 (spectrum的知识来了解其它星球上含有的元素。 化学元素的光 谱是化学元素的特性 ; 每一种元素的光谱都不一样。所以可以采集太空中其它星球上元素燃 烧后产生的光谱, 并且对光谱进行分析, 来测定构成该星球的化学元素以及这些化学元素的 含量。

当然, 人类的天文观测是有局限的。 人类的观测即便有哈勃望远镜这样的高技术设备也 是有局限的, 人类无法想象出自己的所在的宇宙是什么样子, 当我们抬头望天的时候, 我们 看到的只是二维的图像,是没有办法想象到三维的宇宙是个什么样子。

(3光谱与天文学

背景知识:

光谱是光经过如棱镜、 光栅等分光后, 被色散开的单色光按波长 (或频率 大小而依次排 列的图案。 物质燃烧后, 所发出的光色根据不同的元素发出不同的光谱,

每一种元素燃烧时 都发出多条光谱, 这种光通过三梭镜或光栅后会在屏障上显现出多条亮线, 这就是这种元素 的光谱。 其中会有一条或几条最亮的线, 这几条最亮的线决定了在人眼中所看到的颜色。 由 于每种原子都有自己的特征谱线, 因此可以根据光谱来鉴别物质和确定它的化学组成, 这种 方法叫做光谱分析。

恒星光谱是恒星的自身发出的电磁波、 或者光波被恒星周围的大气吸收后, 我们接收到 的光谱。 这样, 可以得知恒星的大气或者恒星自身存在那些元素, 以及这些元素的含量如何。 天文学家就是利用光谱来查明遥远的恒星大气和星云中所含的元素。

例如:十九世纪初, 在研究太阳光谱时, 发现它的连续光谱中有许多暗线。 最初不知道 这些暗线是怎样形成的, 后来人们了解了吸收光谱的成因, 才知道这是太阳内部发出的光经 过温度比较低的太阳大气层时产生的吸收光谱。 仔细分析这些暗线, 把它跟各种原子的特征 谱线对照,人们就知道了太阳大气层中含有的元素了。

地球的形成时间

以前的资料表明地球是在大约四十亿年前形成,当时地球还是很热的岩浆状态。那么, 这个资料是不是准确 ? 地球到底是什么时候冷下来的 (cool off呢 ?

1980年左右在澳大利亚发现了锆石 (zircon,这种物质有粘性。通过对锆石的研究, 表明地球的冷却的实际年龄应该比以前认为的年龄更大。但是 80年代由于技术不太发达, 所以部分科学家不太相信新的研究结果,因为新的研究结果和原来的预想有很大差距。 到了 90年代随着技术的进步,科学家证实这个说法。科学家发现锆石里面有一些很古

老的成分。 而这块锆石曾经出现在一片火海的原始地球的岩浆中。 科学家由此推断:地球大 概在四十五亿年前就形成了冷却的外壳,这个发现挑战了原有的地球形成时间的理论。 科学家在澳洲西部发现了距今 44亿年的结晶“锆石”,并根据这粒锆石的化学成份研究, 在它形成时, 地球的温度已冷却到足以形成水和表面岩层的程度, 这说明海洋和大陆形成的 年代要比一般认为的提早 5亿年左右,而地球上出现生物的时间,也可能跟着提前。 科学界普遍认为, 地球是在四十五亿六千万年前以熔岩和金属形式生成的, 而熔岩冷却 到足以形成大陆和水需要大约七亿年的时间,而水更是地球产生生命的最重要因素。

美国、 英格兰和澳洲的科学家对澳洲西北山区岩石层中发现的一粒古老结晶锆石做了详 细的分析, 研究判定这粒锆石距今已有四十四亿年, 是迄今所发现最古老的矿物质。 锆石是 由矽、氧、锆 (zirconium和其他成份所构成的。

科学家发现这粒四十四亿年前的锆石中含氧量相当高, 显示它在形成后, 被地表上的水 所冷却。 换句话说, 那时候地球上已经有水, 比原先科学界所认为地球在三十八、 九亿年前 出现水要提前了五亿年左右, 而地球生成的时间, 也势必跟着提前。 这项研究成果, 发表在 最新一期《自然界》杂志上。

(4极光

在北极圈内,经常可以看到一种绚丽壮观的「北极光」 (aurora borealis ;在南极圈内 所见的类似景象,则称为「南极光」 (aurora australis (图 1、 2 。但在人口稠密地带却不常 见。

这是多少世纪以来引起人们猜测和探索的天象之谜,古代的中国人、日本人、希腊人、 罗马人都有文字描述。 从前爱斯基摩人以为是鬼神引导死者灵魂上天堂的火炬, 许多民族也 有他们不同的极光传说。 长期以来, 极光的成因一直未能得到满意的解释。 在相当长一段时 间内, 人们一直认为极光可能是由以下三种原因形成的。 一种看法认为, 极光是地球外面燃 起的大火, 因为北极区临近地球的边缘, 所以能看到这种大火。 另一种看法认为, 极光是夕 日西沉以后, 透射反照出来的辉光。

还有一种看法认为, 极地冰雪丰富, 它们在白天吸收阳 光,贮存起来,到了夜晚释放出来,便成了极光。总之,众说纷纭,没有定论。直到本世纪 60年代,将地面观测结果与卫星、火箭探测到的资料结合起来研究,才逐步形成了极光的 物理性描述。

现在人们认识到, 极光一方面与地球高层大气和地球磁场的大规模相互作用有关, 另一 方面又与太阳喷发出来的高速带电粒子流有关,这种粒子流通常称为太阳风(solar wind 。 由此可见, 形成极光必不可少的条件是大气、 磁场和太阳风, 缺一不可。 具备这三个条件的 太阳系其他行星,如木星、土星和水星周围也会产生极光(图 4、 5 ,这已被实验观察的事 实所证明。

地球磁场分布在地球周围, 受太阳风的吹拂而被包裹着, 形成一个棒槌状的腔体,

它的 科学名称叫做磁层(magnetosphere 。为了更具体一点起见,我们可以把磁层看成是一个 巨大无比的电视映像管,它将进入高空大气的太阳风粒子流汇聚成束,聚焦到地磁的极区, 极区大气就是映像管的萤光幕, 极光就是电视萤幕上移动的图像。

但是, 这里的电视萤幕却 不是 20吋或是 29 吋,而是直径为 40000公里的极区高空大气。通常,地面上的观众在某 个地方只能见到画面的五十分之一。 在电视映像管中,

电子束击中电视萤幕, 因为萤幕上涂 有发光物质, 会发射出光, 显示成图像。 同样,

来自空间的电子束, 打入极区高空大气层时, 会激发大气中的分子与原子,导致发光,人们便见到了极光的图像显示。在电视映像管中, 是一对电极和一个电磁铁作用于电子束, 产生并形成一种活动的图像。 在极光发生时, 极光 的显示和运动则是由于粒子束受到磁层中电场和磁场变化的作用所造成的。