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2012真的會有連續3天的黑夜嗎?

科學松鼠會_96
・2012/12/07 ・2295字 ・閱讀時間約 4 分鐘 ・SR值 410 ・四年級

2011年尾,一條關於2012的微博成了當天轉發數量(6萬多次)排在前十位的熱門微博,內容如下——

科學家終於確定了! 2012.12.21會有連續3天地球是黑夜,是地球的換紀時刻…..瑪雅人說的不是世界末日,他明明寫的是” 2012年12月21日的黑夜來臨, 12月22日的黎明不會到來!”但3天後,差不多是聖誕,白天就會來的! 12種預言都紀錄了2012是不平凡的一年。

在距離那個傳說中的黑夜還有不到一個月時,真的出現了蠟燭搶購風潮——

對於這樣一條全身都是漏洞的謠言,簡直不知道該怎麼批駁才好了。眾所周知,地球是圍繞太陽運行的一顆行星,地球的自轉產生了晝夜更替。下面這張圖展示了春 分或者秋分時,地球上晝夜平分時的情形。只要太陽還在照耀,無論何時,地球上都會有一半被陽光照亮而處在白晝,另外一半沒有被陽光照亮則是黑夜。

現在不妨來分析一下,這條微博裡所說「2012.12.21會有連續3天地球是黑夜」的情形,到底怎樣才會真的發生。既然晝夜更替是由地球自轉產生 的,那麼如果地球那一天突然停轉,是不是就能出現「連續3天地球是黑夜」的情形呢?且不說由於角動量守恆的原因,地球自轉不可能突然停擺,就算地球自轉真的停了,從上圖可以看到,地球仍然會有一半是白天,另一半是黑夜——只不過這樣的白天和黑夜都會相當漫長而已。

所以,如果「連續3天地球是黑夜」的情形真的會出現,那就只有一種可能——太陽在那一天突然熄滅了。太陽會不會熄滅呢?太陽這樣的恆星是依靠內部以氫為主的核燃料發生聚變反應而發光發熱的。根據天文學家研究無數恆星之後瞭解到的知識,類似太陽的恆星壽命在百億年左右,而太陽的年齡目前只有約50億 年,還有大把年紀可活。

此外,就算太陽真的即將耗盡燃料而熄滅,在此之前,它也會先膨脹成一顆紅巨星,到時候地球面臨的問題就不是會不會永久陷入黑夜,而是會不會被紅巨星 太陽一口吞掉了。再退一步,就算太陽真的老死了,它也會拋棄外層大氣,殘留下一顆白矮星,在很長一段時間內繼續發光。下面這張照片裡的貓眼星雲,就是一顆恆星在死亡時拋出的氣體,被殘留的白矮星發出的輻射激發發光而形成的行星狀星雲。假設地球那時候還沒有被太陽吞掉的話,地球上也仍然會有白天和黑夜之分。

所以,「連續3天地球是黑夜」,從天文學角度來說,根本就是無稽之談。但地球上真的存在連續N天是黑夜的地方,那就是地球的南北兩極附近的區域。當太陽直射在南半球時,北半球進入冬季,對於北極圈內的部分地區來說,太陽就會在很長一段時間內不再升起。對於北極點來說,這個黑夜會持續半年,而對於北極圈邊緣的地區來說,2012年12月21日冬至那天,黑夜將持續整整24小時。那一天,地球上的晝夜區分如下圖所示。那麼,會不會真的存在某些地區,黑夜會持續 「連續3天」呢?這是毫無疑問。

但是,即使把那條微博改寫成「地球上某些地區連續3天是黑夜」,那也仍然是錯的。因為那些地區連續3天的黑夜,不會從冬至那一天開始,而會從冬至的 前一天開始,到冬至的後一天結束。換句話說,對於那些會出現3天極夜的地區來說,那一「夜」會從2012年12月20日開始,因此根本不是「2012年 12月21日的黑夜來臨,12月22日的黎明不會到來」,而應該是「12月20日黑夜來臨,21日黎明不會到來」才對。

事實上,極晝和極夜每年都會發生,完全是一種自然現象,沒有任何理由認為2012年的北半球極夜會給人類帶來任何災禍。看到各種有關2012的無稽之談,在點擊轉發之前,不妨先用理性的大腦稍稍思考一下,很多內容其實很明顯就能看出是純屬扯淡的啦!

PS:@渺無蹤影 同學說,「想要讓地球三天見不到太陽恐怕有很多方法可以實現.. 有東西擋在太陽地球中間;地球大面積火山爆發,火山灰覆蓋整個地球等等,我們知道的不知道的方法應該很多..」

確實,最直接有效的辦法,就是讓某個很大很大的東西擋在地球和太陽之間,如果能把陽光完全遮擋住3天,那就徹底搞定啦~~

[夜色中的地球從太空中看起來是什麼樣子的呢?這段影片就是利用Suomi NPP在22天時間裡拍攝的照片合成的,其實夜色中的地球還是一樣美麗,不至於太可怕啦~~]

問題在於,要把地球完全擋住,這個東西至少得有地球那麼大才行,據此一條,月亮就可以排除了。在太陽系裡,符合這個要求的已知天體還是有不少的,比 如木星、土星、天王星和海王星之類的行星。唯一的缺點在於,這些天體圍繞太陽旋轉的軌道半徑比地球要大,不可能擋在太陽和地球之間。

有人在微博上提出,如果突然來了一顆巨大的彗星,擋在地球和太陽之間,可不可能呢?當然是有可能的,而且彗星在靠近太陽時受熱釋放出氣體,形成巨大的彗發和彗尾,比地球大許多倍都是可能的。可惜「三天黑夜」也不太可能,因為彗星龐大的體積主要都由稀薄氣體構成,它們遮擋光線的能力是非常有限的。天文愛好者經常能夠透過彗星拍到背後的恆星,更不用說指望彗星能夠遮擋陽光了。

更何況,如果2012年12月會出現一顆如此巨大的彗星擋在太陽和地球之間的話,以現在天文學家巡天的能力,這顆彗星應該早就已經被我們發現了。可惜,事實是沒有……

還有人說,會不會突然出現了巨大的太陽黑子,遍佈半個日表正巧又是朝向地球的一面?太陽黑子其實並不是黑的, 黑子只是比太陽上的其他區域溫度稍低一些,實際上還是光芒萬丈的啦~~ 就算太陽表面完全被黑子覆蓋,太陽也只是會略暗一些,看起來大概類似於下午三四點鐘的太陽,僅此而已。所以,不好意思,黑子也幫不上忙嘍。

不過,在微博上倒是看到了一個無敵解法,想讓地球連續3天看不到「太陽」,其實很簡單,只要把太陽改個名字,那3天不叫「太陽」就好了……

轉載自 科學松鼠會,作者 Steed


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科學松鼠會_96
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科學松鼠會是中國一個致力於在大眾文化層面傳播科學的非營利機構,成立於2008年4月。松鼠會匯聚了當代最優秀的一批華語青年科學傳播者,旨在「剝開科學的堅果,幫助人們領略科學之美妙」。願景:讓科學流行起來;價值觀:嚴謹有容,獨立客觀


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你聞過下雨的味道嗎?讓我們一同探究它是怎麼產生的吧!

椀濘_96
・2022/05/04 ・3083字 ・閱讀時間約 6 分鐘

夏日雨季來臨,下雨前及正在下雨時,總能聞到一股特殊的氣味,濕濕的又有點清新,但大多時候卻不太喜歡,聞起來反而像霉味,甚至臭臭的,而我們總說那是「雨味」。

你是否也曾好奇過,這個形容不出、抽象的「下雨的味道」,究竟是怎麼產生的呢?

夏日雨季來臨總能聞到一股特殊的氣味,我們總說那是「雨味」。圖/Pixabay

最美的的英文單字 —— Petrichor 的由來

在經過漫長的乾旱季後,雨水落在乾燥土壤上時,混雜新鮮泥土與青草的氣味,這股聞起來令人愉悅舒爽的初雨清香,就叫 —— Petrichor。

撇除這樣優美浪漫的文學意涵,Petrichor 本身是個術語,專指下雨的氣味。

Petrichor 一詞首次出現在 1964 年的《自然》(Nature)期刊中,由兩位澳洲的 CSIRO(聯邦科學與工業研究組織)研究人員 Isabel Joy Bear 和 Richard G. Thomas 所創造。

該單字是由兩個希臘字「petra」以及「ichor」所組成;其中 petra 為岩石、石頭,而 ichor 則為希臘神話中神的血液。(聽起來就超厲害的!)

「岩石的血液」實際上是被大地吸收的植物油脂

而在該篇論文中,Bear 與 Thomas 揭露了令世人好奇許久「雨味」的來歷。顧名思義,Petrichor 一詞表明了此氣味來自於岩石內的液體,源自於兩人在實驗中證實,這個味道就是植物在乾旱期間分泌出的油,隨後這些油則被泥土、岩石吸收了。在乾旱時,油脂與泥土、岩石表面的其他化學物質相互發生作用,等到雨季來臨時,多種組合物的氣味被釋放出來。

只要是泥土、岩石、石頭等,這些地面上物質的縫隙都有機會吸收植物所分泌的油,在下雨時也就有可能散發出此味道。中文則將 Petrichor 譯為「潮土油」。

然而礙於當時技術尚未發展成熟,兩人尚未分解出該植物油脂的組成成分。

只要是泥土、岩石、石頭等,這些地面上物質的縫隙都有機會吸收植物所分泌的油,在下雨時也就有可能散發出此味道。圖/Pixabay

隔年(1965 年)Bear 與 Thomas 在《自然》上發表了另一篇關於 Petrichor 與植物生長的論文。

在長期處於乾旱或沙漠條件的地區迎來降雨時,植物種子萌發的反應會較迅速。因此兩人以此觀點帶入假設:該氣候條件普遍有利於 Petrichor 的累積,並從黏土(有黏性的泥土,內含多種礦物與金屬元素)和其他矽酸鹽礦物中釋放,兩者作為土壤的成分,似乎有可能伴隨著 Petrichor 內的一些物質,其可能對種子萌芽產生有利的影響。

然而,根據兩人實驗觀察,發現並非如此。

根據實驗結果所示,從礦物中提煉出的 Petrichor 顯著延遲了水芹、芥菜等種子的發芽和生長。此外,發現播種在濕潤後、原先為暴露在溫暖乾燥大氣條件下之材料的種子,與播種在未暴露或使用前已先經蒸氣蒸餾和烘乾之材料上的種子相比,發芽需要更長的時間、生長的速度更慢。

雨的味道其實細菌也有出一份力

在 Petrichor 一詞還未出現時,當時人們把下雨的味道形容為「泥質的氣味」( argillaceous odour) ,以表達下雨時所散發出的味道是來自土壤。

泥土中除了植物分泌的油外,還有細菌,也為「雨味」做了貢獻。

在土壤中的放線菌(Actinomyces)和鏈黴菌(Streptomyces),他們的代謝副產物——二甲基-9-烷醇(Dimethyl-9-decalol),該化學物質存在於孢子表層,並帶有泥土氣味,稱為土霉味(geosmin)或土臭素。那麼我們又是怎麼聞到土霉味的呢?

放線菌在長時間的乾旱時,代謝活動的速度會較慢;而在乾燥的環境下,細菌則製造孢子以利生存。當下雨前空氣轉為潮濕,泥土也變得濕潤,這能讓放線菌的代謝活動加速,因此也產生更多土霉味;等到下雨的時候,孢子因雨滴彈到空氣中,潮濕的空氣攜帶孢子飄散,便使我們聞到了土霉味。

孢子落在潮濕的土中則會變成菌絲的形態,土壤乾燥後又形成孢子,下雨時又再一次發生上述的過程,如此循環。

2010 年,麻省理工學院(Massachusetts Institute of Technology , MIT)研究雨滴對土壤的影響時,也進一步分析出了 Petrichor 的產生機制 。實驗觀察後發現,當雨水落在土壤時會釋放被困在液體中的氣體——氣溶膠(aerosols)粒子,而這些粒子會與前面提及泥土中的放線菌等細菌、植物分泌的油相互作用,在雨滴衝擊下,進而迸發出我們所聞到的下雨的味道。

閃電分解氧氣形成臭氧也是其中一個味道來源

還有臭氧,也是影響下雨時空氣氣味的因素之一。

閃電的高能量會將大氣中氧氣(O2)分解成獨立的氧原子(O),其中一些重組為一氧化氮,接著又與其他大氣中的化學物質發生反應,有時會產生由三個氧原子組成的分子——臭氧(O3)。因雷暴[1]的下沉氣流將臭氧從高處帶到接近地面的高度,使我們能聞到淡淡的、像是漂白水的臭氧氣味(也有人形容像青草味),預告著大雨來襲。

除此之外,弱酸性雨水和地面物質發生反應、雨後植物揮發的精油等,與雨滴、空氣相互作用後,都是產生氣味的來源。

閃電也是影響下雨時空氣氣味的因素之一。圖/Pexels

雨的味道可能暗示著某些訊息嗎?

這些被天氣攪動所產生的氣味,都可能傳遞著某些訊息。

有微生物學家認為,土霉味可能可以幫助駱駝找到通往沙漠綠洲的路,而駱駝則作為放線菌孢子的載體,幫助其散播。

至於人類,昆士蘭大學的人類學家對澳洲西部沙漠中原住民的文化做了調查研究。在當地,夏季之前來的第一場雨相當重要,濕潤的空氣混合了潮濕的樹葉油脂、尤加利樹、動物糞便和灰塵的氣味,而雨水能為袋鼠、鴯鶓[2]等動物解渴,沙漠也增添了幾分綠意。對他們而言,雨的氣味與綠意、生機有關,被認為是保護和清潔,也將世人與祖先聯繫著;學者將此稱之為「文化聯覺」(cultural synesthesia)。

在心理學上對於人類對下雨味道的喜好也做了解釋。心理學家觀察到,儘管人類似乎對這些氣味沒有天生的反應,但我們確實會將之與自身的經歷聯繫起來。大雨可能帶來了潮濕、發霉的回憶,便不太喜愛雨味;對另一部份的人而言是淨化和提神的,從炎熱的天氣中解脫,大地也因雨水洗滌而有了生機、煥然一新。

在心理學上對於人類對下雨味道的喜好也做了解釋。圖/Pexels

下雨時的味道不單單只由一個事件構成,它很複雜、很多元,每個單獨氣味的背後都有著一套機制,說起來,不單單只有生物學,還搭配著物理學、化學、心理學等,在多方交織下而有了豐富的解釋和體驗。

待下次下雨時,你就可以和身旁的人問起:「你知道下雨的時候為什麼會有味道嗎?」

註解

註 1:雷暴指一種產生閃電及雷聲的天氣現象,通常伴隨著滂沱大雨。
註 2:鴯鶓(Dromaius novaehollandiae),別名為澳洲鴕鳥;是現存世上第二大的鳥類。僅分布於澳洲,為國徽上的動物之一。from wikipedia

參考資料

  1. 潮味、土味、青草味 有沒有聞到下雨的味道?——科學月刊
  2. Nature of Argillaceous Odour
  3. Petrichor and Plant Growth
  4. Aerosol generation by raindrop impact on soil
  5. Why you can smell rain
  6. Storm Scents: It’s True, You Can Smell Oncoming Summer Rain
  7. Why Does Rain Smell Good?
  8. 為什麼下過雨之後,地上會有個怪味?

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椀濘_96
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喜歡探索浪漫的事物; 比如宇宙、生命、文字, 還有你。(嘿嘿 _ 每天都過著甜甜的小日子♡(*’ー’*)