生活、时事灌水

coolboy

这几天高温酷暑 ，在这里的朋友群里发了几个帖子。转一下：

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今天是高温天气，最高气温可达97F，也就是36C或309K。那36C是百叶箱中的气象温度。气象百叶箱必须放置在离地面1.5米高度的通风处且对周边一定范围内的植被（草坪）也有很严格的要求。由此，我们不难想象，今天其它一些条件下的地面温度很容易会高至60-70C。
比较幸运的是，无论地球表面的温度如何变化，它都不可能导致人类的毁灭。这是由于地球离太阳的距离刚好处在适合人类生存的区域。若地球再靠近或远离太阳这么5-10%的距离则情况就完全不同了。离太阳近一点的金星的地面温度是750K。其表面的岩石始终处于近融化状态。离太阳远一点的火星的地面温度是227K或-46C，始终处于冰冻状态。关于金星表面的温度，历史上曾出现过三个非常有趣的学术争论：（1）化学家与物理学家之争，（2）实验工作者与理论工作者之争，(3)苏联科学家与美国科学家之争。我争取在这个周末把这三个历史学术争论一一道来。

（1）物理学界在上世纪初就认识到增加大气中二氧化碳浓度会提升地面温度。之后在1930年代，天文学家观测到金星大气的主要成分是二氧化碳。由此也就立刻推测并估算出金星表面的温度会很高，从1940年代估算为400K到1960年代估算为600K。著名天文学家Carl Sagan在1960年根据微波辐射的观测及模式的估算给出了金星表面的平均温度为750K。这是一个到目前仍然被普遍接受的值。当然，这只是科学界的主流观点。通常在科学界也同样存在着与主流学术观点不同的各种非主流学术观点。比如，六十年代中后期美苏两国已经通过各种技术对金星大气及地面进行大量观测。但就在晚至1968年，也还有不承认或不懂温室效应的一些科学家们（即非主流科学家）在《Science》上互发论文争辩这金星地表的极地冰盖到底是只延伸到高纬的60度呢还是一直延伸到中纬的45度？因为《Science》算是高端学术杂志，争论双方的论文作者之一又是诺贝尔奖得主的著名化学家，围观的主流科学家们也就只能用“fascinating”（而不是“stupid”，“傻叉”）来描述他们的学术争论。该化学家是由于利用放射性同位素来测定化石地质年龄的贡献而获得诺贝尔化学奖。他当时还是《Science》杂志的主编或副主编。

（2）因为金星是离地球最近的一颗行星，当年在美苏空间科学的竞赛中也就有不少研究单位对其进行各种观测（红外、微波、无线电波等）。有段时间，不同研究组利用不同的遥感方法都测出了金星表面赤道与极地的温度差是30度。[地球表面赤道极地温度差约60度。]人们提出了不同的理论来解释那30度的温度差。这中间有一位（苏联）理论工作者G.S.Golitsyn认为，金星非常厚实的大气能有效地输运热（能）量从而减小了赤道和极地之间由于接收太阳辐射能不同而引起的温度差。他估算出金星表面大气赤道和极地之间的温度差应该约为3度而非30度。后来更进一步的观测及现代公认的结果认为G.S.Golitsyn估算出的3度理论值是正确的。

（3a）记得我上小学、中学时，中国对前苏联是持激烈批判态度的。其中有一条就是批判苏联修正主义的所谓与美帝国主义“和平共处、和平竞争”的观点。社会主义同资本主义是你死我活的敌我斗争，怎么可能是两种不同社会制度的“和平竞争”呢？！其实这“和平共处、和平竞争”的说法就是在1959年由苏共总书记赫鲁晓夫同美国总统艾森豪威尔在当时两国关系比较缓和、友好的情况下共同提出来的。大家都知道，苏联历史发展的几大转折就是赫鲁晓夫在斯大林死后全盘否定了斯大林主义。之后勃列日涅夫则又把赫鲁晓夫赶下台并大致恢复了斯大林主义。但这“和平竞争”的理念在科技、体育等方面也还是延续了很长的时间。当年苏联空间科学及外空间探索研究的负责人是Roald Sagdeev。他也是著名物理学家朗道的学生。苏联的外太空探索在上世纪五十年代与美国平起平坐并还稍有领先。但到七十年代苏联已经大大地、极大地落后于美国了。Roald Sagdeev在回答苏联公众“为什么美国人发了许多飞行器去探索不同的行星，而我们却发了十几个飞行器只探索（离地球最近的）金星？”的提问时，他自己心里在暗暗地骂娘，嘴上则说：“科学家之间是有心灵默契的。我们与美国科学家的心灵默契就是他们对各行星进行纵览式的探索，我们则对特定行星进行深入细致的研究。”Roald Sagdeev在苏联解体之后移民到了美国，成了马里兰大学的教授，并与前总统艾森豪威尔的孙女苏珊（Susan Eisenhower）结为夫妇。Roald Sagdeev尽管在外空间探索研究的“和平竞争”中输给了美国人，但他把艾森豪威尔的孙女娶到了手。所以从总体的博弈来讲，一胜一负，他打了个平手。遗憾的是他们在2008年又离婚了。

（3b）前苏联的那十几次用飞往金星的空间飞行器从事探测研究的项目中就有几次是探测金星大气的垂直温度分布。从到达金星上空的飞行器释放出温度计，掉入金星大气。随着温度计的下降，测得的大气温度也逐渐增加。最后，记录的温度终止在570K。这意味着温度计触碰或撞击到了地面。也就是说，金星的表面大气温度是570K。有这么两、三次空间飞行器探测的结果都表明是570K。但当时美国科学家测得的金星表面温度是750K。这自然也就引起了一些争议。有人认为，那温度记录终止在570K也未必是温度计撞击到了金星表面，也有可能是那制作温度计的材料不过关。每次一到570K，温度计坏了，也就只录得570K了。苏联科学家后来采用了更好的材料，改进了温度计，也就获得了750K的同样的结果。

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周华

金星比火星更值得研究和关注，所以也能理解NASA和ESA为什么又准备探测金星。

coolboy

今天再说个趣闻。几天前我在说到金星表面温度时曾说过当年美苏的“和平竞争”，提到了美国著名天文学家Carl Sagan。此外，Carl Sagan还非常热衷于天文科普，故也为大众所熟知。好的天文科普，自然也离不开是否存在地外生命和地外文明的内容。在我家里的书架上有Carl Sagan也是共同作者之一的关于地外生命的研究的世界学术名著：
I. S. Shklovskii and Carl Sagan, 1966: Intelligent Life in the Universe. Holden-Day, Inc., San Francisco, 509 pp.
这一专著出名的原因除了内容全面、系统之外，也与两位作者的名气及尤其是该书的成书过程有关系。Iosef Shmuelovich Shklovskii与Carl Sagan分别是前苏联和美国的知名天文学家。I. S. Shklovskii在写作最初俄文版专著的时候采纳了Carl Sagan相关论文的一些内容。Carl Sagan在把俄文版专著翻译成英文的过程中添加了大量的评论和注解，以至于添加的评注都几乎超过了原著的内容。在此基础上，I. S. Shklovskii又对英文版作了不少补充及辩解。当时苏美两国是处于严重的敌对状态，两位作者也从未见面。尤其是两人的政治、科学观点存在很大的区别，但因为有“和平竞争”这一历史大背景，最后的英文版专著还是以共同作者的形式出版了。也正是由此原因，该书的特色就是书中凡是Carl Sagan的评论、观点或写作都用记号标明。
该书中还提到了当时苏联天文学会的一些会员认为地外生命的存在是辩证唯物论(dialectical materialism)的必然结果。若火星或甚至木星上不存在生命则也相当于对共产主义哲学基础的否定(a clear disproof of the philosophical basis of Communism)，而后者是不可想象的事，呵呵。

周华

卡尔·萨根最有名的书是《暗淡的蓝点》吧，他在国内的名气比Shklovskii要大多了。
地外生命应该是存在的，甚至太阳系内可能都存在地外生命。不过我觉得也应该关注一下是否存在地下生命，因为与其他星球恶劣的环境相比，地下空间应该更适合生命生存，毕竟地下水系中的水比地表海洋的总和还要大。至于是否存在地下智慧生命则需要证据证明了。

coolboy

周华 发表于 2024-6-24 18:29
金星比火星更值得研究和关注，所以也能理解NASA和ESA为什么又准备探测金星。

有一门学科称之为“比较行星学”，即对各不同的行星体进行比较式的研究。对不少科学问题而言，地球本身就是一个天然实验室。实验室的研究通常需要改变实验参数来进行多次实验。显然，“比较行星学“也就相当于研究地球这一天然实验室在不同实验参数下的变化。这类研究，除了理解物理普适规律在不同条件下的表现从而进一步肯定规律的普适性之外，也对地球科学的研究认识本身产生正向的影响。从这个意义上来说，我们对金星的研究所获得的成果或收获是巨大及最有意义的。例如，我们用于解释金星表面的高温与解释增加二氧化碳而导致全球变暖的物理原理是同一个普适规律。从而，金星表面观测到的高温自然也会对全球变暖理论增加了进一步的可信度。

在上面帖子中提到前苏联测量金星大气温度的温度计在下落过程中损坏而导致实验失败。有人可能会疑惑，那温度计事先应该会在大于570K的环境下进行测试检验吧！问题是，除了温度之外，金星大气还有许多因子与地球大气完全不同。一般很难构建出完全类似的环境对仪器进行测试。例如，金星大气在60公里高度有一层约20公里厚的厚实云层。云滴的主要成分是浓流酸、盐酸等腐蚀性极强的液体。这应该是导致温度计损坏的另一可能因素。这一结果自然也就引申出了金星大气中厚实的硫酸云层是如何在亿万年的漫长历史中稳定地维持着的科学问题。为了研究解决这一科学问题，人们对硫元素、氯元素等相关的催化循环反应进行了系统的研究分析。而那些研究结果居然刚好对人们之后关于与人类活动相关的氟利昂对地球臭氧层的维持及稳定性的研究直接关联，从而加深了人们对臭氧层的认识并加速了对它的研究。这是研究金星而导致研究地球获益的另一个重要的例子。

coolboy

周华 发表于 2024-7-6 13:49
卡尔·萨根最有名的书是《暗淡的蓝点》吧，他在国内的名气比Shklovskii要大多了。
地外生命应该是存在 ...

在大气、海洋流体力学中，有一个非常有名的无量纲数叫罗斯贝数（C. G. Rossby）。罗斯贝数在前苏联被称作为基培尔数（I. A. Kibel）。类似地，罗斯贝在国内的名气也比基培尔要大多了，呵呵。

周华

coolboy 发表于 2024-7-16 04:27
在大气、海洋流体力学中，有一个非常有名的无量纲数叫罗斯贝数（C. G. Rossby）。罗斯贝数在前苏联被 ...

确实如此，我还是第一次看到基倍尔数这种提法

周华

coolboy 发表于 2024-7-15 18:59
有一门学科称之为“比较行星学”，即对各不同的行星体进行比较式的研究。对不少科学问题而言，地球本 ...

将来如果要改造金星的话大概与改造火星要采取完全不同的技术路线。前一段时间有报道说新疆发现了一种在极端环境下能够生长的苔藓，而且在模拟火星环境下也可以生长，剩下的问题好像就是把这种苔藓移植到火星上就可以逐步改变火星环境了。改造金星则有可能先在金星的高层大气中用气球建立一个空中实验室，然后尝试用化学方法把金星大气中的硫酸中和掉，最后再登陆金星表面。金星大气中的硫酸据说就是因为火山喷发造成的，所以现在探测金星的任务应该包括观察一下金星表面那些火山是否仍然活跃。

coolboy

周华 发表于 2024-7-16 10:13
确实如此，我还是第一次看到基倍尔数这种提法

大家都知道诺贝尔奖，算是世界范围内科学界的最高奖。著名物理学家朗道曾获得过诺贝尔奖。但在那之前，朗道还获得过斯大林奖，那是前苏联科学艺术的最高奖。基培尔也曾获得过代表前苏联最高学术水准的斯大林奖。罗斯贝曾获得过英国皇家气象学会金质奖。所以，若仅看奖牌的话，一个是国家科学最高奖，一个是国家气象专业最高奖。哈！

coolboy

周华 发表于 2024-7-16 10:33
将来如果要改造金星的话大概与改造火星要采取完全不同的技术路线。前一段时间有报道说新疆发现了一种在极 ...

由金星大气中的硫酸云所想到的 ......

居住在活火山附近的人们时常会闻到从火山烟雾中散发出的硫磺味。硫化物是火山喷发物中的重要物质。太阳系中火山喷发最活跃的行星体是靠木星最近的月亮或卫星：木卫一。木卫一上常年持续不断地有着火山喷发，其喷发物的主要成分是二氧化硫气体。二氧化硫从而也是木卫一大气的主要成分。

硫化物容易形成颗粒状的气溶胶，形成雾霾，也有助于云滴的行成。金星大气中存在厚实硫酸云层的事实也可由此简单、合理解释。火山喷发出硫化物，从地壳中开采的石油自然也含有硫化物。由石油制成的汽油、柴油也含有硫化物。北京、上海、洛杉矶等大城市若机动车辆多了，使用的汽油质量又不是很高，含有一定量的硫化物，则大量行驶机动车辆的尾气排放就容易导致大城市雾霾的形成。

这两、三年全球地面气温特高，尤其是夏天，处处都是高温酷暑。近代全球变暖理论的倡导者和代言人James Hanson在不久前的一篇CNN采访报道中，提出了导致这两年全球异常高温的一个贡献因子：全球跨海航运中硫化物排放量的减少，从而减少了反射太阳辐射的云量。硫化物排放量减少的原因有两个：（1）疫情的影响减少了跨海货运量，（2）对硫化物排放的新限制开始生效从而减少了排放量。

我对他的解释有点不同的看法或者说是补充看法。云的形成需要产生凝结核的亲水性气溶胶。大气中大部分亲水性气溶胶源自于海浪破碎之后残留飘浮在空中的海盐。通过自然过程（风应力激发海浪、自然成长、非线性相互作用等）最后导致一些浪尖破碎并不是一个高效的过程。从视觉上看，那些破碎的浪尖对应于我们所看到的海面上时隐时现的小白斑。但是，船尾由螺旋桨搅拌这一外力所产生破碎浪花则几乎是以全覆盖的形式出现的。从船上仔细观察船尾所形成的那长长的浪花带来看，船尾破碎浪花估计要比背景海面浪花要强6个数量级以上。也就是说，跨海运输船对海盐形成的云凝结核的增多，或即云量的增多也会起到一定的作用。

周华

coolboy 发表于 2024-7-18 04:47
由金星大气中的硫酸云所想到的 ......

居住在活火山附近的人们时常会闻到从火山烟雾中散发出的硫磺 ...

网上找到这篇文章，对了解金星有帮助
1987 金星的大气.pdf (1.25 MB, 下载次数: 1)

2024-7-19 10:40 上传

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coolboy

coolboy 发表于 2024-7-17 02:53
大家都知道诺贝尔奖，算是世界范围内科学界的最高奖。著名物理学家朗道曾获得过诺贝尔奖。但在那之前 ...

我书架上有一本关于大气流体力学的中文专著：
曾庆存，1979：数值天气预报的数学物理基础，第一卷，543页，科学出版社。
这应该算是代表中国科学家在这一领域内学术水准最高的学术专著了。书中共列出了84篇参考文献。那些文献的作者绝大多数都是领域内中、美、苏、日、英等国的著名科学家。当然绝大多数人现也已经去世了。书中被列出文献最多的外国科学家就是基培尔，有4篇（1本专著，3篇论文）。被列出文献最多的美国科学家是美国近代最著名的气象学家J. G. Charney，有3.5篇（4篇论文，其中1篇为共同作者）。罗斯贝有1.5篇（2篇论文，其中1篇为共同作者）。

文献的引用并不总是一个好的、客观的指标，有时也能用作参考。

coolboy

周华 发表于 2024-7-19 10:41
网上找到这篇文章，对了解金星有帮助

文中主要还是介绍了一些流体力学问题。关于金星大气最神奇而不可思议、最有趣而又恍然大悟的流体力学现象或问题就是它的“超旋转”。金星本身自转一周的周期是243个地球日，而金星大气在其云层附近绕金星旋转一周的周期是4个地球日。也就是说，金星大气旋转的速度是其星球固体表面自转速度的60多倍！大家知道地球大气在中纬度有西风带，意味着大气自西向东的风速快于地表面地球自西向东自转的速度。那是赤道大气流至中纬度之后为维持大气运动角动量守恒而产生的必然结果。金星大气的“超旋转”就发生在赤道，且“超旋转”的数量级又是如此地大。

很少有人给出“超旋转”现象一个清晰、明了、令人信服的物理解释，或即给出流体力学的合理解释。也有些人用大气环流模式模拟出了“超旋转”现象，写出了论文，论文对现象的解释则是稀里糊涂。结果，其它人再来跑同一环流模式却发现“超旋转”现象时有时无。之后又说发现了模式的程序小错误，修正之后就有“超旋转”了，等等。当然，物理解释始终还是稀里糊涂。

“超旋转”现象是流体力学中的“波-平均流”相互作用的体现或结果。大家一说到“湍流”，则马上就会联系到“紊流”、“乱流”等，反正是乱七八糟、无规则的流动就是了。但是流体中的波动则是很有规则的运动。各流体参数在不同类型波动的不同位相处都存在良好的相关关系。仔细、耐心分析那些相关关系，则平均流控制方法中的扰动量相关项，尤其是其符号及其变化，就能被推算出来，从而也就能理解“超旋转”流动是如何被维持的了。

周华

coolboy 发表于 2024-7-20 01:07
我书架上有一本关于大气流体力学的中文专著：
曾庆存，1979：数值天气预报的数学物理基础，第一卷，5 ...

在网上查了一下，曾院士在苏留学期间，基培尔是他的导师，但是我的印象中还是“Rossby数”见到的更多一些，大概是我们的教科书内容来自欧美的多一些吧？

coolboy

周华 发表于 2024-7-21 13:08
在网上查了一下，曾院士在苏留学期间，基培尔是他的导师，但是我的印象中还是“Rossby数”见到的更多一些 ...

我曾猜想过基培尔与曾庆存是师生关系，但从没有仔细查证过。关于“罗斯贝数”在前苏联曾被称为“基培尔数”的说法是曾听我国内的研究生导师说起过。他也是五十年代的留苏副博士。在他的讲义中也引用基培尔的论文并详细介绍了基培尔的工作。我后来在美国发表的论文中也曾转引过基培尔的论文。

若要从“传承”、“帮派”（或即“红色基因”或“黑帮”等带上色彩的描述）的角度来叙述一些故事的话，那在学术界定然是国际性、跨国联姻性的。哈！