冷冻一下地球能缓解温室效应吗？| No.171_风闻
中科院物理所-中科院物理所官方账号-2019-09-06 13:27
原创：中科院物理所
本计划将持续一百代人，
尽管，
我们不知道五千年后的夏日，
会是怎样的风景，
但从今天开始，
人类的勇气与坚毅，
将永刻于星空之下，
这一绝望与希望并存，
持续千年的控温之旅，
史称“冷冻地球”计划。
即使总有一天，
贝加尔湖的冰会化为水，
“冷冻地球”计划要做的，
是让这一天来得尽可能晚一点！
1
Q
望远镜，显微镜，放大镜，同样是放大物体，有什么区别？
by 爱科学
A
上图是显微镜，放大镜以及两种望远镜的光路图，其中最明显的区别在于放大镜只有一个凸透镜，其他都是至少两组镜子——目镜和物镜；共同点在于它们都有一个凸透镜参与成像，且眼睛最终接收的都是虚像。
以下我们就从成像过程中有无实像和实像的特点，最终看到的像的特点来看看它们的异同点吧。对于显微镜，物镜成放大倒立的实像，再经过目镜成虚像；开普勒望远镜成缩小倒立的实像，再经过目镜成虚像，而事实上从光路图看，显微镜和开普勒望远镜的目镜都只是一个放大镜，它们的物镜是利用物体在凸透镜一倍焦距至二倍焦距和二倍焦距之外的成像原理，分别成放大倒立的实像和缩小倒立的实像；对于放大镜，物体则在凸透镜的一倍焦距以内，光线的反向延长线汇聚于一点，成虚像。对于两种望远镜（图C,D中的物应该离物镜很远，图中将物箭头拉近了许多），伽利略望远镜中没有实像（可以用光屏承接的像），且目镜是凹透镜；二者之间的共同特点是目镜和物镜都是共焦的，放大倍数等于物镜焦距比目镜焦距。
最终，显微镜成放大倒立，左右翻转的虚像；放大镜成放大正立的虚像，开普勒望远镜是放大倒立且左右翻转的虚像，伽利略望远镜是正立的虚像。实际应用的望远镜都会加装正像系统。
By 二十三
2
Q
真空中有阻力吗？
by 华殇
A
关于真空有很多种定义，这里我们认为真空指的是没有空气分子。我们知道，物体在空气中运动时会受到气体分子的撞击，撞击过程中分子和物体交换动量，表现出空气对物体运动的阻碍作用。如果没有了空气，显然撞击也不存在了，相应的空气阻力也没有了。
但是，没有空气分子就意味着没有任何物质了吗，显然不是的。物质还有另一种存在形式：场。场同样可以和物质发生相互作用，表现出力的作用。比较常见的情形是发电机中的线圈在磁场中转动时会受到磁场施加的阻力，这种阻力将机械能转化成电能来发电。还有一种比较常见的场景：比较高端的健身房里的动感单车使用的都是电磁阻尼系统来增加负荷，这也是电磁场提供阻力的一个例子。
By Nothing
3
Q
如果把地球冷冻一下，温室效应会缓解吗？
by 洛天依
A
把地球冻一下，温室效应并不会缓解。这里我们得简要介绍下温室效应是怎么回事，我们地球之所以可以维持一个宜居的温度，除了太阳提供热量之外，大气还起着非常重要的保温作用，这个保温作用主要是通过大气逆辐射来实现的。太阳光向地面输送的主要是短波辐射，地面被加热后以长波的形式向低层大气辐射热量，之后大气也被加热；从地面辐射到大气中的长波辐射一部分散发到外层空间，一部分则被重新反射回地表以保温，这个辐射就是大气逆辐射；大气逆辐射中，被二氧化碳（温室气体中的主要一种）返回的热量占较大一部分。工业革命以来，大气中的二氧化碳含量急剧上升，地球自身的碳循环系统没法处理这么大量的二氧化碳，因此，比以往更多的热量被反射回地表，地面温度和低层大气的温度逐年上升，而且气候变暖导致海洋pH值减小（变酸），以沉积物形式存储在海洋中的二氧化碳又被释放，这种正反馈又加剧变暖效应。这相当于给地球穿了件棉衣，还不断变厚，短暂的冰冻可以“得一夕安寝”，但脱掉“棉衣”才能解决根本问题呀。保护地球环境，节能减排，你我都行动起来吧！
By 二十三
4
Q
测温枪的工作原理是什么，为什么激光打在那就能测出温度？
by 匿名
A
所有温度高于绝对零度的物体都会辐射出电磁波。幅射电磁波不是单色的，它由各种成分构成，包括可见光，紫外线，红外线等等。
不同温度下黑体辐出度与波长的关系
物体的温度不同，辐射的成分也不同，低温物体更倾向于辐射出波长较长的光，高温物体更倾向于辐射出波长较短的光。炼钢过程中可以很明显的看到这种现象，低温钢水呈现红色，高温钢水呈现出白色，这正是幅射光中波长较短的蓝紫光变多，混合光看起来更像白光造成的。
根据黑体辐射的理论，幅射光的成分和物体温度有一个对应关系，测温枪正是利用了这个原理：测温枪收集人体辐射出的光，经过对幅射光成分的分析可以判断出人体温度，整个过程并不会和人体发生接触。值得一提的是，打出的激光不是测温用的，而是瞄准用的。
By Nothing
5
Q
既然气化需要吸热，那么根据热力学第二定律，当水温比周围环境温度高时，水还能蒸发吗？
by 神秘人
A与其说汽化需要吸热不如说汽化会带走液体中的热量。液体汽化的物理图像是：液体中的分子一直处于运动中，有的分子跑得快有的分子跑得慢。跑的慢的分子更容易突破液体表面的束缚跑出去变成气体，留下的都是一些跑得比较慢的分子。所以，蒸发就是跑掉高速分子留下低速分子的过程。从宏观上看就是液体温度越来越低。可以看出，即使液体没有和外界进行热量交换分子依然可以突破液面束缚进行汽化。所以，当水温比周围环境高时依然可以蒸发。在生活中也经常能看到这种现象：倒在杯子里的开水尽管比周围温度高但它依然在蒸发。
By Nothing
6
Q
为什么三角是最稳定的结构?
by stardrift.
A
一个结构的稳定性有两个决定因素，一是结构自身的材质，二是它的几何结构。三角形的稳定性就是由几何结构决定的。
对于三角形，只要三个边的长度决定了，这个三角形就唯一确定了（两个三角形的三条边分别相等则两个三角形全等）。因此，对于一个三角形来说，即使你不加任何其他的辅助，它的几何性质就能保证他不变形。换句话说，如果它变形了，一定是结构受到到了破坏，一般是由于材料强度不够导致的三角形的边断裂。但是其他多边形不具有这个性质，比如，一个正方形四条边相等，但是四条边相等的多边形还可以是一般的菱形，所以对于四边形来说，并没有几何层面的原因限制它不能变形。想让它保持稳定还需要添加其他的措施。
By Nothing
7
Q
为什么质子数能决定元素种类，而中子数不能？
by 匿名
A
元素种类是按照它的化学性质区分的（发明元素周期表的门捷列夫是化学家）。元素的化学性质可以用量子力学去解释。这里需要用到薛定谔方程和泡利不相容原理。
对于单电子来说，可以影响它的基态状态的是出现在薛定谔方程中的势场和电子数（由于泡利不相容原理的存在，已经被其他电子占据的状态不能再容纳其他电子，这也会影响原子性质）。其中电子数完全由质子数决定，而外场几乎不受中子数的影响，因为中子虽然有质量，但是引力相互作用太小，几乎不对电子产生影响；
另一方面，虽然质子和中子之间存在强相互作用，但是强相互作用距离非常短，以至于电子几乎感觉不到它的存在。因此势场几乎全部由质子的电场提供。这也是质子数可以决定元素的种类的原因。
By Nothing
8
Q
电线可以通过电压的高低变化传递信息，光纤又是如何传递信息的呢？
by 九天揽月
A
光纤传输信息简单来说，就是利用前端接收的电信号调制激光器（或发光二极管）输出的光作为载体，光信号沿光纤发生全反射进行传输，到达目的地，再将接收到的光信号利用检波器解调成原先的电信号。
光纤，即光导纤维，一般由纤芯，包层和涂层组成。全反射现象主要发生在纤芯和包层的界面上（纤芯的折射率比包层大），从而使光波锁在光纤内部向前传播。全反射原理就是利用光在不同物质中的传播速度不同的特性，在光的入射角达到或大于某一临界值，入射光就会被全部反射回来（折射定律可以算得这个角度）。
我们已经把光波锁在光纤内部了，接下来我们还需要这些多次反射的光波不出现相消，实现内部区域无衰减。这个时候就要提到横向谐振原理，简单来说，就是波在界面来回传播一次相位移必须是2π的整数倍，从而实现稳定的驻波。
而光纤传递信息主要依靠的其实是前端的调制和后端的检波。调制常见的有亮度调制，即根据前端电信号的频率/幅度不同改变光的强度，也就是我们常说的开关调制，通过亮灭来传递信号。当然光载波的传递还可以通过调制激光的幅度以及相位的形式来将基带信号调制到光波上的形式实现。
By Aaron Chen
