会吸烟的肺
10*宇宙生命之谜一、教材说明 这篇课文介绍了科学家探索地球之外是否有生命存在的艰难历程，说明到目前为止，地球之外是否有生命存在，仍然是一个未解的谜。 课文从古代神话讲起，引出了“地球之外的太空中是否有生命存在”这个问题；接着概括地说明，从理论上猜测，地球绝不是有生命存在的唯一天体，但是至今尚未找到另外一颗有生命的星球；然后具体地介绍了科学家探索的历程(先研究了生命存在必须具备的条件；再根据这些条件对太阳系除地球之外的其他行星进行了分析，得出了太阳系中唯一有可能存在生命的星球是火星；然后利用宇宙飞船对火星作近距离的观测，又让宇宙飞船在火星登陆，进行了一系列的分析测试)；最后说明，人们至今尚未在地球之外的太空中找到生命，但科学家仍然相信那里存在着生命，因此，地球之外是否有生命存在，仍然是一个谜。 选编这篇课文的主要意图，是通过阅读理解，学习科学家追求真知、不断探索的精神，激发学生爱科学、学科学、探索宇宙奥秘的兴趣，领悟作者采用分析、比较、排除的方法说明问题的表达方法。 科学家根据生命存在的条件探索火星的情况及其成果，是教学这篇课文的重点；学生对有关生命科学的理论、术语的理解是教学这篇课文的难点。 二、学习目标 1.认识“酶、碳、冥、磁”4个字。 2.正确、流利、有感情地朗读课文。 3.读懂课文，了解课文围绕“地球之外是否有生命存在”这一问题讲了些什么，培养爱科学、学科学的兴趣和探索未知的好奇心。 三、教学建议 1.课前，教师要了解银河系、太阳系、火星、生命科学等方面的知识，可制作有银河系、太阳系、火星图片的教学课件。学生可阅读《小学生十万个为什么》，了解与课文内容相关的知识，为理解课文内容作准备。 2.这是一篇介绍科学家探索宇宙生命的科普文章。教学时，教师要让学生进行充分的自学，然后组织学生交流学习收获，提出不明白的问题。在此基础上，师生共同进行梳理归纳，确定重点讨论的问题。 (1)天体上可能存在生命的条件。这个方面的内容写得比较详细，学生阅读理解后，教师引导学生用自己的话说一说。学生对这部分内容的理解，是学习其他内容的重要前提和基础。 (2)科学家探索火星上有无生命的情况及其结论。这是学习这篇课文的重点。教学时，先引导学生认真阅读课文，弄清科学家对火星探索的历程，然后再理解科学家经过观测分析得出的结论：“在火星上生命难以生存”“在飞船着陆的地区，火星表面没有生命存在”。组织学生讨论这个问题的时候，一定要让学生搞清楚，科学家一开始认为火星上有生命存在，是根据生命存在的条件作出的推测；后来得出的结论，是根据宇宙飞船探测到的事实作出的科学判断，从而培养学生科学的思维方法。 (3)地球之外的太空中到底有没有生命存在。这个问题课文没有作出明确的回答。教师要组织学生结合课文内容进行充分讨论，激发学生热爱科学、追求真知的兴趣。教学时，可引导学生从以下两个方面思考：一是科学家的探测只证明火星表面没有生命存在，而未探测出火星岩层中有无生命存在，科学家的疑问“生命物质是否会存在于火星的岩层之中呢?”明确告诉了我们这一点；二是科学家通过对落到地球上的一些陨石的分析，发现太空有有机分子存在，所以，科学家仍然相信“在太空中存在着生命”。因此，文章最后说“地球之外是否有生命存在，是人类一直探索的宇宙生命之谜”。 3.课后可组织学生开展一次语文实践活动。教师可布置学生搜集古今中外人类探索宇宙奥秘的文章、图片，以“宇宙的奥秘”为主题举办一次文章、图片展览，激发学生学科学、用科学的兴趣。 4.对课文中出现的科学术语，如对学生理解课文没有太大影响，教学时可不涉及；如对读懂课文有较大影响，或学生要求解释的，教师可做通俗的解说。 四、参考资料 银河系银河系包含几千亿颗星体，我们的太阳就是其中之一。银河系里大多数恒星集中在一个扁盘状的空间范围内，好像一个铁饼。扁盘密集部分的直径约为八万光年。太阳距离银河中心约三万光年。银河系有三个主要组成部分：银盘、银核和银晕。 太阳系太阳系是一个巨大的天体系统，主要包括太阳和围绕着太阳旋转的九大行星，60多颗围绕着不同行星运转的卫星，数以万计的小行星、彗星、流星体，以及行星际气体和尘埃物质。 火星火星是太阳系九大行星之一，按离太阳由近及远的次序为第四颗，它的体积在太阳系中居第七位。由于火星上的岩石、砂土和天空是红色或粉红色的，因此这颗行星又常被称作“红色的星球”。 蛋白质是一切生物细胞的重要组成部分。没有蛋白质，就没有生命。鸡蛋中的蛋白，是蛋白质的一种。牛肉、猪血、黄瓜、大豆、面粉中，都含有不同数量的蛋白质。在人体中，内脏、肌肉、血液、皮肤、骨骼、毛发中均含有蛋白质。 酶酶是生物体的细胞产生的有机胶状物质，由蛋白质组成。作用是加速有机体内进行的化学变化，如促进体内的氧化作用、消化作用等。 二氧化碳无色无臭的气体，空气中含量约为0�04%。动物呼吸时，吸入氧气，呼出二氧化碳；绿色植物进行光合作用时，放出氧气，吸入二氧化碳。 磁场传递物体间磁力作用的场。指南针指南就是地球磁场的作用。 臭氧层地球的外面包围的气体层，叫大气层。大气层分为对流层、平流层、中层、热层、外层等层次。平流层中臭氧集中的一层，叫臭氧层，距地面20—30公里。太阳射向地球的紫外线大部分被臭氧层吸收。臭氧层具有保护地球上的生物免遭紫外线过量辐射的作用。 紫外线波长比可见光短的电磁波。可使磷光和荧光物质发光，能透过空气，有杀菌能力，对眼睛有伤害作用。 宇宙线也叫宇宙射线。从宇宙空间辐射到地球上的射线。能量极大，穿透力比爱克斯射线和丙种射线更强。
嘉嘉麻麻8866
科学家研究表明宇宙中恒星的数量为10的29次方个！ 银河系中有行星的的恒星不到千分之二，而地球于其它行星相比具有二百多个显著特性！ 根据对宇宙其它行星产生过程的研究，计算出地球在宇宙中产生的机率为10的215次方分之一！也就是要有10的215次方个行星才有可能产生一个地球，而这个数字远远大于恒星的数量。 计算结果表明地球的产生可以说是不可能的！科学家们现在也无法解释地球存在的原因！所以很多天文学家都有——“上帝造人”的心理倾向！ 但这些数字都是根据天文望远镜的观察测算出来的，而天文望远镜的误差率为30%。所以对于生命的认识还有待于进一步研究！
爱林公主
恒星形成是宇宙物质由暗（光学意义）到明（恒星及星系）的关键步骤。从1796年拉普拉斯的星云假说开始，过去了两个多世纪后，恒星形成领域终于在20世纪的第一个十年通过开创的宽视场成像（Barnard,1907,1919,ApJ）进入实测（靠谱+有钱）学科。
Barnard认证的“暗云”，至今都是本领域研究的重要对象，例如著名的B68 （Alves et al., 2001,Nature）被揭示具有经典的流体力学压力平衡密度结构Bonnor-Ebert轮廓。又例如基于我们首次捕获到的正在诞生的暗云B227（Zuo et al., 2018 ,ApJ “Catching the Birth of a Dark Molecular Cloud for the First Time”）。这两个工作分别研究了Barnard认证的第68个和第227个暗云。
拉普拉斯及其太阳系星云起源假说示意图
暗云之为暗，是由于尘埃消光，但其主要成分是气体。1951年星际中性原子氢气（HI）的发现，确立了其为星际介质的主要成分之一。20世纪60年代，Hollenbach和Salpeter的研究明确了氢原子在星际尘埃表面‘复合’成为分子氢。60年代四大天文发现之一的星际一氧化碳（CO）分子，使得难以探测的分子氢气得以现形，揭示暗云都是分子云。七八十年代，空间天文兴起，红外巡天确定了年轻恒星诞生于分子云。至此一个恒星诞生的完整图景基本完成。
恒星诞生过程
分子的辐射集中在毫米射电波段。恒星形成领域的天文学家从80年代初就开始推动大型毫米波阵列（MMA），经过几次10年规划、多边国际谈判、无数次高原反应，MMA演化、成长为当今地面天文设备的巨无霸——ALMA。到目前为止，ALMA观测用时最多的领域是恒星形成及星际介质，由最初的新兴成为主流显学。
90年代末，我在纽约上州的农村苦读学位，一把剪刀对付一月头发。现在回想起来，那时的手艺为今年的COVID-19疫情宅做了准备。村里有让胡适挂科的农场，自产牛奶和冰激凌。村边有“手指湖”（Finger Lakes），古冰川凿穿岩石深达数百米，与秋光一起烂漫至天际，非常适合思考恒星形成之三大经典问题：磁场问题、湍流问题、角动量问题。
至今，三大问题无一解决！
三大问题的本质是多数量级尺度跨越中的能量转移机制。从几千光年的弥散星际介质到百万公里腰围的太阳，缩水了几百亿倍。如果星际介质中的磁场在具有一定电离度的气体中冻结，其能量密度将远高于分子云所拥有的重力势能。磁场将阻止恒星形成。星际介质中遍布超音速的湍流。湍动对抗质量相吸的重力，直到在数万天文单位或更小的尺度，热运动才达到或超过湍动，使所谓的致密云核可能整体塌缩，开启新一代太阳的星途。
星际介质包裹中的太阳系
磁场、湍流如何耗散缺乏实证，数值模拟里面普遍直接忽略或者做生硬的量纲假设。人类距离物理解释恒星形成尚远。角动量问题是三大问题中相对简单的一个。大尺度的星际介质包含或者演化成为许多子结构。宏观的角动量不必等于局域角动量之和。
90年代以来，特别是哈佛大学天体物理中心Myers和Goodman关于暗分子云核的系列工作，确立了从分子云核中心向外延展5万亿公里左右（这个尺度范围被称为亚光年尺度），在这个范围内角动量已经远远小于重力势能或磁场能或湍动能，而后三者处于能量均分状态。
能量均分也可能是暗云磁流体的一个基本性质。我们刚刚发表了对北天6个分子暗云中云核角动量的研究（Xu et al., 2020,ApJ）。在计算过程中，考虑了此前同类工作忽视的云核密度分布，因而导出了更为真实、数值更小的角动量，进一步验证了在亚光年尺度角动量已经不再影响云核整体塌缩的动力学。从亚光年尺度到恒星尺度（百万公里），角动量虽然不再影响整体塌缩的动力学，但是依然需要被大量耗散，才能加速物质吸积。一般认为外向流是角动量耗散的重要途径。
星际介质，特别是分子暗云中，各个层级的结构逐步紧实，最终小宇宙爆发点燃核聚变成为恒星。这一句话的星途，包含了多种基本物理、化学过程和环境变化：磁场、湍流、重力、热运动、等离子体、辐射转移、宇宙线、尘埃演化、无机-有机化学等等相互耦合，纠缠不休。
经过了一个世纪和多次新设备之重大突破，恒星形成的科学描述还主要是唯像的：巨分子云集群（Giant molecular cloud complex）到分子云（cloud）到云块（clump）到云核（core）到年轻星周盘（protostellar disk）加外向流(outflow)，最终由于某种神秘力量阻止吸积确定原恒星质量，并且整体达成那个统一的更为神秘的初始质量函数（IMF）。
恒星形成的唯像描述
星际云的形状柔弱多变，但是到了即将塌缩踏上星途的云核，就圆润起来，在物理学家眼里都是球，亦如物理学家眼里的牛。这个叙事过程朴素可爱：“现在的日子是鸡，长大了就变成了鹅；鹅长大了, 就变成了羊；羊长大了, 就变成了牛；等牛长大了, 就是共产主义了......”
物理牛
如何实现太阳诞生这样“共产主义”的理想？2009年，人类 历史 上最大的单体空间望远镜（大过但是轻于哈勃）赫歇尔天文台的发射升空，带来了革命性的进步。
作者近期相关论文发表于：
美国《天体物理杂志快报》Xu et al. 2020, ApJL，DOI:，作者：徐雪芳，李菂, 戴昱等
美国《天体物理杂志》Xu et al. 2020, ApJ，arXiv:，作者：徐雪芳，李菂, 戴昱等
中国《天文与天体物理研究》 Yue et al. 2020, RAA，arXiv:，作者：岳楠楠，李菂, 张其洲等
英国《皇家天文学会月报》 Zhang et al. 2020, MNRAS accepted, arXiv:, 作者：张超，任志远, 吴京文等
参考文献：
Alves, ., Lada, ., & Lada, . Internal structure of a cold dark molecular cloud inferred from the extinction of background starlight. 2001, nature, 409, 159
Barnard . On a nebulous groundwork in the constellation Taurus. ApJ, 1907, 25:218-225.
Barnard . On the dark markings of the sky, with a catalogue of 182 such objects. ApJ, 1919, 49:1-24.
Hacar, A., Tafalla, M., Forbrich, J., et al. An ALMA study of the Orion Integral Filament. I. Evidence for narrow fibers in a massive cloud. 2018, ApJ, 610, A77
Hollenbach, D., Salpeter, . Molecular Hydrogen Formation on Grains in H I Regions. 1969, BAAS, 1, 244
Li, ., Li, D., Qian L. et al. 2015, Outflows and Bubbles in Taurus: Star-formation Feedback Sufficient to Maintain Turbulence, ApJS, 219, 20
Tan, J. C., & McKee, C. F. 2004, The Formation of the First Stars. I. Mass Infall Rates, Accretion Disk Structure, and Protostellar Evolution, ApJ, 603, 383
Xu, X., Li, D., Dai, ., et al. Independent Core Rotation in Massive Filaments in Orion. 2020, ApJL, 894, L20
Xu, X., Li, D., Dai, ., et al. Rotation of Two Micron All Sky Survey Clumps in Molecular Clouds. 2020, ApJ, arXiv:
Yue, N., Li, D., Zhang, Q., et al. Resolution-dependent Subsonic Non-thermal Line Dispersion Revealed by ALMA, 2020, accepted by RAA, arXiv:
Zuo P., Li D., Peek . G., et al. Catching the Birth of a Dark Molecular Cloud for the First Time. ApJ, 2018, 867:13.
作者简介：李菂，国家天文台研究员，从事天体物理和天文技术研究，撰写关于猎户座大质量“宁静”云核的系列论文，在美国天体物理杂志（ApJ）发表。
[ 责编：赵宇豪 ]
TATA木门韩林
我国的宇宙线研究几乎与新中国同龄，1949 年10 月1 日开国大典后的第二个月，中国科学院即在北京成立．半年以后，1950 年5 月19 日在北京成立了中国科学院近代物理研究所，吴有训兼任所长．1951 年开始，即在该所内建立了宇宙线组，由王淦昌、肖健负责．1953 年10 月，近代物理研究所改名为物理研究所，钱三强曾任所长，研究所设有高能研究室，包括宇宙线组和加速器物理实验组，王淦昌、张文裕先后任室主任．1958 年研究所又更名为原子能研究所，由第二机械工业部(以下简称二机部)和中国科学院双重领导，以二机部为主．1972 年，因周总理的批示“这件事不能再延迟了”，指的是要发展高能物理，建造高能粒子加速器，1973 年2 月1 日，原子能研究所一部易名，成立中国科学院高能物理研究所，张文裕为第一任所长，宇宙线室随之成立，以后发展为粒子天体物理中心．这一段时间的机构调整，说明当时国家在考虑如何布局和发展我国的原子能事业和高能物理事业．从那以后的40 年中，我国的宇宙线研究队伍扩大到国内多家高等院校和研究所，其中高能物理研究所始终扮演着排头兵的角色．
建国初期，我国的宇宙线研究队伍虽小，但力量很强，赵忠尧、王淦昌和张文裕先生都是在新中国成立前就已经在核物理、粒子物理或宇宙线领域做出过有重大国际影响的成果，并与国际知名物理学家有过合作或交流的学者．他们三位都领导过我国早期的宇宙线研究．
赵忠尧先生( 见图1)，1902 年出生，1927 年夏赴美国加州理工学院留学，师从1923 年诺贝尔物理奖得主、校长密立根(R. A. Millikan)教授．他是国际上第一个观测到正电子的产生和正负电子湮灭现象的人，他在这段时间的工作曾得到卢瑟福(E. Rutherford) 的高度评价．1945 年，赵先生再次赴美，用多板云室研究宇宙线高能簇射，得到出色的结果．
图1 赵忠尧
王淦昌先生( 见图2)，1907 年出生，1933 年在德国柏林大学获博士学位，导师迈特纳(L. Meitner)， 1941 年，王淦昌在国内生病期间，系统分析研究了当时已经用过的各种探测中微子的方法，1942 年1 月，他的论文《关于探测中微子的一个建议》在美国《物理评论快讯》(Physical Review Letters)上发表．美国的物理学家杰姆斯·阿伦(J. S. Allen)采纳了他的建议后于同年6 月在《物理评论》(Physical Review)上发表了题目为《一个中微子存在的实验证据》的文章，“王淦昌—阿伦实验”是世界上第一个比较确切地验证中微子存在的著名实验．
图2 王淦昌
张文裕先生(见图3)，1910 年出生，1935—1938 年在英国剑桥大学卡文迪什实验室获得博士学位，导师是该实验室主任、诺贝尔物理奖得主卢瑟福(E. Rutherford)．张先生于1944—1949年再次赴美，在美国普林斯顿大学巴尔摩(Pa1mer)实验室访问工作，发现在一定条件下带负电的μ 子会被原子核俘获并释放一个轨道电子，从而形成μ 介原子．1949 年1 月，他在美国《现代物理评论》(Rev. Mod. Phys.)上发表论文，受到实验室主任惠勒(J. A. Wheeler)同期文章的引用，在J. Hiifner 等人的专著《μ子物理》一书中被称作“张辐射”、“张原子”．
图3 张文裕
这三位先生有一个共同特点，就是学风严谨，重视实验，而且亲自动手做实验装置．他们都有一颗强烈的敬业爱国之心，赵先生于1945 年第二次出国是由当时的中央研究院派出，除了做研究工作外，为以后国内的研究做了许多技术准备，新中国成立后，赵先生毅然于1950 年底辗转回国；张先生因在国内无法开展工作于1943 年二次赴美，建国初期由于受到美国麦卡锡主义的迫害，经过了五年时间的努力，于1956 年从美国绕道欧洲才得以回到祖国；王先生则是1934年留学回国，1945年后到美国做宇宙线研究，还和赵先生共同制造一台50cm多板云室带回国内．三位先生是中国科学院最早期的院士，是新中国核科学和高能物理事业的奠基人和开拓者．
还应当提到的一位是肖健先生(见图4)，1920年出生， 1944 年毕业于西南联合大学物理系，1947 年留学美国加州理工学院，成为安德森的研究生．新中国成立，肖健因急于回国放弃了继续攻读博士学位的机会，于1950 年获硕士学位后即刻回国．在我国早期的宇宙线研究中，肖健成为几位前辈的主要助手，他“只管耕耘，不管收获”，在较长的时间是宇宙线研究的学术领导，“文革”期间曾遭受迫害，后转向粒子物理，1980年成为中国科学院院士．
图4 肖健
由于这几位前辈的学问和人格魅力，我国的宇宙线和粒子物理研究结合非常紧密，不分彼此，几十年来宇宙线为加速器和粒子物理培养和输送了不少人才，著名“两弹一星”专家吕敏就经历过宇宙线的早期研究工作的锻炼．由于另有重任，几位前辈在宇宙线方面工作的时间长短不一，相对都比较短暂，我们大家都为有他们作为我国宇宙线事业的第一代学科带头人而自豪．
我国的宇宙线研究大体可以分为三个阶段，从建国初期到1973 年左右，大体可看成宇宙线研究的第一阶段，在前辈们的带领下，侧重于以云雾室为主要探测工具的高能宇宙线相互作用的研究和奇异粒子的寻找．1954 年在云南落雪山海拔3180m处建立了中国第一个高山宇宙线实验室．安装了赵忠尧、王淦昌从美国带回的50cm 多板云室，建造了30cm 磁云室．用这两个小云室探测到700 多个奇异粒子(主要是Λ0超子和K0s(θ0)介子)事例，并对它们进行了全面分析，还研究了宇宙线粒子电磁簇射现象和高能电子直接产生电子对的截面等，发表了一批好文章，例如文献．1958 年，在大跃进形势下，在张文裕、肖健、力一领导下，在原落雪山实验室附近9km处海拔3220m海子头山顶上建设了新的高山宇宙线站，实验设备由三个大型云室组成，上层为靶室，中层为磁云室，下层为多板室，对单电荷粒子的最大可测动量为100 GeV/c，电离测量误差为10％，设备的总重近300 吨，在当时是世界同类装置规模最大、水平最先进的仪器之一．在当时的经济条件下，能建设这样一套大云室系统，已经是很大的投入了．最初，大云室的物理目标放在超过当时加速器能量(几十GeV)的高能物理研究上．因为经历三年困难时期，大云室的建造花了7年时间，到1965 年建成，后又因“文化大革命”，岁月蹉跎，研究工作受到影响，到60 年代末，国际上加速器的能量已提高到与大云室相同的量级，原定的高能物理的研究方向已不具优势．于是，研究组根据当时粒子物理前沿的热点课题，突出了寻找夸克(我国粒子物理理论家曾称为层子)的研究．夸克(quark)可能具有1/3 或2/3 分数电子电荷，大磁云室能够可靠地鉴定分数电荷粒子，但是实验中没有找到分数电荷粒子(以后的研究表明，夸克是存在的，但是被囚禁在强子内，所以找不到)，却在1972 年获得了一个可能的重质量粒子事例．后来研究组又较系统地测量了3220m高度的μ子强度和能谱，测量了π-介子、质子、反质子等的流强以及它们之间的比值，其中反质子流强是当时国际上的首次实验结果．此外，还有高山宇宙线高能粒子形态学的测量，对研究宇宙线在大气层中的传播和超高能核作用模型的检验也具有重要意义．
徐珊珊11
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热爱每一刻 10人参与回答 2023-12-10 你这篇中国知网也好，万方数据也好都有例子！甚至百度文库都有！==================论文写作方法==========================
陈家小鱼儿 4人参与回答 2023-12-11 
