【科普】大气生物
(2014-07-08 13:54:51)
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我们头顶上的这片蓝色的天空,是由地球的大气构成的。真正的宇宙太空看起来是一片纯黑。
地球气体的整体,被我们称为大气层。大气层高度超过1000公里,虽然没有明显的界限,但是大气层随其高度的不同而显示出不同的特点,于是我们把它分为若干子层次,大致来说0~17公里为对流层,17~50公里为平流层,50~80公里为中间层,80~500公里为暖层,500~1000公里为外层,等。
由于一次次的难以解释的目击案例,人们开始猜想,在这厚厚的一片大气,会不会生活着一种大气生物呢?
大气生物,顾名思义是生活在大气层中的一种生物。鸟类虽然也能在天上飞行,但是鸟类必须在地面做巢,它们的生活很大程度上是离不开地面的。而大气生物则不同,它们完全以大气为家,不用和地面发生直接的关系。中国古代传说的云中的龙,如果归类,很可能也属于大气生物的一种。
虽然有各种目击案例,但是目前还没有真正过硬的证据来证明大气生物的存在。不过我们可以先讨论一下这种生物存在的可能性。因为它们的生存方式与我们熟悉的生物明显有着很大的差别。
【御风而行】
我们可以理解鸟类依靠翅膀在空中飞翔,但是大气生物的行动方式显然不是基于那样的机制。比如中国龙,它们在云中的飞行的姿态就像在水中游动一样。如果想做到这一点,大气生物的身体密度就必须接近空气。既是一种固体用来组成身体,同时又具有像气体一样轻的密度,这样的固体物质是存在的么?
答案是肯定的。早在1931年美国科学家已制造出了一种密度约为3 kg/m3的固体物质,密度仅约为空气的3倍(0摄氏度1个标准大气压下空气的密度大约为1.2 kg/m3),称作气凝胶。
想弄清气凝胶是怎么回事,让我们先从胶体说起。胶体是稳定性介于溶液和浊液之间的一种混合物,包含两种物质:一种是作为主体的介质,另一种是分散在其中的粒子,分散粒子尺度一般在 1nm 到 100nm之间。豆浆、墨水之类的物质,都可以归属胶体(液溶胶)的范畴。而当这些分散的胶体粒子互相连接,形成了某种空间网状结构之后,整个胶体的物理性质会发生一些变化,就形成了“凝胶”,例如琼脂就属于一种凝胶。一般常见的凝胶中占主体的介质部分是液体,如果介质是气体,就称为气凝胶。
气凝胶中大部分由气体构成,难怪如此之轻。看起来它就像一片淡蓝色的烟雾,这种蓝色对于生活在蓝色的天空中的大气生物来说,可算是一种不错的保护色。虽然很轻,但气凝胶的结构相当坚固,可以承受其自身重量数千倍的压力,作为身体结构,这种物质具有了必不可少的保护性。另外,气凝胶具有极好的隔热能力,这种隔热能力,也对生活在寒冷的高空大气层中的生物来说,很可能也具有一定意义的。
如果觉得气凝胶还不够轻,没有关系。在2013年,中国浙江大学的科学家更是研制出了一种称作“全碳气凝胶”的固体物质,密度仅为0.16 kg/m3 ,甚至比空气还轻。
既然人类能制造出这样的物质,大自然中的生物也完全可能拥有用类似物质构成的身体。这样的身体,密度就可以比较接近空气。如果再加上一个类似鱼鳔的调节机制,完全可以实现在大气中自由地沉浮翱翔。
【透明生物】
我们可以很自然地猜想大气生物是透明的。如果它们不是透明的,必然会遮挡阳光,从而在地面留下阴影。我们就很容易发现。
说到透明,如果一个物质可以让可见光通过就是透明的。但是,仅仅透明并不意味着看不到。普通的玻璃就是透明的,但即使是透明的玻璃制品放在桌子上,我们也可以看得清清楚楚。
其中的道理何在呢?这就得提一下折射率的概念了。所谓折射率,是指光在真空中的速度与光在该材料中的速度之比率。折射率反映了透明物质的一种内在属性。
即使是透明的,两种折射率差别较大的物质放在一起,我们可以清晰地看到其边界。举例来说,空气的折射率几乎等于1(实际约为1.0003),而玻璃的折射率大约为1.5,玻璃制成的生物是无法在空气中隐形的。即使有一个极其纯净透明的玻璃生物在空中飞过,不但我们可以清晰地看到它,在阳光照射下,地上还会投下它的影子。水的折射率约为1.33,冰的折射率约为1.30,即使是冰放在水中,仍然可见,虽然不很明显。
那么,有没有折射率接近空气的物质呢?
还真有。目前我们知道有一种折射率达到1.015的物质,虽然和空气还有一定差距,在空气中它可以被发现,但是这样的物质已经几乎不太容易被注意到了。如果距离较远,真的有可能被观察者忽略。它就是由气凝胶制造的一种玻璃,称为气凝胶玻璃。又是气凝胶!看来气凝胶可能成为大气生物身体材料的首席候选人。
考虑到生物在亿万年的进化中所获得的能力远比人类掌握的制造技术为精巧,所以大气生物能够用折射率更低,更接近空气的物质来制造自身也不会令人感到惊奇。
这样就可以做到真正的隐身。
【凝胶流星】
生活在地面的人类,经常观察到流星现象。一般的解释是来自天外的星体被地球引力捕获,落入大气层而形成的。这类流星,往往会以陨石或陨铁的形式落到地面上。但是还有一类流星被人发现的时候是一团胶体一样的东西——
在中国古代有过不少“天雨肉”的记载,例如明代谢肇淛所著《五杂俎》记载了“(汉)桓帝建和三年,北地雨肉,似羊肋,又大如手。”唐代天文学家李淳风所著《乙巳占》中记录了很多类似“天雨筋”、“天雨膏”、“天雨肉”的事件,并从占卜的角度来分析这类事件的发生对人类社会的影响。
外国也有类似的记录,“一天晚上,我爸爸——乔尔·鲍尔斯,在马萨诸塞洛厄尔的劳伦斯大街上散步时,看到一颗光亮的流星穿过大气层闪光而下,落在离他很近的地上.经过调查,他发现是一块凝胶似的物体,其气味简直使人无法忍受。(Ellen M·Adams:《自然》1910年84卷105~106页)
这种习惯以“凝胶流星”来命名的物质,是什么东西呢?
一个比较牵强的解释是:当电离层或辐射带中的等离子体含有较多的碳离子、氮离子、氢、氧离子等等时,就会复合为某种有机物或类似有机物的物体落下来。另一个比较牵强的解释是:地面的一些物质被龙卷风之类的气旋卷上天空,然后再落下来。姑且不去深究这些解释的正确性,但是“凝胶流星”这一现象让我们不禁联想到了大气生物。
生活在大气中的生物,当它们死后,是否有可能会落到地面呢?如果它们的遗骸落到地面上,会是怎样一个效果呢?会不会就是那偶然一现的“凝胶流星”呢?
【进化脉络】
现代科学普遍认可的生物进化脉络是生命产生于原始海洋中,然后渐渐登上陆地,并出现了会飞行的生物。按这个脉络,我们无法想象大气生物是从哪个环节进化而来的。
但是,我们可以换一个思路。生物进化的起点也许未必是海洋,而是大气。也许在海洋中出现生物之前,就先出现了大气生物。而由于某种原因,大气生物的一个分支落入海洋,开始了在海洋中的进化。
中国传说中的龙,既可以在云中飞行,同时又是海洋的领袖,这是否也意味着龙是一种大气和海洋的两栖生物呢?那么有可能龙代表着生物进化早期的一种形态。
从现有的科学发现来看,虽然不能证实大气生物的存在,但是提供了可能性的支持。如果有朝一日真的有大气生物被发现,我们不会感觉到特别惊讶。