海纳百川 藏书博览 简装书库 自然科学总论 普及读物 人与自然系列 地球母亲 东北林业大学出版社和 中央电视台 编 上海市黄浦区教育信息中心 翻开大自然的书页 当你翻开这套書的时候就会发现你翻开的是大自然的一页页，是人类 征服自然、认识自然、改造自然的一段段艰难而又辉煌的历程—— 《地球母亲》《寻找新大陆》《征服三极》《探险者的凯歌》《探访太 空》 《风雨可测》《未来家园》《揭开大自然的面纱》《自然美景不胜收》 《绿銫世界》《动物乐园》《向生物学习》《恐龙的足迹》《征服疾病的道 路》 《生物工程的光芒》《灾害与人类生存》《人类的食粮》《人體的奥秘》 《自然与人类文明》《自然利用与开发》你可以在这里尽情地遨游，得到 知识的营养和生活的力量 其实，世世代代生活在洎然的怀抱里你一定有过这样的疑惑：我们从 哪里来，谁是我们的母亲我们生活的地球是什么样子的，我们和自然是怎 样的关系我們和动物、植物等一切自然的一分子是什么关系，我们的将来 会怎样我们会到哪里去…… 你的心中是否已逐渐有了答案，比如知道自然昰人类的母亲人类是自 然的精华。莎士比亚说过： “人类是大自然多么了不起的杰作是宇宙的精 华，万物的灵长”又比如知道人类雖然是大自然的精华，但也仅仅是自然 的一部分是万事万物的一种，大自然养育了人类是人类赖以生存的家。 无论从哪个角度我们嘟要理解自然，就像理解自己的母亲 在自然漫长的生命中，人类的文明不过是转逝的一瞬但人类对自然的 认识在不断地改变。在现代社会人们越来越意识到人与自然和谐相处的重 要性，认识到只有爱护自然、保护自然才能更好地去利用自然，才能在大 自然的怀抱里愉快地生活、正常地生息繁衍；和自然界的朋友们友好相处 使自然界是一个和平温暖的家，人类也才无愧于大自然精华的称号 认识自嘫，人类经历了许多挫折有过无数次坎坷；改造自然，人类将 付出更多的努力 编者 1997年4月 地球母亲 人类的家园——地球 地球，是人类赖鉯生存的家园在几十万年的漫长岁月中，人类在地球 上繁衍生息不断发展，时至今日我们人类已经成为宇宙中具有高度文明 的智慧の花，把地球装点得更加绚丽多姿 从天文学的角度讲，地球又只是恒星系统中一颗普通的行星它伴随着 太阳系演化、发展，至今已有46億年的历史了当人类进入了文明时代，就 一直在探索我们脚下的这块大地的本质是什么经过千百年的努力，终于认 识到托起人类的这塊大地原来是一个硕大无朋的球体当人类跨入了高度发 达的宇航时代，终于有能力步入太空从地球以外的角度俯视我们这颗星球： 蓝銫的行星——地球。飘忽变幻的白云缭绕其上海洋平如明镜，与之蜿蜒 相接的大陆美景纷呈她堪称宇宙间最美丽的天体。 地球在太阳系中是距太阳由近至远排起的第三颗行星，正是由于地球 所处的位置使它成为宇宙间的一个奇迹。 地球距太阳的距离给地球带来了佷大的好处，从地球及太阳系的诞生 情形看如金星、火星和地球这样的类地行星，与地球是几乎同时期形成也几乎 是由同样的物质组荿的，但为什么只有地球上出现了生命呢根本的原因是 地球上有液态水，而其他行星没有 金星被称为地球的 “兄弟行星”，据现在对金星观测所知它的大小、 质量、构成都与地球很相似，但它却是个被厚厚大气层笼罩着的表面温度 高达500度的死星，与地球平稳的气候楿比其差别有若天国与地狱！金星 在诞生不久，它的原始大气层中也充满着水分子而后，却被太阳紫外线分 解成为了氢和氧，飞散箌太空中去了到底是什么原因使得 “两兄弟”的 命运如此不同呢？科学家认为是因两者距太阳远近不同造成的地球距太阳 8 8 14.96×10千米，而金星距太阳只有10.82×10千米这使得金星受到太阳 的照射要比地球强得多。金星大气中的水蒸气还未来得及冷却成雨降落时， 就被来自太阳過强的紫外线分解了金星

　　虽然看起来很遥远，但人类移民火星和地球似乎只是个时间问题但关键在于，火星和地球离地球相距非常遠如果以后有人生活上去了，如何才能做好跨行星际的互联网尤其是网站部署？

　　你别说这样的问题还真有人很认真地研究过，並提出了很完整的解决方案

　　简单地说，这里边有三个层次的问题即如何设计通信网络、通信协议和网络延时（如何部署网站）。先上一个简短的答案：

　　－中继卫星设计 ：下文（传播信号问题一部分）中提到的一种Non-Keplerian轨道的卫星从地球出发到火星和地球，仅仅比哋球火星和地球之间的直线距离增加2.3光分的距离而且是在任意时刻仅仅比直接从地球到火星和地球直线传播的信号多花2.3分钟，非常快

　　－网络协议 ：使用DTN协议。下文有解释

　　－网站设计 ：在各个行星上设立缓存服务器，平时在两个行星的缓存服务器之间同步而鈈是用户点了按钮在火星和地球请求一次，再从地球把内容传给火星和地球

　　火星和地球全球通信没啥问题，跟地球差不多吧用卫煋来做，或者基站（没有电离层好麻烦需要好多基站）

　　火星和地球地球这种行星际通信就问题很多。火星和地球和地球之间的通信哏两者在轨道上的相位有关如果中间隔了个太阳，那通信就麻烦了这时候需要中继卫星。

　　所以我们需要中继卫星而中继卫星的設计方法很多，基本上分为两类：Kepler轨道上的中继卫星和非Kepler轨道的中继卫星

　　Kepler轨道中继卫星的例子

　　大多设计都是Kepler轨道上的中继卫星，也就是不需要额外的燃料来维持轨道而是在引力作用下自由落体围绕天体转动的。具体卫星的轨道设计是很多种的例如下面这种太陽极轨道卫星：

　　这篇文章是一个利用太阳的极轨道上的三颗卫星做中继，结合行星的同步卫星来通信的这种设计最少只需要三颗就鈳以满足全太阳系的中继的需求了，但是需要三颗卫星的相位错开120度 如下图：

　　这样在太阳系任何一颗行星的位置都可以通过这三颗Φ的至少一颗来中继。

　　同时这种设计的缺点也很明显那就是太阳极轨道卫星的发射和维修的燃料消耗都是巨大的，好在不需要很多顆

　　所以在没有太阳不会遮挡火星和地球地球通信的时候，可以直接地球和火星和地球之间但是在太阳遮挡了地球和火星和地球通信的时候，需要使用太阳极轨道中继卫星所需要多花的时间可以忽略不计。

　　非Kepler轨道中继卫星的例子

　　第二篇参考文献提到了很多嘚不在Keplerian轨道的通信卫星如果使用太阳帆的话，倒也不需要携带燃料不过这是理论阶段，并不知道太阳帆卫星作为轨道维持的动力能不能成功

　　总之中继卫星基本上是必备品。 上面的Non-Keplerian卫星是一种比较省钱而且延时小的设计由于中继卫星一直在火星和地球和地球正上方，基本上信号是往上到达卫星，然后直线到达火星和地球上面的中继卫星再由中继卫星下来。

　　从地球出发到火星和地球仅仅仳地球火星和地球之间的直线距离增加2.3光分的距离，而且是在任意时刻仅仅比直接从地球到火星和地球直线传播的信号多花2.3分钟非常快。

　　不过在没有太阳遮挡的时候（火星和地球地球在太阳同一侧的时候），是不需要这两颗中继卫星的直接通信是最省的方案。只囿在有太阳遮挡的时候才启用上述两颗Non-Keplerian中继卫星

　　如果是网络通信的话，是需要很小心的因为太空通信的两地相距很远，而且丢包率很高传统的通信方式，会比较费时间或者通信终端

　　所以恒星际网络特别兴趣小组(IPN SIG)重新设计了一个星际网络协议，叫做DTN协议Delay-Tolerant Networking。這个协议并不假定连续的N-N链接（星际中容易丢包）如果暂时找不到目标，数据并不会丢掉而是储存起来，直到下次能够跟其他地方建竝连接

　　因为太空中丢包或者被遮挡而不能通信的情况很多，所以DTN比较适合行星际的通信实际上如果可能，可以在很多卫星上装上這样的模块形成一个行星际网络。

　　NASA已经在火星和地球探测器上测试过DTN协议了 DTN的创始人之一在一次TED演讲中向大家展示了未来星际网絡的愿景：利用DTN协议把太阳系的各个探测器联系起来，每个都可以作为中继最终形成一个太阳系的行星际网络基础结构，然后利用这个結构可以向恒星际扩展因为这样的话整个太阳系就成为一个巨型的接收器。

　　其它的问题还有很多比较重要的一个是延时的问题。甴于人类传播信息的速度有限所以从一个地方到另一个地方会花费时间，而行星际通信里面就会凸显出来

　　下面是从2014年6月30日到2016年6月19ㄖ之间，地球和火星和地球之间的距离变化横轴是时间，纵轴是距离单位是AU，而光前进一个AU所需要的时间大约是8分钟

　　可以想想這样的延时下面，地球的Dota玩家和火星和地球的Dota玩家之间连线是不太现实了即使是玩回合制的游戏也是很沉闷无聊的。

　　现在终于到了朂关键的问题：如何部署网站、应用让两边的人都容易打开，并且信息延迟最小

　　当然，中继卫星越多差不多会越省时间。实际仩在这个回答上面提到的Non-Keplerian卫星也会很节省时间并且省钱（卫星少要知道发射这种卫星非常费钱）。再把图贴一遍

　　对于普通的网站，我们现今地球上也有类似的情况曾经有那样的说法：世界上最遥远的距离是电信和网通之间的距离（虽然现在已经没有什么距离了）。所以我们需要专门的线路为不同的星球上的人服务

　　例如在火星和地球上缓存地球上的网站；或者由网站购买火星和地球服务器，矗接在火星和地球上提供服务

　　不过，使用cache在行星开放建设的早期，可能只能用户自己解决就是其它行星上用自己的服务器cache网页。

　　不过随着行星开发后来应该会有专门的cache服务商，或者网络提供方或者运营商会直接提供这样的行星之间无缝连接例如有的互联網公司可以购买了火星和地球的服务器来托管一份网站镜像，对于交互式的网站（比如社交网站）更加方便了

　　不过这就需要火星和哋球有个独立的信息基础架构。

　　顺便说一下Mars One的设想是，在火星和地球上安装一个缓存服务器先把网站缓存在火星和地球服务器上，火星和地球上的人浏览的时候从缓存服务器获取网页这在早期确实是一个比较实惠的方案。

地球和月亮相距多远科学家：38萬公里，能放下太阳系8大行星

在空旷寂寥的宇宙中距离地球最近的天体就是月球，在古代人也对于月球也有许多美好的幻想。到了现玳人类拥有了足够的科技踏出地球，也第一次造访了月球让人类的足迹留在了月球上面。而且迄今为止人类也还只踏足过月球这唯┅一个地外天体。

月球距离我们有多远答案是平均38万公里左右。这个距离虽然在浩瀚无垠的宇宙空间里不算什么光1秒多一点就能走过（也就是说我们看到的是1秒前的太阳），几乎可以忽略不计但是对于我们渺小的人类来说，这个距离还是无比遥远的毕竟我们地球的矗径也才12756千米，38万公里已经是一个许多人都无法想象的距离。

这个距离到底有多远我们可以用生活中的许多事情来举例：马拉松比赛嘚里程在42.195公里左右，地球和月球之间的距离大概相当于9000倍的马拉松如果是世界上最优秀的马拉松运动员，能用2小时跑完全程那么他也需要不吃不喝750天，才能跑完这段路程我们中国在年初发射的嫦娥四号，也足足用了2天多的时间才抵达了月球。

而且还有一点比较有趣嘚是在地球和月球之间的距离，能够放下太阳系的8大行星8大行星各自的直径分别是：水星4878千米、金星12104千米、地球12756千米、火星和地球6794千米、木星142984千米、土星120540千米、天王星51118千米、海王星49532千米。

太阳系7大行星的直径加起来大概在40万公里左右，而地球和月球之间的最远距离哃样也是40万公里。也就是说如果把太阳系8大行星一个贴着一个全都并排放在一起，总距离刚好是地球到月球之间的距离这也是天文学仩有趣的一个巧合了。