格物社·在线图书馆

作者：阿白特尔 审核：赖渊   说到天气，我们的第一印象通常是刮风、下雨、打雷等现象。的确，这些现象是我们生活环境的重要组成部分，也是我们最能够直观感受到的天气现象，但所有的这些都只是发生在距离地面十几公里以内的一层薄薄的对流层内。十几公里是什么概念？一个稍微大些的城市，从一端走到另一端就要超过这个数字了。而我们知道，天空是广袤无垠的。因此，我们平日里能够直接感受到的天气现象只是所有天气现象中的一部分，对流层以上，尤其是大气层之外，存在着另外的一种风云变幻：空间天气。   对流层内天气的载体是空气分子，尤其以水蒸气为重要作用因子。而众所周知，大气层外是几乎不存在空气分子的，更不要说连平流层都难以进入的水蒸气了，因此，空间天气的载体一定和对流层天气不一样。事实上，空间天气的主要载体是空间等离子体，也就是电离的气体。而空间天气的主要驱动源头，就是太阳的活动。 太阳米粒组织。图中呈现的区域之大小约和地球相当，其中的米粒组织之跨幅则约等同于一个国家，而影像能解析的最小结构小至30公里宽 （来源：NSO，NSF，AURA，Inouye太阳望远镜）   我们每天看到的太阳似乎都没有什么不同，但事实上，太阳表面是千变万化着的。小到米粒组织以分钟为单位的浮现与消失，大到太阳活动以11年为单位的潮涨潮落，种种迹象都表明太阳远非平静，而是像我们人类一样有心跳有呼吸。当然，有呼吸就有呼吸不畅的时候，这时太阳也会像我们一样，打出一个大大的喷嚏，我们称之为太阳爆发。太阳的爆发活动，是恶劣空间天气的元凶之一，而准确预测和评估太阳的爆发，就成为了空间天气研究的重中之重。   太阳的爆发活动主要有太阳耀斑和日冕物质抛射。太阳耀斑是指太阳表面某一个区域在各个波段突然增亮的现象，而日冕物质抛射是指太阳将自己日冕中的等离子体以较快的速度抛向行星际空间的过程。 广袤的日冕 （影像提供与版权: P. Hor ...

作者：丛雨 梅西耶天体表   说起深空天体星表，最广为人知的恐怕非梅西耶天体表莫属了。它由法国的天文学家查尔斯·梅西耶（Charles Messier）主编，合计收录了110个深空天体，包含12个星云（其中的M 1蟹状星云为梅西耶天体中唯一的超新星遗迹）、57个星团（28个球状星团和29个疏散星团）、40个星系，以及一个被错误收录的双星M 40。天文爱好者耳熟能详的一众著名天体，诸如仙女座星系M 31、猎户座星云M 42、昴星团M 45等都属于梅西耶天体。 梅西耶其实是一个彗星爱好者，他在搜寻彗星的生涯中，发现了一些类似但却并非彗星的天体，进而编辑了这份最早发表于1771年的星表。当时梅西耶只整理了45个天体，到1781年时，人们参考了他与皮埃尔·梅尚的观测记录，将其扩充到了103个，后来天文学家又陆续将其完善。 值得一提的是，身处法国的梅西耶，自然不可能观测到全天所有的目标，也因此梅西耶天体都位于赤纬约36°以北。这是一份适合北半球的爱好者探索的天体表，每逢3月下旬附近，诸多天文友人往往会挑选一个晴朗无月光影响的夜晚，体验一场被称作“梅西耶马拉松”的视觉盛宴，借助望远镜挑战一晚上寻找全部的梅西耶天体。 梅西耶天体 科德维尔天体表（Caldwell Catalogue，编号C）   科德维尔天体并不像梅西耶天体那样赫赫有名，它收录了南天和北天的109个较为明亮且未被梅西耶天体表收编的深空天体，包括25个星云（其中超新星遗迹2个、暗星云1个、行星状星云13个）、43个星团、35个星系，另有6个星团和星云的组合天体，由英国的业余爱好者兼科普作家帕特里克·科德维尔穆尔爵士（Sir Patrick Caldwell-Moore）编录于1995年。其中比较著名的譬如北天英仙座的双星团（C 14）、金牛座的毕星团（C 41），以及我们也许不太熟悉的南天的船底座大星云（C 92 ...

作者：Kon 审核：Nancy   现代宇宙学理论认为星系从最初形成演化到现在的过程中会经历多次星系并合，由于整体过程的细节所涉及的解析过于复杂，因此借助计算机对大量点粒子进行直接数值模拟是最常见的研究手段。当然，天文学始终是一门用观测数据说话的学问，通过观测数据获得不同距离处星系的性质（距离越远，看到的宇宙则更古老，星系也更年轻）和数值模拟结果做对比，从而确认理论模型的准确程度。 德国马克斯普朗克研究所用数值模拟给出的宇宙大尺度结构图像，放大最大的部分代表一个大的星系团，其中每个小光点代表一个星系   重构星系的演化历史一直是天文学中非常重要的课题。另一方面，人类身处银河系中，银河系本身就是绝佳的星系研究对象，回溯银河系的演化历史是对现有理论的一个有效例证。如今观测技术的发展就使这项研究成为了可能，“银河系考古学”自然也成了大数据时代下天文学的热门领域。   所谓“银河系考古学”，就是通过研究银河系内恒星的化学与动力学性质，寻找出一些非常特殊的结构（如：星流，潮汐碎片）。恒星是有“记忆”的，年老恒星在刚形成时所处的环境必然和现在大不相同，不同类型的重元素含量也和现在不同，这些特性能从那些主序寿命较长的小质量恒星的大气层中反映出来。除此之外，恒星同样会保留原有的动力学性质，如果某一批恒星是银河系在某个阶段从其他星系那儿吸积过来的，这批恒星在动力学上会和银河系的“原住民”大相径庭，但他们内部却又是高度一致。因此，这类在化学与动力学性质上具有鲜明特征的子结构就如同“化石证据”般地存在。   如今，天文学家已经在银河系内部发现了许多这样的子结构，经研究发现，有一部分是球状星团潮汐瓦解后的产物，而另一部分就是银河系在历史上与别的矮星系并合后遗留下的痕迹。 目前已知的银河系中子结构的空间分布，出自arXiv：2002.04340

作者：斎藤信 审核：白烟   如果小编没算错，这篇文章会在大年初一（或者之后）被放到各位看官面前（gong kai chu xing）。小编在此注各位新年快乐！大年初一发文不易，小编不求三倍工资（mei gong zi），但求各位看官能细细阅读。如果能点赞三连（划掉）再转发就更棒了！ 祝大家新年快乐，身体健康！   大家应该听说了2020是个“双闰年”，鼠年有384天，比往常要多上一个月（闰四月）的班。道理我都懂，但为什么要加班？所以今儿个咱就来聊聊这历法中的置闰。   首先，让我们来了解一下什么是“历法”。   所谓历法就是指推算日、月、年的时间长度和它们之间的关系，是制定时间顺序的法则。历法中的月和年，其长度有的是按日月运行周期定出的，有的是人为规定的。最早制定的历法，多重视月相的盈亏变化，后来由于农业的需要，制定历法则规定寒暑有常，节所有序。这些规定就使得历书上的月、日的次序和太阳、月亮在天空中的视位置完全一致。如果不一致，将会造成寒暑颠倒、月相失常的混乱现象。   接着，让我们来了解一下“置闰”。   回归年是四季更迭的周期，朔望月是月相变化的周期。因此，制定历法必须精确定出这两个周期的长度。但是回归年（365.2422日）和朔望月（29.5306日）都不是整数，都不能简单通约。如果按年、月的实际长度作为年和月，那么年和月开始的时刻在一日中将是不固定的（谁知道0.2422天要怎么过呢），这对人们的生产和生活都很不方便。因此，历法中的年和月则人为规定为整数日。这种整日数的年和月称为历年和历月。而它们之间存在着一定的差值。如果对差值置之不理，时间一长，将会造成历法的混乱。对差值的适当处理，在历法中叫做置闰。   公历（即格里历），也就是阳历，它的置闰方式大家应该都懂。阳历是纯粹以回归年为基本单位，与朔望月毫无关系。把年堪称首要成分，力求使阳历历年的平均长度等于回归 ...

作者：绿水青山 审核：食野；未名   说起肿瘤，大家在日常生活中可能经常听到或者看到，但并不清楚肿瘤的专业定义。看到肿瘤这个词的时候，可能我们第一反应都是有些恐惧的。因为通常情况下恶性肿瘤不但难以治愈，而且对病人日常生活影响极大。今天我们就来了解一下肿瘤的相关知识。   肿瘤，它在生物学上的定义是——机体的细胞异常增殖形成的新生物( 新生物就是指身体组织不正常增殖出的肿瘤块)；常表现为机体局部的异常组织团块。肿瘤的形成是在各种致瘤因素作用下细胞生长调控发生严重紊乱的结果。   上面这段话就说明了，肿瘤在机体正常运转的情况下是不应该存在的。那么肿瘤的增生又有哪些特点呢？首先，肿瘤性的增生与机体是不协调的，是有害的。而且肿瘤性增生一般是克隆性的，肿瘤细胞在不同程度上失去了分化成熟的能力。一般来说，肿瘤细胞原本的功能、形态、代谢都会出现异常，同时生长旺盛，失去控制并具有一定的自主性。在肿瘤形成初期，因为外界致瘤因素导致了某个细胞基因的改变，从而使细胞失去控制，同时又可以把自身基因稳定地遗传给下一代。所以，即使后期外界因素已经消除，肿瘤依然会自主性地继续增殖，而且肿瘤一般是由同一细胞分裂而来的子细胞组成的。   了解了肿瘤增生的特征后，进一步要了解的就是肿瘤的一般形态了。肿瘤块大多数情况下只有一个，但有时也可以同时出现多个。肿瘤的形状也有多种，一般有息肉状、乳头状、菜花状、结节状、溃疡状等等。肿瘤的颜色也多种多样，一般肿瘤的切面呈灰白色或灰红色，但也受其含血量、色素等因素的影响。比如，脂肪瘤一般为黄色，血管瘤多为暗红色或紫红色。根据肿瘤的生长情况，也可以将其分为良性肿瘤与恶性肿瘤。医学上对于良恶性肿瘤的命名是不同的，一般将恶性肿瘤称作“原发部位”+“癌”，而良性肿瘤则称作“所在部位”+“瘤”。不过这个规则也有例外，例如在间叶组织发生的恶性肿瘤会被称为“肉瘤”。 一、良性肿瘤 ...

作者：蜗牛 审核：一毫秒的永恒   冬日的早晨，清冷而安静，物体表面还未被太阳打上高光，只是自然的本色，我喜欢这样的时光，没有喧嚣，没有纷扰，没有第一节课的紧张，从容地出门去签到上班，顺便还能带上望远镜看看校园里的鸟儿们。   今天运气不错，在喜鹊的叫声中，刚出家门不远就在水塔处的小广场上听出夹在麻雀喳喳声里的一丝“zizi”声来，应该是山雀，举起望远镜瞅瞅，这一只应该是大山雀，不过也可能是远东山雀，这俩是看一次混一次，常见的鸟儿也要用心才是。   过了中间小门，操场和商店之间的这条法国梧桐遮蔽下的大道简直就是“天使( 屎) 之路”，地上大摊的鸟屎连成片，可能它们天天都在这里开会吧。每年春夏之交，好多人都在这条路上遇到过灰喜鹊妈妈( 也可能是爸爸) 们的袭击，每次都是先看到一只大的灰喜鹊在斜前方的树丫低处呕呀啁喳一通训斥，稍稍走过它的站立之处，感觉到耳后一阵风起，回头看去，这只灰喜鹊已经得胜收兵了，也并不是真的攻击，只是在走过之后在头顶后边很近的地方盘旋一下而已，不知道这属于什么战术。有一次我一直扭头看着这个发通告的灰喜鹊，它看着我一直注视着它，居然不好意思采取行动，我后来干脆倒着走出它的势力范围，在鸟儿眼睁睁的无奈中暗自得意了许久。 喜鹊   真的攻击还是有的，只是不多。笔者的闺蜜说过她和儿子在这条路上玩时，一只小灰喜鹊宝宝在她们不远处扑腾，两三岁的小儿子靠得稍微近了些，大鸟俯冲下来，她赶紧跑上前护了一下，隔了一天，还是在同一路段，没有带儿子的她被大鸟从背后在头顶啄了一下，真的很疼。穿着不一样的衣服，鸟儿是根据什么认住了我们人类的？在我们眼中，种类一样个头一样的鸟儿真的区分不开，我不知道在路上遇到的这一只和在我窗外看到的是否是同一只，但穿不一样衣服的同一个人又是如何被鸟儿们在一堆人中认出来的呢？ 珠颈斑鸠   纵然有灰喜鹊称霸的这条路上，偶尔也会有斑鸠静悄悄地潜伏 ...

  代数是研究数、数量、关系、结构与代数方程（组）的通用解法及其性质的数学分支。初等代数一般在中学时讲授，介绍代数的基本思想：研究当我们对数字作加法或乘法时会发生什么，以及了解变量的概念和如何建立多项式并找出它们的根。代数的研究对象不仅是数字，还是各种抽象化的结构。   作者：delta   代数是当今数学中最重要的分支之一。在它下面还能分出许多其他的分支，比如初等代数、高等代数，而高等代数还能分出更多枝叶。如果说数学是尤克特拉希尔的话，那么代数就是其中的阿斯加德。   顺带一提，几何是华纳海姆。   显然，近世代数在阿斯加德中拥有着等同于英灵殿的奥丁相同的权能。我们此行的目的便是觐见奥丁。然而，无论哪个国家，不先从守门人那里拿到通行证，我们都不可能直接觐见国王。所以，至少让我们先走上比弗罗斯特，跟海姆达尔——初等代数来一场交心的攀谈。 起源   目前普遍认为，公元前三世纪的古希腊数学家丢番图是代数学的鼻祖，而真正创立代数的则是古阿拉伯帝国时期的数学家花拉子米。后者常常因为名字而被中国的学生嘲笑。   然而，这种不恰当的嘲笑也没能给花拉子米带来多少名声。听说过他的终究只是少数人。相反，丢番图则因为他墓碑上的小学奥数练习题和著名的丢番图方程而被大多数人所知。   说来好笑，情况再次发生了戏剧般的转折：尽管很多人都听说过丢番图方程，但别说解决这类问题了，他们甚至连丢番图方程究竞是什么都不知道：仅仅停留在名词党的层面。   如果你以为这篇文章准备讲丢番图方程，那就大错特错了。我们说由简入繁，就要从真正的“简”入手：显然丢番图方程还不算真正的“简”，其本质才算。   方程的本质是什么？等式。   等式的核心是什么？“={=}=”。   让我们从等号开始，走入密米尔之泉。 等号   首先我们知道，如下的式子是正确的： 1=12=1+12×5−6=2×2\begin{alig ...

作者：自控力 审核：Nancy   我们熟知的“人类进化图”其实是有误的。事实上，人类的演化史并非图中呈现的那条笔直单行道，而是一棵分叉众多的繁茂巨树。在远古时期，人属(Homo)成员已知多达15种以上。尼安德特人、直立人、弗洛里斯人……我们的祖先智人(Homo sapiens)曾与这些物种在地球上共同生活过很长一段时光。   既然如此，这幅极具误导性的直线图又是从何而来的？它最早出自 1965 年出版的科普著作《早期人类》(Early Man)。书中原本设计了一张精美的长幅折叠拉页，展示了不同阶段的人属生物。然而，由于原画篇幅极长，后来的排版为了节省空间，将其压缩、折叠在了一起，导致这组生物看起来像是排着队在向前走，最终演变成我们今天看到的线性模样。   在远古地球的角逐中，论强壮，智人不及尼安德特人；论敏捷，我们也不是最出众的。那么，在漫长的岁月中，为何其他的“兄弟姐妹”们都走向了灭绝，唯独我们这一支幸存至今并统治了地球？   人类起源研究领域普遍认为：现代智人的起源地位于东非大裂谷为核心的撒哈拉以南非洲，这里在几百万年前逐渐养育了我们的祖先。不过，也有一些化石显示在地球同一时期的其他地区，可能也有人属动物化石分布，因此学术界形成了非洲起源假说和多地起源假说两种主要理论框架。   早期的人类其实并没有过大的差距，很多是迁出非洲后在不同的地区发生各自的演化逐渐成为不同古人类种群。这就像大自然里的猫科动物演化出了狮子、老虎和豹子等完全不同的分支。我们早期演化的人种中也有身体粗壮的尼安德特人，也有身材矮小的弗洛里斯人。但无论是哪个人种，其共同点便是懂得了思考，但大脑的扩容却让早期的人类付出了巨大的代价。   一般 60 公斤左右的哺乳动物，脑容量在 200 立方厘米左右，但早期人类(如能人)已经达到了约 600 立方厘米。这相当于比其他动物多装了一套高效的CPU系统。 ...

作者：阿白特尔 审核：一毫秒的永恒   说起物质的状态，我们首先想到的可能是固体、液体、气体这三种。在固体中，物质粒子被禁锢在固定的位置附近无规则地振动，因此整体显现出固定的体积和形状。而随着物质粒子无规则热运动的动能增加，总有一刻物质粒子将会挣脱固定位置的束缚而流动起来，这时物质粒子并没有固定的空间位置，但仍然受到周围粒子的吸引力而难以脱离粒子的群体，宏观上看物质就拥有了相对固定的体积和不固定的形状，这样的物质状态就是我们熟悉的液体。随着温度的进一步升高，粒子热运动变得越来越剧烈，以至于粒子基本完全挣脱了粒子间的吸引力而自由地分散开来，这种既没有固定体积也没有固定形状的物质形态被称为气体。可以看到，固体、液体、气体的区别，本质上是由于粒子热运动对粒子间相互作用的挣脱(或破坏) 程度的增加而导致的。   知道了这三种物质形态，我们很自然地就会想到，会不会还存在着更多的物质形态呢？进一步增加物质的温度，会发生什么呢？由于气体已经几乎完全挣脱了直接组成物质的粒子( 如分子) 之间的相互作用，进一步的升温只可能破坏更加强大、更加紧密的相互作用。对于分子气体，增温可能首先破坏其中的共价键或配位键，使得组成分子的原子或原子团相互之间分崩离析，分子气体一步步地变成原子气体。再继续加热，就连强大的原子也“撑不住”了，原子中的电子不断地脱离原子核的吸引力，从而成为独立于原子之外的自由电子，而原本呈电中性的原子由于失去负电荷而变得带有正电荷，因此从原子变成了离子。当气体中的电子- 离子密度达到一定的水平，以至于它们的集体效应可以主导气体的性质时，第四种物质的形态——等离子体态，就产生了。   上面阐述了产生等离子体的一种方法——加热电离法。通过加热使电子的热运动变得剧烈，最终脱离原子的束缚。这样得到的等离子体往往处于热平衡态，也就是电子和离子具有相同的温度。太阳、核聚变反应炉中的等离子 ...

  鼠疫是历史上一种很有名的病原体，它对人类造成的危害足以引起我们对它的重视。鼠疫还有另外一种名字：“黑死病”，因为感染这种疾病而死的人的尸体大部分呈紫黑色。 作者：神州 审核：未名、Thinker 序言   有进攻才有防御，人体的免疫系统，就是用来阻挡外界病原体的入侵的。这次就由笔者带大家了解一下病原体们的进攻机制吧。   我们今天先了解一下历史上一种很有名的病原体——鼠疫，它对人类造成的危害足以引起我们对他的重视。鼠疫还有另外一种名字：“黑死病”，因为感染这种疾病而死的人的尸体大部分呈紫黑色。 鼠疫杆菌 Credit: Rocky Mountain Laboratories, NIAID, NIH   “鼠疫”，看到这个名字我们应该就能想象到它的主要传染源是啮齿类动物，其中就包括旱獭。而旱獭，也就是我们平常所说的“土拨鼠”。 尖叫的土拨鼠 meme   旱獭主要分布在西藏等地区，因此西藏是鼠疫的主要疫源地。但这几年旱獭成为了一种网红动物，很多人因为旱獭“丑萌”的外表都很期待和它接触。然而，大部分人并没有意识到旱獭可能带来动物传染病的问题。   有些人认为，只要不被旱獭咬伤就没有事，但事实并不是这样。鼠疫是极其危险的，传染性也很强。而且它的主要传播途径并不是啮齿类动物的攻击，而是啮齿类动物身上的跳蚤在叮咬带病宿主之后又经过接触转移，最后在新宿主身上生活导致鼠疫被带到新的个体身上。而且在捕杀鼠类的过程中，剥皮、宰杀等行为也会使我们直接接触到鼠疫杆菌从而让我们患病。人类通常对鼠疫没有抵抗力，只要人体被病原体入侵，绝大多数被入侵者都要患病。   根据鼠疫杆菌入侵部位的不同，出现的症状也不同。大致分为常见的原发性的腺鼠疫、肺鼠疫、败血症型鼠疫，和不常见的眼鼠疫、皮肤鼠疫、和脑膜炎型鼠疫。   人被携带鼠疫菌的跳蚤叮咬后，鼠疫菌经过皮肤进入人体后，会从淋巴管进入局部淋巴 ...