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揭秘动物冬眠

冬眠——长久以来被看作是旱獭、熊和睡鼠的专长，它们要用睡眠度过约半年的时间。不过，新的观察证明：不仅哺乳动物，鸟类也可以将它们的活力降低到一个最低水平。除了冬夜鹰，诸如欧夜鹰、楼燕等鸟类也经常处于一种待命模式，有时只持续几个小时。

生物学家最近还必须修正其他一些有关冬眠的传统看法：“至今被我们称作冬眠或冬僵的现象似乎是许多动物对困境做出的相当普遍的反应。”维也纳大学野生动物学和生态学研究所的瓦尔特·阿诺力德表示。马尔堡大学生理学家格哈德·黑尔德迈尔证实说：冬眠的范围比至今所认为的要广泛得多，而且绝不仅限于冬季或哺乳动物。研究人员收集了有关嘴睡动物寒冷纪录的有趣资料。例如，在黑尔德迈尔位于马尔堡的实验室里，西伯利亚南部的加卡利亚仓鼠在所谓的白天昏睡症中打盹——一种只持续几小时的僵硬状态。一些旱獭在隔壁寒冷的控温房间中依偎在一起。它们的身体变凉至8℃，心脏每分钟仅跳动2到3下。这些嗜睡动物各自体内的生命小火花所需的能量几乎不超过一根发光的二极管。

能量节省模式的秘密在于停顿。“大部分新陈代谢停止。”黑尔德迈尔说。小型动物通过这种行为大概能节省多至98%的能量。它们无法再从细胞核中读取基因序列，不再合成蛋白质，整个反应链仿佛被冻结，免疫系统也在很大程度上停工，大脑中的变化尤其极端——清醒状态下大脑绝对是能量消耗大户。“脑电图不再显示大脑的活动。”黑尔德迈尔说。这种状态在人体上被定义为脑死亡。

大自然几乎是荒谬地模糊了生死之间的界限。冬眠动物中最极端的例子是北极地鼠。当阿拉斯加北部的冬季来临时，它蜷缩于地下并且变僵。这种冷血动物每隔10到21天从接近死亡的状态中苏醒一次。

几乎所有冬眠动物都出现这种苏醒过程——周期性的冷启动。研究人员还在猜测，这种周期性的冷启动意味着什么。必需的排泄时间？免疫系统必须清洁身体？目前出现了另一种更接近真实的理论：动物为了避免大脑伤害而苏醒。维也纳的动物学家埃娃·米莱西教黄鼠穿越迷宫并借助摇杆自己取食。接着，米莱西将一半训练好的黄鼠送入控温房间开始数月之久的冬眠，另一半则保持清醒。令人惊讶的结果是：冬眠的一组黄鼠醒来后不再具备完成任务的能力，相反，醒着的黄鼠则能轻而易举地完成。黑尔德迈尔评论说：“很明显，长时间冷却大脑会有大脑停工的风险，因此，大脑必须周期性地重新变暖。”

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前景诱人的空气发电技术

人们将风力视为最洁净的发电能源之一。但是就风力发电而言，也有它的不足：在风力微弱的情况下，风车翼片无外力推动，就会静止不动，无法发出电能；其次，如果联网的风车群有部分不工作，只有几台运转就可能出现过载现象；另外，通常电只能是发多少，消耗多少，无法存储。虽然有一些存储方法，但成本昂贵，难以普及。

深夜，居民和企业用电均处于低峰，如果是核电站或热力电站，便可以将水压缩进位于高处的储水站。当需要用电时将水排出，推动涡轮发电机发电。那么，风力发电能否也像别的发电方式那样，将空气存储起来，到需要时再使用呢？目前，德国技术人员找到了一种存储空气的新方法，即在地下建一座大型储气站，用空气压缩机将空气压缩，进行存储。需要时打开阀门，由高压空气推动涡轮机发电。空气排放前，如果再用燃气加热，效率将更高。

早在1978年，德国下萨克森州就建成了世界上第一座空气发电站，两个位于地下658米和800米的储气站是两个废弃的盐矿矿井。这两个储气站的储气量为31万立方米，最大承受力为70巴，足够供功率290兆的发电机组工作3小时。除此以外，在美国阿拉巴马州也有一个类似的电站，据说美国将要对其进行改造，并将建造一系列新型空气发电站。目前，能源专家对空气发电前景看好，该技术除了能作为应急电站外，也是一种洁净能源的获取办法。如果将其与风力发电机组合使用，它将开辟一条全新的提供能源的新途径。一个风力发电机群加上压缩空气电站，无论从技术、还是从经济角度看，均可以与油、燃气、煤或核能一比高下。如我国的内蒙地区，风力资源丰富，建造风力发电机群，加上空气电站，将有取之不尽的能源。

为保证能提供充足的电能，一般在设计风力发电站时需考虑各种因素，如，建造一个50兆瓦的电站，并不是说由50台1兆瓦的风力发电机简单并联，这只是指在最佳风源的情况下能够实现，但如果风速降低，其功率可能只能达到25兆瓦，因此，建造时需要安装100台风力发电机，这样，即使在风速较低时仍能提供足够的电能。风速高时，同时工作会出现电力过剩情况，这时就可以将空气压缩进地下储气站，到需要时再放出。

空气发电技术现在还少有人问津，原因是目前矿物能源的价格太低，以致人们还无需去考虑。一旦矿物能源耗尽，政府对二氧化碳排放标准严加限制，对洁净能源的需求就会骤然而升。当然，空气发电也并非是零排放，但与热力发电相比，仅是它的二十分之一，每度电的二氧化碳排放量为10至15克。如果该技术能投入使用，那么它将是生态能源领域的一项新突破。

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神奇的极光

曹冲

在我国的古书《山海经》中有极光的记载。书中谈到北方有个神仙，形貌如一条红色的蛇，在夜空中闪闪发光，它的名字叫烛龙。关于烛龙有如下一段描述：“人面蛇身，赤色，身长千里，钟山之神也。”这里所指的烛龙，实际上就是极光。

极光这一术语源自拉丁文伊欧斯一词。传说伊欧斯是希腊神话中“黎明”的化身，是希腊神泰坦的女儿，是太阳神和月亮女神的妹妹，她又是北风等多种风和黄昏星等多颗星的母亲。极光还曾被说成是猎户星座的妻子。

极光是人们能用肉眼看得见的唯一的高空天气现象，它被视为自然界中最漂亮的奇观之一。

在寒冷的极区，人们举目瞭望夜空，常常见到五光十色、千姿百态、形状各异的极光。毫不夸张地说，在世界上简直找不出两个一模一样的极光形体来。从科学研究的角度，人们将极光按其形态特征分成五种：一是底边整齐微微弯曲的圆弧状的极光弧；二是有弯扭折皱的飘带状的极光带；三是如云朵一般的片朵状的极光片；四是面纱一样均匀的帐幔状的极光幔：五是沿磁力线方向的射线状的极光芒。极光形体的亮度变化也是很大的，从刚刚能看得见的银河星云般的亮度，一直亮到满月时的月亮亮度。最为动人的当然是极光运动所造成的瞬息万变的奇妙景象。极光的运动变化，是自然界这个魔术大师，以天空为舞台上演的一出出光的话剧，上下纵横成百上千公里，甚至还存在近万公里长的极光带。更令人叹为观止的是极光的色彩，早已不能用五颜六色去描绘。说到底，其本色不外乎是红、绿、紫、蓝、白、黄，可是大自然这一超级画家用出神入化的手法，将深浅浓淡、隐显明暗一搭配、一组合，好家伙，一下子变成了万花筒啦。根据不完全统计，目前能分辨清楚的极光色调已达一百六十余种。

长期以来，极光的成因机理未能得到满意的解释。直到20世纪60年代，将地面观测结果与卫星和火箭探测到的资料结合起来研究，才逐步形成了极光的物理性描述。现在人们认识到，极光一方面与地球高空大气和地磁场的大规模相互作用有关，另一方面又与太阳喷发出来的高速带电粒子流有关，这种粒子流通常称为太阳风。由此可见，形成极光必不可少的条件是大气、磁场和太阳风。

地磁场分布在地球周围，被太阳风包裹着，形成一个棒槌状的腔体，它的科学名称叫作磁层。为了更形象化，我们打这样一个比方。可以把磁层看成一个巨大无比的电视机显像管，它将进入高空大气的太阳风粒子流汇聚成束，聚焦到地磁的极区，极区大气就是显像管的荧光屏，极光则是电视屏幕上移动的图像。但是，这里的电视屏幕却不是18英寸或24英寸，而是直径为4000公里的极区高空大气。通常，地面上的观众，在某个地方只能见到画面的1／50在电视显像管中，电子束击中电视屏幕，因为屏上涂有发光物质，会发射出光，显示成图像。同样，来自空间的电子束，打入极区高空大气层时，会激发大气中的分子和原子，导致发光，人们便见到了极光的图像显示。

极光不仅是个光学现象，还是个无线电现象，可以用雷达进行探测研究，它还会辐射出某些无线电波。有人还说，极光能发出各种各样的声音。极光不仅是科学研究的重要课题，它还直接影响到无线电通信，长电缆通信，以及长的管道和电力传送线等许多实用工程项目。极光还可以影响到气候，影响生物学过程。当然，极光也还有许许多多没有解开的谜。