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出版者:气象出版社

作者:中国气象学会秘书处

出品人:

页数:0

译者:

出版时间:2002-10-01

价格:80.0

装帧:

isbn号码:9787502934620

丛书系列:

图书标签:

• 大气科学
• 气象学
• 环境科学
• 科学战略
• 科技发展
• 学科前沿
• 政策研究
• 气候变化
• 可持续发展
• 学术著作

《地球之境：行星科学前沿探索》 内容简介 本书深入剖析了当前行星科学研究的前沿领域，旨在为读者构建一个宏大而精微的宇宙图景。我们不再局限于地球的界限，而是将目光投向太阳系内外那些充满未知与可能性的天体世界。全书共分为五大部分，层层递进地展现了行星科学从基础理论到尖端观测的完整链条。 第一部分：太阳系的起源与演化——追溯生命的摇篮 本部分着重探讨了太阳系形成之初的混沌与秩序。通过对星际尘埃盘的数值模拟和对早期行星胚胎（Planetesimals）的岩石学分析，我们重构了太阳系“创世纪”的物理过程。重点章节包括： 原行星盘的动力学结构： 分析气体和尘埃的粘滞扩散、引力不稳定性以及对行星轨道共振的影响。探讨“尼斯模型”的最新修正，解释巨行星的迁移如何重塑了柯伊伯带和小行星带的结构。 微行星的成分异质性： 基于对陨石（特别是碳质球粒陨石和铁陨石）的同位素地球化学分析，揭示了早期太阳系不同区域的物质组成差异。详细阐述了“内部太阳系”与“外部太阳系”物质的明确分界——雪线（Snow Line）的确定及其对类地行星和冰巨星形成的影响。 早期地球与月球的撞击历史： 深入研究“大碰撞假说”的最新证据，结合岩石年龄学和动力学模拟，推导“忒伊亚”（Theia）撞击体的质量、入射角度及其对地球初始地幔和地核的影响。讨论月球对地球潮汐锁定和轴向倾斜稳定性的关键作用。 第二部分：类地行星的内核驱动力——地质活动的内在机制 本部分聚焦于水星、金星、地球和火星这四颗岩石行星的内部动力学。重点分析了热量传输机制、磁场生成及其对行星表面环境的长期影响。 行星热演化模型： 比较了四颗行星残余放射性元素（如铀、钍、钾）的丰度，构建了不同散热速率下的内核冷却模型。探讨了“失落的磁场”——例如火星和水星的磁场消失是如何与其地幔热对流模式的转变直接相关的。 金星的“停滞盖”与地幔对流： 详细分析金星表面大规模火山活动的间歇性特征。引入“停滞盖”（Stagnant Lid）模型，解释金星如何通过周期性的全球性火山喷发来释放内部热量，而非地球的板块构造模式。 水星的潮汐锁定与磁场再生： 基于“信使号”（MESSENGER）任务的数据，分析水星全球性磁场的证据，并探讨其相对较小的液态外核如何维持磁场，以及强烈的太阳风对水星逃逸大气的影响。 第三部分：巨行星的大气与内部结构——气态巨人的奥秘 本部分将读者的视角转向木星、土星、天王星和海王星，探索这些拥有深厚大气层和极端压强环境的行星的物理化学特性。 木星的深层大气环流与斑点动力学： 利用朱诺号（Juno）的微波辐射数据，揭示木星云层以下数百公里的深度风速剖面。详细讨论了“大红斑”的能量来源、寿命机制及其与周围急流的能量交换。 土星环的精细结构与卫星的交互作用： 结合卡西尼号（Cassini）的观测，分析土星环中“涟漪”（Ripples）和“波”（Waves）的成因，这些结构直接反映了环内卫星的引力摄动。探讨了恩塞拉多斯（Enceladus）的冰下海洋如何通过潮汐加热影响土星的寿命。 冰巨星的“钻石雨”与内部结构： 基于高压实验室的实验结果，推演天王星和海王星内部极高压下甲烷、氨和水如何分解，形成固态的“冰”层，并可能在数万公里深处产生固态碳晶体（钻石）。讨论其异常的磁场轴倾角与内部对流层的关系。 第四部分：系外行星的发现与宜居性评估——寻找另一个地球 本部分聚焦于行星科学中最激动人心的领域——系外行星（Exoplanets）的探测技术、大气特征分析以及对潜在生物信号的筛选。 系外行星的探测革命： 详细介绍凌日法（Transit Method）和视向速度法（Radial Velocity Method）的局限与优势。重点分析詹姆斯·韦伯空间望远镜（JWST）对系外行星大气光谱的革命性贡献，特别是对水蒸气、二氧化碳和甲烷的精准测量。 超级地球与最小海王星的形成悖论： 探讨为何在太阳系外发现了大量质量介于地球和海王星之间的行星。分析“核吸积模型”在解释这些行星快速形成和大气层保留方面的挑战，引入“引力不稳定性模型”作为补充。 宜居带的重新定义与生物标记： 批判性地审视传统“宜居带”（Habitable Zone）的概念，考虑其对潮汐加热、行星磁场和岩石圈活动（如板块构造）的依赖性。深入讨论目前寻找的生物标记（Biosignatures）的可靠性，例如氧气、臭氧与非平衡态气体混合物的联合信号。 第五部分：小天体的冰雪世界——彗星、卫星与生命物质的传播 本部分关注太阳系内那些冰冷、富含有机物的小天体，它们被视为研究生命起源和物质跨行星传播的关键载体。 彗星的成分分析与生命起源： 基于“罗塞塔号”（Rosetta）任务对67P彗星的实地探测，分析彗尾中复杂有机分子（如甘氨酸）的来源。探讨彗星撞击是否为早期地球提供了关键的挥发性物质和有机前体。 冰卫星的地下海洋： 详细对比木卫二（Europa）、土卫二（Enceladus）和土卫六（Titan）的冰下水体特征。分析潮汐摩擦如何维持这些海洋的液态，并讨论冰壳裂缝处热液喷口（Hydrothermal Vents）作为潜在生命栖息地的可能性。 土卫六的独特甲烷循环： 探讨土卫六上类地水循环的“替代版本”——甲烷-乙烷循环。分析其表面存在的液态烃类湖泊、河流和季节性降雨，以及在低温环境下复杂有机物聚合的化学路径。 本书的深度和广度，旨在为读者提供一个跨越不同尺度和物理条件的行星科学综合视角，从核心的动力学到表面的化学反应，全面展现人类探索宇宙邻居的最新成就与未来挑战。

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这本书的装帧设计着实让人眼前一亮，那种沉稳又不失现代感的封面材质，摸上去有种厚重的质感，立刻就给人一种“这不是一本泛泛之谈的科普读物”的心理预期。内页的排版也做得极其考究，字体大小适中，段落间距留白得当，即便是面对如此专业且宏大的主题，长时间阅读也不会感到眼睛疲劳。我尤其欣赏它在图表和插画运用上的克制与精准，那些复杂的物理模型和气候系统示意图，并非简单地罗列数据，而是经过了精心设计，用最直观的视觉语言来辅助理解那些深奥的理论。比如，关于行星边界层湍流输送的那个三维示意图，那种色彩的渐变和箭头的指向性，几乎不需要文字过多解释，就能让人对气流的复杂运动有一个清晰的框架认知。这说明编者在内容组织和视觉呈现上投入了巨大的心血，确保了阅读体验的流畅与高级感。如果说这本书的纸质呈现本身就是一种对科学严肃性的致敬，那么我可以毫不犹豫地说，它成功地将一本专业著作的门槛，通过精美的工艺，巧妙地降低了一点点，让人愿意捧起它去探索其中的奥秘。

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这本书在探讨未来趋势的部分，展现出一种令人信服的审慎乐观主义。它并没有一味地鼓吹技术的无限可能，而是对当前研究的局限性进行了相当深入和坦诚的剖析。特别是它在讨论长程气候预测的不确定性来源时，那种对“混沌理论”核心特征的阐释，精确而不过于学术化，让人深刻理解到我们对地球系统的认知依然处于一个不断逼近真相的迭代过程中。书中对不同时间尺度的现象——从日变化到千年尺度的气候变迁——所采用的分析框架存在显著差异，但作者巧妙地建立起一个统一的理论框架，使得这些不同层面的分析得以互相印证和补充。阅读过程中，我经常会停下来思考，那些看似微不足道的外部强迫因子，在长期的反馈回路中是如何被放大和塑造的，这种对系统复杂性的敬畏感，是这本书给予我的最宝贵收获之一。它不是提供答案，而是激发更深层次的提问。

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我注意到这本书在内容组织上采用了跨学科整合的策略，这对于理解“大气科学”这个综合性学科的本质至关重要。它不仅仅局限于动力学和热力学的核心，而是将化学过程，比如气溶胶的辐射效应和云的微物理过程，与大气环流模型紧密地结合起来进行讨论。这种整合不是简单的堆砌章节，而是体现了一种深刻的认识——现代大气科学的问题往往是多因素耦合的结果。例如，在讨论区域气候变化时，书中详尽地分析了下垫面（如植被覆盖和土地利用变化）如何通过能量和水分通量反馈到大气边界层，进而影响到局地降水的分布。这种对上下游、对地气相互作用的细致描摹，使得整本书的理论体系显得异常稳固和全面，让人感觉到作者对整个学科的全景式把握。这种多维度、全链条的分析方式，无疑是当前研究前沿的要求。

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翻开正文，最先触动我的是它叙事的节奏感，完全不像传统教科书那种平铺直叙的论述方式。作者似乎非常擅长在宏大的历史背景下，捕捉那些决定性的关键转折点。比如，它对二十世纪中期，数值天气预报从初期的尝试到逐步成熟的描绘，那种带着历史的烟尘感和科学突破的激动，仿佛能让人穿越时空，亲历那些科学家们在早期计算机面前绞尽脑汁的场景。叙事中穿插的一些小故事，比如某位先驱人物为了解决一个特定的参数化难题所付出的努力，虽然篇幅不长，但极大地丰富了文本的血肉，让原本冰冷的公式和模型变得有温度起来。这种“讲故事”的技巧，使得即便是初次接触该领域复杂概念的读者，也能被牢牢地吸引住，不自觉地跟随着作者的思路深入挖掘。它没有急于抛出最终结论，而是耐心地铺陈出一条逻辑清晰、层层递进的探索之路，让人在不知不觉中，已经消化了大量基础知识，为接下来的高阶讨论做好了充分的心理准备。

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与其他同类著作相比，这本书最大的独到之处，在于它对“计算方法论”的重视程度。它没有将复杂的数值模式仅仅视为一个“工具箱”，而是深入探讨了构建这些模式背后的数学假设、离散化误差的来源以及算力限制对科学发现的约束。书中对网格分辨率、时间步长选择的讨论，虽然技术性较强，但它清晰地揭示了我们目前能够观测和模拟的“物理真实”的边界在哪里。对于一个渴望深入了解现代大气科学是如何“操作”起来的读者来说，这种对内在机制的解构是无价的。它教会我，每一次成功的预报或气候模拟，背后都是一系列精心平衡的近似和权衡的结果，而不是对自然法则的完美复现。这种对“局限性”的诚实书写，反而极大地增强了全书的权威性和说服力，因为它表明作者对科学本身的边界有着清醒的认识。

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