太阳也会自转吗？| No.428
问答导航
Q1 为什么皮肤按一下会先变白再变红？
Q2 大气会随着地球自转吗?
Q3 水本身是什么颜色的,我们看到的水真的是透明无色的吗?
Q4 铁是金属。氧化后形成的三氧化二铁还是金属吗？
Q5 怎么区分一颗发光的星是恒星还是行星?
Q6 汽车喇叭的原理是什么?
Q7 太阳会自转吗？
Q8 为什么夏天用双手去拍蚊子时，如果没拍到，下一秒钟就很难再看见它了？
Q9 为什么刷完牙喝有些饮料感觉苦苦的（比如冰红茶）？
Q10 手机摄像头是圆的，为什么照片是方的？
左右滑动查看更多
Q1
为什么皮肤按一下会先变白再变红？
by 匿名
答：当皮肤受到按压时，局部的血液循环会受到压迫而暂时受阻，导致流向该区域的血液减少，因此皮肤暂时变白，一旦压力释放，血液会迅速回流到该区域，因为血液的增加，皮肤会重新变红，甚至可能比正常颜色更深。（当然不排除，毛细血管比较脆弱，摁压之后血管破裂出血，皮肤变红出现一个个的小红点，可以用力嘬一下手臂就会看到现象啦~）
by 蓝多多
Q.E.D.
Q2
大气会随着地球自转吗?
by Daniel
答：大气整体上是随着地球一起自转的，这一现象的形成源于地球的引力和摩擦力。大气的形成是因为受到地球引力的束缚，气体无法脱离地球，因此在地球表面汇聚形成了一层流体，大气层整体上可看作与地球是一体的，无法独立存在。在地球自转过程中，大气会因为与地表之间的摩擦而被拖动，整体上随地球一起旋转，大气与地球构成的系统总角动量守恒。
具体来看地球与大气所构成的系统是一个非常复杂动力学系统。首先大气是流动的气体，而不是固体,会由于惯性等原因不能完全跟随地球自转运动，而是存在一定的滞后现象，各个高度的大气滞后程度变化明显：低层大气由于受到的地表摩擦力更大，因此更容易跟随地球同步自转，大气滞后程度较低；高层大气由于受到的地表摩擦力很小，并且更容易受到太阳辐射、地磁活动以及其他天体的引力等因素的影响，其运动状态更复杂，对地球自转的滞后程度更高。
大气在局部上还存在着独立运动，如信风带、西风带等。除了上述所说的摩擦力、太阳辐射等因素，气压、温度梯度以及科里奥利力（地转偏向力）等因素也会对大气的运动产生影响，因此大气局部上的独立运动是非常复杂的。如信风带的形成：由于太阳辐射使赤道地区受热较多，暖空气上升，形成赤道低压区，空气在高空中向南北两极移动，到达大约30度的副热带高压区后下沉，这些下沉的空气再向赤道流动，但在流动过程中受科里奥利力的影响发生偏转，形成了东北信风和东南信风。
参考资料：
by 凉渐
Q.E.D.
Q3
水本身是什么颜色的,我们看到的水真的是透明无色的吗?
by 匿名
答：我们能看到光的颜色是因为可见光波长范围（390～780nm）的电磁波能够刺激视网膜内的视细胞,这些细胞可以将光信号转化为电信号经过神经传送给大脑[1]。
因此如果我们想要看到某一物体的颜色，那么它必须与波长在390～780nm的可见光发生较强的相互作用。而水分子对可见光各波段的吸收都很弱，反射也较弱（反射率5%左右），当一束可见光入射到少量水中之后“如入无人之境”，除了发生一定的偏折以外几乎没有反射和吸收，光线的组分（光谱）与强度几乎不发生变化，因而少量的水在我们看来是无色透明的。
然而，生活经验告诉我们，当我们考虑的水量足够大时（比如游泳池），水就不是无色的而是蓝色的了。这是由于水对红光的吸收要强于对蓝光的吸收，这一微小吸收率的差异经过很大的深度进行了放大，最终使得大量的水呈现出了蓝色[2]。
水的吸收曲线。横坐标为波长，纵坐标为吸收率[1]。 另外，当我们考虑可见光波段以外的电磁波时，这时水就不一定“无色透明”了。例如波长在17～21微米（属于红外波段）范围内的电磁波会激发水分子的O-H键的伸缩振动从而被强烈地吸收[3]，对于这种红外光线来说，水是不透明的。但是我们人眼是感受不到这一波长的光的，所以上述现象并不能直接通过肉眼观察到。
最后，水对我们人眼来说“无色透明”是巧合么？要知道，生命起源于海洋，当最初的生命进化出感光细胞（最早的眼睛）时，主要是为了从光学上感知周遭环境。设想当时的眼睛选择了使水不再透明的波段作为探测电磁波的范围，那么他们将看到不透明的水包裹着他们。这样如何去感受周遭环境呢？这与进化出眼睛的初衷相悖！所以对于大部分生物，水都是“透明”的啦。
亚太湾反应堆中微子实验中灌满超纯水的水池[2]。 参考资料：
张佳欣.五光十色的世界在人们眼中不尽相同[N].科技日报,2024-03-19(004). 最纯净的水是蓝色的 林珂,刘世林,罗毅.水的局域结构和谱学特征[J].中国科学:物理学 力学 天文学,2016,46(05):16-29. by 渣渣昊
Q.E.D.
Q4
铁是金属。氧化后形成的三氧化二铁还是金属吗？
by 新岳
答：不是。从宏观上讲，金属是指一类具有高导电性和导热性、可塑性、延展性的具有金属光泽的固体物质。铁之所以是金属，是因为其外层电子结构使得部分电子能够成为自由电子，它们在金属晶格中自由移动，从而赋予其金属特性。而在铁与氧发生化学反应生成的三氧化二铁中，铁的电子结构发生了根本性变化。铁的价电子与氧的电子结合，形成稳定的离子键。
也就是说，在反应过程中，原本金属铁内的自由电子被束缚在氧化物的晶格中。因此，三氧化二铁这一氧化物虽然含铁元素，但是缺乏自由电子，不具有典型金属特性，因而不属于金属范畴；就像蜻蜓，虽然有六条腿，但是它们无法行走。
参考资料：
Olson, Maynard V.. "oxidation-reduction reaction". Encyclopedia Britannica, 13 Aug. 2024. Britannica, The Editors of Encyclopaedia. "metal". Encyclopedia Britannica, 14 Sep. 2024. by 4925
Q.E.D.
Q5
怎么区分一颗发光的星是恒星还是行星?
by 匿名
答：其实，恒星与行星的得名，正是源于古人在观测时所发现的性质：恒星的相对位置总是永恒不变，每经过一年的周期，又会回到夜空中同样的位置，而行星则总是“跑来跑去”。观察这种现象可以显著地区分出行星和恒星。
我猜提问者肯定要说：不行不行，这样太麻烦了，怎么才能在夜空中一眼就看出行星和恒星？诶，这里小编还真有几个办法[2]：
1、观察夜空中星星的亮度
在夜空中肉眼可以看到的行星共有五颗：金、木、水、火、土，他们都具有极高的亮度，都比织女星更亮。而在北半球这么亮的恒星只有三颗：天狼星、老人星、大角星。因此，只要能熟练辨认这几颗恒星并比较亮度，那些过于耀眼又找不到出身的“嫌疑星”就极有可能是行星了。
以下是这些星星的视星等[1]（星等数值越小，看起来越亮）：
●金星：最大-4.7等
●木星：最大-2.9等
●火星：最大-2.9等
●水星：最大-1.9等
●土星：最大-0.2等（注：土星有时会比织女星暗一些）
●天狼星：-1.44等
●老人星：-0.74等
●大角星：-0.05等
●织女星：0.03等
夏季大三角 是北半球夏秋季夜空中最显眼的结构，位于直角位置的那颗明亮星星就是织女星
来源：Star Walk
2、在夜空中寻找黄道面
众所周知，太阳系中的所有行星和太阳本身都是处在同一个平面上的，这个平面就叫黄道面。从地球上看，黄道面就是夜空中的一条大圆弧，所有行星都在这条大圆弧上。当我们找到一些黄道面上的星体时，就可以顺藤摸瓜，寻找剩下的行星。
更进一步，在观测条件较好的地区，可以尝试记忆一些在黄道面附近的星座，熟练之后，可以快速确定黄道的位置，并把其中不属于这些星座的行星给“揪”出来。
日食时黄道星体示意图
来源：Star Walk
3、记忆行星的颜色等特征
金星是白色的，木星和土星是黄色的，火星是微红色的，当我们熟悉以后，看到对应颜色的行星也许就能一眼识别出来了。比如，火星的红色就非常具有特色。
金星的亮度远超出其他所有行星，有时甚至能在白天看见。金星离太阳很近，而离太阳更近的水星亮度没那么高，往往难以看见，所以，当你发现清晨或傍晚时，太阳旁边出现一颗连阳光都难以遮掩的闪亮的星，不要怀疑，那就是金星~
明亮的金星有时在白天都能看到
来源于网络
4、使用各种寻星小软件
觉得自己缺乏天文观测基础，亦或是不想太过麻烦？只要上搜索引擎或者手机应用商城，找一个辅助观星的软件，“哪里不会扫哪里”，就可以零基础学会观星啦。
P.S. 在夜空中快速掠过又消失在远方的白色星星不是行星，也不是UFO，大概率是某颗刚刚掠过你头顶的人造卫星。
参考资料：
by Dystopia
Q.E.D.
Q6
汽车喇叭的原理是什么?
by Daniel
答：汽车喇叭按照声音动力可分为电喇叭和气喇叭两种；外形也是多种多样，比如筒形、螺旋形和盆形；声音频率上还可以分成高音和低音喇叭。出于原理来考虑，我们就着重分析一下气喇叭与电喇叭吧~
气喇叭：它是利用压缩空气的气流使金属膜片振动而发出声音，只能在带有空气压缩机的汽车上使用，比如大客车和重型货车，气喇叭音量大余音好，一般采用筒形，并且支持高音低音两个喇叭联合工作。
电喇叭：使用电磁吸力来使金属膜片振动而发出声音，一般多制成螺旋形和盆形，下图就是触电式电喇叭，当电路通电时，线圈在交流电的作用下产生磁场吸引铁片(橙色)使得金属膜片的电路接通，金属膜片上的铁片向下运动强制膜片发生运动，同时触点断开来，电路再次断开磁力消失，铁片回弹，持续往复金属膜片就发生了振动。
无触点式电喇叭则是利用电子线路直接控制电磁线圈中励磁电流的通断，使得粘有金属膜片的铁心以一定频率移动，从而使膜片振动发声。这种喇叭克服了触电式喇叭因触点烧蚀、氧化而使喇叭变音的缺点，更加耐用。
by 蓝多多
Q.E.D.
Q7
太阳会自转吗？
by 高三战神
答：太阳当然会自转。在组成太阳的物质还是星际气体云时，它们就已经在互相之间的引力作用下不断地运动，因此整体上拥有一个角动量，并且其角动量是守恒的——简单来说这些物质会保持它们的旋转状态，因此形成的太阳就保持了转动的状态；同样的，太阳系中的行星之所以在近乎共面的轨道中绕太阳旋转、同时自己也在不断自转，也是这个原因。
此外，太阳的自转也是一个比较复杂的问题。太阳是一个不断转动的等离子体组成的球体，其等离子体状态更接近气体状态，很难想象它会像刚体一样以固定的角速度旋转。实际上，1858年英国科学家Richard Christopher Carrington通过精细研究太阳黑子在日冕上的移动，发现太阳不同纬度处的自转角速度（或者说自转周期）不同，这表明太阳是像流体那样在做“较差自转”，正如木星表面大气的运动一般（这也是木星“大红斑”的成因之一）。这张图片表示的就是太阳的较差自转，可以明显看出不同纬度上的自转周期有着巨大的差异。
参考资料：
Koskinen, H. E. J.，Vainio R.，Lectures on Solar Physics: From the core to the heliopause[M]. Springer Berlin Heidelberg，2003. by 姬子隰
Q.E.D.
Q8
为什么夏天用双手去拍蚊子时，如果没拍到，下一秒钟就很难再看见它了？
by 匿名
答：首先，我们得简单了解蚊子的飞行特性和逃避机制。蚊子被击中的概率与物种、光照条件以及它们飞行的角速度、线速度等有关。研究表明，蚊子躲避攻击时，不仅依赖于其不可预测的飞行路径，还有它们的高度飞行机动性，能在极短时间内快速改变方向和角速度。此外，蚊字对周围的空气流动和视觉刺激非常敏感。不论是在白天还是黑夜活跃的蚊子，它们的逃跑性能在自身适应的吸血光条件下是最大的。在夜间活跃的蚊子，往往依靠气流感应迅速做出逃跑决策：先主动转向攻击者产生的弓波，然后被动地顺着这个弓波远离攻击者，以此来最大限度提高其逃跑性能。
根据上述理论，现在来进一步回答这个问题。刚吸完血的蚊子体重达到原来的2-3倍，开始变得不灵活，此时它的踪迹最容易被我们发现。但是当我们用双手拍击时，蚊子的触角敏锐检测到我们皮肤上的挥发性化合物（俗称人味儿，这也是蚊子能在夜深人静的时候精确骚扰到我们的原因之一T^T），同时角上和腿上的毛毛会迅速察觉到空气流动，这时候刚饱餐一顿的蚊子就会立即改变飞行方向和轨迹，趁我们注意力分散时，躲到各种阴暗的犄角旮旯里，比如容易忽略的墙脚/床头缝隙/枕头被子褶皱里……
S1.一只雌性 Anopheles coluzzii 在黑暗中飞行并被机械拍击中的侧视图。 S2.一只雌性 Anopheles coluzzii 在黑暗中飞行并被机械拍错过而没有进行规避动作的侧视图。
那我们应该怎么提高击中率呢？在夏天，蚊子往往会选择暗处或复杂的背景中停留。故而可以使用守株待兔法，利用室内灯光将蚊子引去墙角、或天花板等特定区域，将其一举拿下。另外，睡觉的时候，也可以使用一些加速空气流动的方法，干扰蚊子对我们方位的判断。
参考资料：
Barredo E, Theobald J. Mosquito flight: Escaping attacks in dim light. Curr Biol. 2022 Mar 28;32(6):R279-R281. Hawkes FM, Hopkins RJ. The mosquito: An introduction. In: Hall M, Tamïr D, editors. Mosquitopia: The Place of Pests in a Healthy World [Internet]. New York: Routledge; 2022. Chapter 2. Cribellier, Antoine et al. Mosquitoes escape looming threats by actively flying with the bow wave induced by the attacker, Current Biology, Volume 34, Issue 6, 1194 - 1205.e7 by 4925
Q.E.D.
Q9
为什么刷完牙喝有些饮料感觉苦苦的（比如冰红茶）？
by lightback
答：刷完牙喝饮料感觉到苦的最主要的原因是牙膏中的表面活性剂、氟化物等成分使味蕾对甜味感受变弱，对苦味变得更敏感。首先讲解味觉的原理：我们的舌头表面有许许多多突起的结构——舌乳头，舌乳头上的味蕾即是我们的味觉感受器官，这些味蕾受体在舌头上的分布入下图所示。
味蕾上的受体分布图[1] 而牙膏为了保证清洁效果，通常都含有月桂基聚醚硫酸钠 (SLS)等表面活性剂成分，许多牙膏为了预防龋齿，也会含有氟化物（本身为涩味，且会在口腔表面形成一层薄膜）等物质，当我们刷牙后再喝饮料时，饮料中的成分与口腔中残留的表面活性剂以及氟化物薄膜发生相互作用，破坏了舌头上的磷脂（一种人体分泌的苦味抑制剂），从而抑制了甜性味蕾，增强了苦味味蕾，使我们感觉到饮料变苦。
除了上述主要原因外，刷牙还会改变口腔环境的pH值，这也会对饮料味道产生影响。牙膏一般为弱碱性，刷牙后口腔的 pH 值会有所升高，而冰红茶等饮料通常呈现弱酸性，在特定范围的pH值环境（弱酸性）内口感最佳，在弱碱性环境中可能会发生化学反应，导致味道改变，出现苦味。
参考资料：
刷完牙后再吃东西，食物怎么就变味了？ 查尔斯·朱克. (2016). 为什么刷过牙之后喝橙汁,味道变得那么可怕?. 大科技：科学之谜（A）(4), 1. by 凉渐
Q.E.D.
Q10
手机摄像头是圆的，为什么照片是方的？
by 胖胖虎
答：首先，我们要知道像的形状和光学元件的形状没有必然的联系。例如最简单的小孔成像：只要小孔较小，不论什么形状的小孔，其形成的像都不会有什么变化。这也是为什么在一般情况下树荫下的光斑都是圆形的，即为太阳的“像”。当我们拍照时，光线通过手机镜头汇聚在镜头内部的图像传感器（通常是CMOS或CCD）上成像，而传感器将捕捉到的光信号转化为电信号进而将图片信息显示到屏幕上。因此，我们得到的照片的形状实际上取决于传感器的形状。通常手机摄像头内部的图像传感器是矩形的，矩形传感器可以更有效地利用空间，并且与大多数显示设备的长宽比相匹配以便在这些设备上观看时不会出现黑边或图像被拉伸。
而将手机的摄像头设计为圆形则是由于圆形镜头能够最有效地收集光线并将其聚焦到摄像头的传感器上。同时有助于减少光学畸变，并且可以最大化光圈面积，从而在光线较暗的环境中提高摄像头的性能。此外，圆形镜头在光学上更容易校正像差，如球差和彗差，这些像差会影响图像的清晰度和质量。综合考虑，将镜头设计为圆形而将传感器设计为矩形是最合理高效的方案。
参考资料：
by 姬子隰
Q.E.D.
投票
本期答题团队
姬子隰、蓝多多、凉渐、渣渣昊、4925、Dystopia
点击这里或识别下方二维码快速提问
往期也精彩
编辑：Sid
近期热门文章Top10
↓ 点击标题即可查看 ↓