【大地上的星火】茅以升 :一生钟情于桥,致力于桥

“人的一生,不知要走过多少桥,在桥上跨过多少山与水,欣赏过多少桥的山光水色,领略过多少桥的画意诗情。无论在政治、经济、科学、文艺等各方面,都可看到各式各样的桥梁作用。”这段话,出自我国桥梁专家茅以升。这位中国现代桥梁工程的奠基人,著名的科学家、教育家,一生钟情于桥,致力于桥,以他的奉献与奋斗,绘就了一幅色彩斑斓的桥梁人生。

1933年3月,正在天津北洋大学教书的茅以升几乎同时接到了两封来信,两封信不约而同地说起了同一件事,邀请茅以升到杭州主持建造钱塘江大桥大任。看完信件,茅以升兴奋不已,他是美国卡耐基理工学院第一位工学博士,主攻桥梁专业,但毕业十多年除了1920年担任过南京下关惠民桥的工程顾问,1928年参加过济南黄河大桥的修理工程外,从未有机会参加更多的造桥工作。求学十余载,终于有机会学以致用,茅以升迫不及待地了解钱塘江造桥的情况。

1933年的浙江省公路里程已达3000公里,正向邻近各省连接。钱塘江北岸的沪杭甬铁路已经在建造,南岸的浙赣铁路也已从杭州萧山站通至江西玉山,一两年后就可连通江西南昌。只可惜,横亘中部的钱塘江将浙江省一分为二,两岸的铁路、公路始终无法贯通。

南北往来的百姓、货物,只能在多年前创办的南星桥义渡码头乘舟渡江。义渡虽不收费,但渡船都是人工手划,不仅费力费时,而且遇到风大或涨潮,就要封江停渡,一不小心还会发生覆舟惨剧。 一座大桥通南北,早已是两岸百姓多年的心愿。可是,钱塘江造桥,谈何容易?

钱塘江,简称钱江,别名浙江、浙河、曲江、之江等。它发源于安徽休宁的凫溪口,上游名新安江;与浙江兰溪的兰江汇合后,流经桐庐,名桐江;再前往富阳,名富春江;最后前往杭州,才名钱塘江,并由此东流入海。素以“潮高、多变、凶猛、惊险”著称的钱塘江大潮,就与这样的喇叭形河口密不可分。每当下游海潮涌来,潮水的涨落距离足有7米多高,有时甚至超过10米。上游山洪暴发时,也是江水汹涌。若上下游同时并发,再遇上台风,更是如同千军万马,势不可挡。凶险的江潮还不是造桥唯一的自然障碍,多年来,杭州民间一直传说“钱塘江无底”。钱塘江当然并非无底,只是钱塘江底的石层上还覆有极厚极细的流沙,深达40余米。人们平时所说的“江底”,其实是流沙层的顶部,流沙层在江水冲刷之下变幻莫测,便有了“无底”之说。

水、风、土都不同寻常,钱塘江造桥当然不简单。在建设钱塘江大桥过程中,茅以升遇到了许多难题,最先遇到的困难是桥墩打桩。大桥桥址最深处,从江底岩石层到水面大约50米,其中流沙层约占40米,桥墩不能直接建在这么厚的流沙层上。茅以升创新地提出打桩的解决方法,让桩穿过水和流沙层抵达岩石层,然后在桩上面安装沉箱,并在沉箱上方建筑墩身。

然而,在实际操作中,打桩也遭遇重重困难。因为混凝土桩的长度很难达到要求,而钢桩价格又太贵,所以只能选择最轻且便宜的美国进口红木桩。可江底流沙层阻力太大,打桩力度不好掌握,轻则木桩下不去,重则木桩折断。因此,茅以升和桥工处研究出“射水法”,用抽水机把江水抽到高处,然后通过水龙带将高压水直冲江底泥沙层,把泥沙层冲出一个个深洞后,再放进顶部加工成尖状的木桩,用蒸汽锤捶下,解决了打桩难题。

在钱塘江造桥过程中,茅以升创造的射水法,克服了在厚硬的流沙上难以打桩的困难;采用沉箱法,克服了水流湍急难以施工的困难;采用浮运法,利用江潮的涨落巧妙地在桥墩上架设了钢梁。在当时的情况下,一项工程能有如此多的技术创新,即便在今天看来,也是极不简单。

1975年9月,茅以升带着一个坚定的意愿回到杭州:要将钱塘江桥核心工程技术档案带回大桥所在地!不久后,这批在茅以升身边四十余载的档案,千里迢迢从北京被护送回杭州故里。“过去我为人民修建了钱塘江大桥,现在我又把大桥的全部资料献给国家,这才算真正完成了国家和人民交给我的历史任务。”

1989年11月12日,茅以升在北京逝世。一颗科学巨星陨落了,但是却在天空留下了一道绚丽的彩虹。茅以升虽然离我们而去,但他一生所建造的桥梁将永留人间,这一颗承载着茅以升学术思想和科学精神的天体也将永远遨游寰宇、光耀苍穹。(来源:新华社)

【#我国发布全球首幅1:250万全月地质图#!】不久前,中国科学院地球化学研究所联合国内多所高校的研究人员,以嫦娥工程数据为基础,结合国际上其他探月工程获得的数据和成果,发布了全球首幅1:250万全月地质图。这是多年来探月成果的总结,代表了目前我们对月表物质成分以及构造演化等性质的全面认识,也为未来月球探测和研究提供了重要参考。回顾几百年来人类对月面的探索历程,更能让人感受到科学进步的不易。我们邀请南京大学地质学博士贾斌在这里聊聊相关的话题。

从玉兔捣药到环形山
月球是地球的天然卫星,从人类的记忆伊始,月亮就悬在夜空中,引发人们的无限遐想。满月之时,最吸引人的就是上面明暗交生的图案了。在中国古代神话中,称月球为广寒宫,住着美丽的嫦娥,她有一只捣药的玉兔,还有一位砍桂树的邻居吴刚。玉兔和桂树就是古人根据看到的月亮表面明暗交生的图案,想象出的美丽意象。
而在西方,根据古希腊哲学家和早期基督教的观点,天国是完美的,位于天国的月球(以及其他星球)是一个完美的球体,表面光滑,其明暗纹路是人观察的角度造成的。
在1609年的秋季,意大利天文学家伽利略用改进的一架望远镜指向了月球,并进行了多日的观测。伽利略并非第一个用望远镜观察月球的人,但却是第一个仔细记录和思考观察结果的人。他发现,月球表面布满了各种大大小小的凹坑和山脉,还有峡谷,和地球上很相似,这迥异于人们一直以来的想象。这些山往往是环形的,中间凹陷四周高耸似碗状,伽利略称之为环形山。
伽利略发现月球上的环形山,其意义要远大于发现本身。当时的西方笃信地心说,即认为日月星辰都是围绕地球旋转的,地球是宇宙的中心。在伽利略之前,哥白尼等人已经通过天文观测与计算,向地心说发起了挑战,提出太阳才是中心,地球围绕太阳转。伽利略的观测,破除了月球是完美的球体这一传统的认识,证明月球和地球是非常像的,地球并不特殊。那么,在地心说体系中,月球是运动的,并不特殊的地球是不是应该也是运动的?基于此,伽利略推断,的确如此,地球不是中心!当然这一推理并不严谨,但这是日心说最早的“可视化”证据,仍具有非常重要的意义。在那个时期,破除一些迷信(如相信完美的月球)是弥足珍贵的。

月球上也有人吗?
伽利略用望远镜观察了月球表面的形态,并认为月球和地球是相似的。这不禁让人联想,月球上是否也有人的存在?对于当时的西方人来说,这种联想其实是非常自然的,因为传统上他们就认为,在天国的星球上面,包括月球、火星、金星甚至太阳上都是有人生存的。
伽利略使用望远镜在月球上看到了和地球上相似的山,那也应该可以看到流动的河流、汹涌的海洋、浮动的云彩甚至喷发的火山、城市的灯光等等。他们最先找到的月球上的“海洋”,就是月球上的暗色部分,肉眼可见,而且在望远镜的视野中表面也比较平整,这部分应该就是海洋了。因此,早期的天文学家就把月球上环形山内部平整的暗色区域命名为月海。这一错误的称呼影响非常深远,沿用至今,比如最大的撞击坑称为风暴洋,还有静海、雨海等。
很多科幻小说家在他们的小说中设想了各种月球人的存在。比如发现行星运行三定律的伟大天文学家开普勒就在他1611年撰写的科幻小说《梦》(正式出版于1634年)中,讲述了主人公来往于月球的故事,也描绘了月球人的生活。
18世纪末,德国的天文学家施罗特非常详尽地研究了月表的形态,绘制了很多精美的图片,但却错误地解释了他的观测结果。比如他认为在月球的极地地区泛亮光的地方是暮光,甚至宣称找到了月球人的城市,商业中心甚至农场。当时的很多科学家也热衷于寻找月球上的大气,比如18世纪伟大的数学家欧拉曾计算了月球上的大气密度相当于地球上的二百分之一。
其实在伽利略观察到环形山后不久,也有一批科学家注意到了月球其实和地球不完全一样。比如在伽利略出版了他的观察结果五十多年后,法国天文学家奥祖就提出,在月球上其实观察不到四季的变化,看不到漂浮的云彩,看不到海洋、河流,也看不到地球上常见的火山喷发、山火等。可惜的是,他的观点并没有广泛传播,相信月球上有人仍旧是主流。
直到1834—1837年间,德国天文学家比尔和马德勒出版了更为详尽的月表图像。根据观察结果,他们认为月球上没有大气,没有水,与地球不同,即使有生命,应该也与地球上的生命形式大不相同。马德勒提出,月球并不是地球的“复制版”。伽利略证明了天国的月球并不神圣,而马德勒则让人意识到月球(以及其他行星)并不一定和地球完全一样,月球上不一定有人生存。

探究环形山起源
月球上最显著的特征就是其表面密密麻麻、大大小小的圆形大坑和环形山。我们现在知道它们是陨石撞击形成的,但早期科学家的观点并非如此。因为当时的科学界并未认识到陨石这一“天外来客”的存在,他们无法想象天上可以掉石头,且能撞出一个大坑。
当时天文学家大多认为月球上的环形山是火山造成的,因为他们知道地球上火山口的形状也大多是圆形的,中间是个凹陷,比如我国著名的长白山天池。但是,月球环形山和地球火山口之间一个非常重要的差别却被他们忽略掉了,即地球上的火山口基本都出现在高山上,而月球上的环形山却出现在地势非常平坦的地方,这是火山成因说无法解释的。即便存在如此大的缺陷,在伽利略之后一直到阿波罗计划把人送上月球的前夕(即上世纪60年代),环形山的火山成因说一直占据科学界的主流。
环形山撞击成因理论的确立,经历了几个关键的阶段。第一个阶段是对陨石来源的认识。1794年德国物理学家克拉德尼在一个小册子中提出陨石来自于外太空的猜想;1803年4月26日在法国诺曼底附近,很多人目击了一次陨石坠落事件,科学家进行了详细的调查和研究,这才最终确定陨石就是来自于外太空。第二个阶段是对地球上陨石坑的认识。虽然科学家认识到了陨石源自太空,但对它们是否可以在地表撞出陨石坑其实一直持怀疑态度,关键在于一些被认作陨石坑的地方找不到陨石。在1906年,美国地质学家巴林杰在美国亚利桑那州的一个陨石坑附近发现了铁镍合金陨石,最终确定了这个大坑就是陨石撞击形成的。这是世界上第一个被确认的陨石坑。第三个阶段来自于对陨石撞击效果的认识。在早期的认识中,陨石的撞击是纯机械式的,即多大的陨石撞出多大的坑。后来,这种认识发生了变化。1916年,苏联天文学家奥皮克认为陨石的速度是非常快的,在撞击地面的一瞬间会产生剧烈的爆炸,形成的撞击坑远大于陨石自身。第二次世界大战给美国天文学家鲍德温的研究带来了特殊的机遇,他收到很多军方拍摄的炮弹坑的照片和参数,统计了这些弹坑的直径和深度,然后把地球上已经确认的陨石坑以及月球上的环形山的参数也放到了这张图里面,发现这些数据吻合得非常好。但是,如果把火山口的数据也放进来,则偏离数据的趋势。他在一本著作中写道:“环形山形成于陨石撞击的爆炸,这种可能性非常大”。

认识月球的巨大飞跃
在上世纪60年代后,美国、苏联发射了多个探测器进入月球轨道或降落月表,阿波罗计划甚至把人送上月球并采样返回。通过对这些探测计划获取的影像和样品的研究,我们对月球的认识水平发生了巨大的飞跃。
大撞击理论认为,月球起源于一次大撞击事件,一个火星大小的星体在45亿年以前撞上了原始地球,溅射出的物质在地球轨道上形成了月球。在月球形成之初,太阳系中仍旧有许多小星体经常撞击月球,形成很多大大小小的陨石坑。有些大的撞击深度可达几十公里,撞击后来自月球深部的岩浆就可能从这里逸出月表,形成填充整个陨石坑的广阔玄武岩低洼平原。而被撞击较轻的地方,则仍保留了原有的斜长岩月壳,称为高地。玄武岩对太阳光的吸收较强,看起来较暗,而斜长岩的高地能反射较多的太阳光,看起来比较亮,这样就形成了我们看到的月球上明暗交生的图案。
月球地质图系统表达了月壳表面地层、构造、岩性和年代学等方面的综合地质信息,反映了月球岩浆作用、撞击事件、火山活动等演化过程。原有的月球地质图主要由美国地质调查局基于阿波罗时代的探月成果编制而成。2012年前后,经过“嫦娥一号”和“嫦娥二号”的探测与研究积累,我国逐渐具备了开展月球全月地质图编研的条件和基础。中国科学院地球化学研究所联合国内多所高校的研究人员,以嫦娥工程数据为基础,结合国际上其他探月工程获得的数据和成果,发布了全球首幅1:250万全月地质图。
在新编制的月球地质图中,基于对月球动力学演化过程的认识更新了月球地质年表,采用“三宙六纪”的划分方案将月面历史分为三个宙——冥月宙、古月宙和新月宙。该地质图表达的要素主要包括:12341个撞击坑;81个撞击盆地;17种岩石类型;14类构造等,综合表达了月球地质和演化信息。
可以说,到了今天,人类对月球的认识已经非常全面了。(北京晚报 记者王鸿良)

英国女王伊丽莎白二世无人不知,无人不晓,是目前英国在位时间最长的君主;
她的出生集万千宠爱于一身,千百年来,优渥的养尊深宫生活,造就了伊丽莎白二世与生俱来的高贵、雍容典雅的气质;自小就接受传统的、严格的临民治世之道的教育,并在音乐、语言、历史方面颇有造诣,曾获四所大学授予的音乐和法学博士学位,可谓美貌与才识并存;她那优雅的仪态、谦逊的态度、灿烂的笑容,任何时候美得都清新脱俗,可谓风华绝代。


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