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中华学生百科全书-第473部分
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镜身 3 米和口径 45 厘米、镜身 6 米等一系列更大更好的反射望远镜。1781
年 3 月 13 日，赫歇耳用他的反射望远镜发现了一颗新行星——天王星，这一
发现使他从一个音乐家一下子成为举世闻名的天文学家。
1786 年他编出了包括 2500 个星云的星表。天王星的发现和天文学上的
成就更激励他磨制望远镜的热情。英国国王乔治二世慷慨解囊，出资 2000
英镑。1789 年底他研制成口径 122 厘米、长 12．2 米的巨型望远镜，这架庞
然大物终于安装在一个巨大的木架上，像一尊指向天空的巨炮。这架巨型望
远镜投入观测的第一夜，赫歇耳就发现了士卫一和士卫二，还发现了大量双
星、星团和星去。
1822 年赫歇耳去世。1839 年这架巨炮似的巨型反射望远镜被人们从支离
破碎的木架上放倒，目前保存在胡斯天文台的花园中，成为早期天文学的历
史见证。
赫歇耳和他的望远镜使人类的探测能力首次超出了太阳系之外，到达了
恒星世界。
电脑里的天体实验室
自古以来，天文学家的实验室就是浩瀚的宇宙。天文学家只能凭借观测
天体和利用观测资料来研究天体，因为地球上最大最先进的实验室也不可能
研制出一颗庞大的天体来。更何况，天体的演变过程又相当漫长，根本不可
能在实验室里对天体演化做实验研究。一句话，实验研究与天文学毫不相干。
但是，自 20 世纪 40 年代电子计算机问世后，原来只是天方夜谭的天体
实验研究，竟然变成了现实。从此结束了以观测为获得天文学知识和天文学
研究的单一手段的历史。计算机成为天文学研究的强有力的实验手段。一门
崭新的学科——实验恒星动力学从此载入了天文学的史册。
当然我们这里说的实验，与通常意义上的物理实验或化学实验不同，而
是计算机模拟。什么是计算机模拟呢？这就是从天文学基本理论（如牛顿方
程、牛顿万有引力定律和泊松方程等）出发，利用计算机作为实验手段，模
拟天体系统，如星团、星系、星系团或整个宇宙等，对天体系统作动力学研
究。之所以把计算机模拟说成实验研究，是因为计算机能显示出恒星系统的
起源和演化，以及其他的物理学和动力学特征；能用计算机的图像展示恒星
系统不同时间的变化，就如同直观看到恒星系统的形成和发展一样。
恒星之间在万有引力作用下，形成一个引力场系统，每一颗星都运动在
引力场内。这个庞大的多体系统是个极为复杂的动力学体系，这就是 300 多
年来天文学家一直在研究的引力 N 体问题（又称多体问题），但进展十分缓
慢。自从计算机用于 N 体问题计算机模拟学科，即实验恒星动力学，也使得
恒星系统的动力学研究大大向前迈了一步。把模拟结果和观察结果紧密结合
起来，加以比较研究，为观测天文学开拓了新的思路。
矿产资源
“工业的粮食”——煤
人类发现煤的历史相当长，我国是世界上最早用煤作燃料的国家。远在
3000 多年前，我们的祖先就已开始采煤，并用这种“黑石”来取暖、烧水煮
饭了。在汉唐时代，就已经建立了手工煤炭业，煤在冶铸金属（利用热能）
方面得到了广泛的应用。可这时，世界上的大多数国家还不知道煤是什么东
西呢！煤在古代除了叫黑石之外，还有其他许多名称。如石涅啦，黑金啦，
石墨啦，石炭啦，等等都是。
那么，煤又是怎样形成的呢？
人类发现和使用煤炭，虽然已有 3000 多年的历史了，但煤是怎样生成
的，却是近几百年来才逐步弄清的。
煤是由植物变来的，这已是我们谁也不会怀疑的事实。但煤里面的热能
是从哪里来的呢？这就需要从植物说起了。
原来，绿色植物中的叶绿素，能够从空气中吸收二氧化碳，同时吸收太
阳光；依靠太阳光的能量，把根部送来的水分解，放出氧气，而把氢气同二
氧化碳发生一系列的复杂的化学反应，变成为植物生存所必需的物质——各
种各样的糖类。这个奇妙的过程就是我们通常所说的“光合作用”，正因为
有了光合作用，植物才会越长越高。那么，绿油油的树枝、粗大的树干，是
怎么变成黑色的像石头一样的煤呢？
早在远古时代，地球上还没有人类。气候比现在也要温暖湿润得多，因
而地面上到处生长着茂密高大的造煤植物。特别是在海边和内陆湖沼地带，
由于这里终年积水，营养丰富，植物尤其茂盛。一开始，这些地方生长着的
植物并不高大，但随着植物不断地生长和死亡，这些植物的遗体越堆越多，
使得水越来越浅，养料也越来越丰富。最后，这些地方发育了高大茂密的森
林。
森林一批批生长，又一批批地死亡。经过许多次的不断反复之后，植物
遗体在这些地方越堆越多。在细菌的作用下，植物的遗体最终变成一种黑褐
色或褐色的淤泥状物质——泥炭。由植物遗体变成泥炭，我们把这一变化过
程叫“泥炭化阶段”，它是煤即将形成的前奏。
如果地球的表面和地壳真是永远不变的话，即使有了很多的植物遗体，
煤仍是无法形成的。但我们知道，地球的表面从来没有安静过，常常发生频
繁的地壳运动。
如果地壳上升了，低洼的地方变成平地甚至高山，由于水分减少，植物
将生长得少而慢，一般是无法形成煤的。
如果地壳下降了，而且下降得很快的话，特别是当地壳下降的速度超过
植物遗体堆积的速度时，植物由于水太深而无法继续生长下去，那么，煤同
样也是难以形成的。
只有当地壳缓慢地下降时，植物才能不断地生长和死亡，泥炭层也才能
不断地形成和加厚。而且有可能形成很厚的煤层。
如果这里的地壳反复地上升和下降，则有可能形成许多煤层。
在浅海和内陆湖沼，由于地壳下降，泥炭层会被陆地上的河流带来的泥
沙掩埋，而且随着地壳的不断下降，覆盖在泥炭层上的泥沙会越来越厚，泥
炭层会被掩埋得越来越深。这些被掩埋的植物遗体，经过长期的高温高压和
细菌的作用，形成了褐煤。由泥炭变成褐煤的作用，我们把它叫做“岩化作
用”。
褐煤在高温高压下，将继续失去水分和挥发水分，碳会进一步增加，慢
慢地变成了烟煤：烟煤进一步变化，最后变成了无烟煤。
由褐煤、烟煤到无烟煤的过程，最主要的变化就是煤里面碳的含量在不
断地增多，所以这种作用又叫做“碳化作用”或者“变质作用”。
所以说，只有大量的植物是不够的；适当的、有节奏的地壳运动也是造
煤的一个必要前提，二者缺一不可。说到这里，你对为什么把煤叫做“太阳
石”这个问题应该弄清楚了吧！
在地球形成和演化的整个地质历史上，曾多次出现过有利于成煤的地质
条件。例如我国在石炭纪、二叠纪（距今 2．5～3．3 亿年）和侏罗纪（距今
1．4～1．95 亿年）等时期，对煤的形成就很有利，我国的煤大都是这些时期
形成的。
把煤作为燃料烧掉，多少年来我们都认为这是天经地义的事情。近几十
年来，随着社会的发展和科技的进步，人们才发现煤浑身都是宝。不仅是一
种重要的能源，而且是一种十分重要的有机化工原料。
那么，煤究竟有哪些用处呢？
从前面的叙述中我们已经知道，“煤氏三兄弟”中变质程度最深的是无
烟煤，它的发热量也最高。烧起来火力很强，烟尘很少，燃烧后灰渣也不多，
是一种很好的燃料；烟煤虽说变质程度比无烟煤差，发热量中等，但它却是
三兄弟中最有出息的一个，因为它不仅可以用来炼焦冶炼钢铁，而且还可以
被气化、液化用于生产和生活的许多方面；褐煤变质程度最差，发热量也最
低，但它却是很好的化工原料！
那么，把煤作为化工原料又能干什么呢？要想知道这些，我们就首先必
须知道煤焦油的来历。
我们把煤放到炼焦炉里，隔绝空气，加热到 1000℃左右时，就可得到焦
炭、煤焦油和焦炉气这些产品。1 吨优质炼焦煤，经焦化，可得到 700～800kg
焦炭，30～40kg 的煤焦油和 100 多 kg 的焦炉气。其中，焦炭是冶金工业的
“粮食”，而且还可以用来生产煤气、电极、合成氨、电石等。电石除用于
照明、切割和焊接金属外，还是生产塑料、合成纤维、合成橡胶等重要化工
产品的原料。至于焦炉气么，首先它是很好的气体燃料，使用煤气这在许多
城市里已是很普遍的了。其次它也是重要的化工原料。
说来说去，最有用处的还是要数煤焦油了。它的用途真是丰富多采，极
为广泛。说来话长，100 多年前，由于人们对它知之甚少，当时是把它当做
废物倒掉的。光阴似箭，日月如梭，到了 19 世纪中叶，随着化学工业的发展，
人们才发现煤焦油原来成分极为复杂，多达 500 种以上。用它可以制造出千
百种用途各异、色彩缤纷的化工产品。于是，煤焦油一下子成了有机化学工
业珍贵的“原料仓库”。比如染料、香料、合成橡胶、塑料、合成纤维、农
药、化肥、炸药、洗涤剂、除草剂、溶剂、沥青、油漆、糖精、卫生球等等。
制造这些产品的原料都可以从煤焦油中获得。
除煤焦油、煤气、焦炭外，就是一向被我们看作是废物的许多东西，今
天也都是“宝贝”了。如燃烧煤过程中产生的硫氧化物，现在用它可以生产
出优质硫酸；煤灰和煤渣，现在可以用来制造水泥等建筑材料。
在煤灰里甚至还可以提取出大量的被誉为“电子工具的粮食”的半导体
材料——锗和镓。
噢！从煤里竟能得到这么多宝贵的东西，怪不得它被人们称誉为“万能
的原料，黑色的金子”呢！
可以说，从 18 世纪末到 20 世纪初的 100 年时间里，以煤为主要能源的
世界，发生了科学技术、经济和社会的巨变，今天这个高度现代化的世界经
济，就是在以煤为主要能源的基础上建立起来的。
新中国成立 40 年来，我国的煤炭工业发展十分迅速。1990 年我国原煤
产量达 10．8 亿吨，比 1949 年增长了 32 倍，是世界上产煤最多的国家。
我国的煤炭资源分布十分广泛而又不均匀。
主要分布在山西、内蒙古、陕西、河南、山东、河北一带，以及安徽、
江苏两省北部、新疆、贵州、云南、黑龙江等省、区也不少。其中，尤以山
西、内蒙古、新疆、陕西最为集中，北方仅山西、内蒙古两省区的煤炭储量
就占全国煤炭总储量的 60％以上。
由于我国的煤炭资源主要分布在北方，因而我国的煤炭基地也主要在北
方。全国年产量超过 1000 万吨的 12 个大煤矿，有 10 个在北方。
目前，我国最大的煤矿是山西的大同，年产量达 3500 万吨以上，被誉为
“煤都”。在大同的西南，有我国也是世界最大的露天煤矿——山西平朔的
安太堡露天煤矿，年产量达 1533 万吨。它是我国现代化水平最高的煤矿，从
剥离到采煤，从运输到选煤，全部是现代化设备。在这里，你可以看到世界
上最大的斗容 25m3的特大电铲，不停地把土和岩石剥掉，把煤挖出来。然后，
通过我国第一条现代化铁路——大秦铁路线，将煤运到我国最大的煤炭转运
港——秦皇岛港。由此再转运到我国的东北、华东和华南等地区，支持着那
里的社会主义建设。
总之，我国不仅煤炭资源极为丰富，而且质地优良，品种齐全。通过广
大煤矿工人的辛勤劳动，为我国的经济发展提供了充足的“粮食”。
然而，随着工业的发展，煤炭的消耗越来越大。因烧煤产生的大量烟灰、
飘尘和有害气体，污染了环境，人们逐渐转向比它更优越的新能源：石油。
“工业的血液”——石油
由于石油具有燃烧值高、灰分少、便于运输和使用的特点，19 世纪中叶，
石油资源的发现开创了能源利用的新时代。尤其是 20 世纪 50 年代初，西方
国家，首先是工业发达国家，加快了由煤炭向石油、天然气的转变速度，开
始动摇煤炭在能源消费构成中的主宰地位。50 年代中期，世界石油和天然气
的消费量超过了煤炭，成为世界能源供应的主力，使人类利用能源的历史进
入第三阶段——石油能源时期。
目前，大多数科学工作者都认为，石油是地质历史时期的低等生物大量
沉积在浅海和湖泊中，在缺氧条件下变成有机质，再经过复杂的地质作用，
汇集起来成为石油和天然气。
那时，在一些深浅比较适当，水流较平静的浅海、河口和湖泊中，生长
着大量的低等生物。这些生物死亡后，遗体堆积在较平静的水底上，和泥沙
一起沉积到水下淤泥中，并不断地被新的泥沙掩埋。在这种隔绝了空气，缺
氧的环境里，经过一些特殊的细菌作用，如在厌氧细菌的分解作用下，破坏
了生物遗体中的碳水化合物的含蛋白质的化合物，在分解过程中，一些气体
和能溶于水的产物散失掉了，剩下的生物遗体部分，主要是一些碳氢化合物，
便形成了有机淤泥。这些有机淤泥，在高温、高压和放射性元素、细菌的进
一步作用下，逐渐转化成为分散的液态的石油和气态的天然气。
刚刚形成的石油，它们都是一些很小的分散的油滴。通常这些小油滴是
随着水的流动而到处流动的，它们从这个岩层“旅行”到另一个岩层，运动
过程中，由于受重力作用和地壳运动产生的挤压力的作用，这些小油滴就被
驱赶到上下都是较严密的岩层中，中间是多孔的砂岩或者中间多裂缝的岩
石，前面又是严密而不易渗漏的页岩或泥灰岩的贮藏地。在多孔的砂岩或者
有裂缝的岩石中，小油滴越聚越多，油田就逐渐形成了。
石油和天然气的成分很相似，它们通常都住在一起，所以凡是有石油的
地方，一般都有天然气。
由此可见，石油和天然气是古代生物遗体由于地壳运动被埋在地下，经
过长期高压和细菌的作用而逐渐形成的。但近年来，有些科学家提出，石油
和天然气是来自地球深处的原始甲烷。他们认为，地球形成之初，有大量的
甲烷，这些原始甲烷气体从地球深处渗透到地球表层，这就是天然气；还有
大量的甲烷在巨大的压力下转化为石油。科学家们称前者为“生物论”，后
者为“甲烷论”，目前，大多数科学家倾向于“生物论”。
埋藏在地下的石油，通过用钻机打井便可以开采出来。从地下开采出来
的石油，叫原油。原油一般不能直接使用。人们认识石油和掌握石油的加工
方法曾经历了很长的时间。
我国是世界上最早发现和使用天然气的国家。早在公元前 200 年，我国
四川临邛县（今邛崃县）的劳动人民就已利用天然气来煮盐了。古代把天然
气叫“火气”，把天然气井叫“火井”。
我国是世界上最早发现和使用石油的国家之一。1800 多年前，我国汉朝
历史学家班固，在他写的《汉书·地理志》中便说：“高奴有洧（Wěi）水肥
可燃。”这段记载是说：高奴（现在的延安一带）有一条叫洧水的河，河水
上有像油一样的东西可以燃烧。
后来，关于石油的记载越来越多，名称也不尽相同，像石漆、石脂水、
石脑油、火油、猛火油等等都是当时对石油的称呼。
第一次明确提到“石油”这个词，是北宋的沈括。总之，我国是世界上
发现和利用石油、天然气最早的国家。不过，由于当时生产力水平的限制，
对石油和天然气的使用是很有限的，通常只用它们来点灯、制烛、润滑、补
缸、治病、制墨、煮盐等。石油真正得到广泛的应用，只是近 200 来年的事。
在 200 多年前，人们开始用蒸馏的方法来提炼石油。如果我们来到炼油
厂，看到的设备主要有两部分，一个是加热炉，一个是精馏塔。石油被不断
地送到加热炉中加热，从加热炉中出来的石油蒸汽，又不断地被送入精馏塔
的底部。精馏塔有几十米高，里面有一层一层的塔盘。石油蒸汽从塔底上升
到塔顶，必须经过一层一层的塔盘，塔底温度高，塔顶温度低。石油蒸汽经
过这一层一层的塔盘时，各种化合物就按沸点的高低，分别在不同的塔盘里
凝结成液体。于是，石油家族的各个成员就被一一分开了。石油在炼油厂经
过分馏之后，我们便得到了一系列的石油产品：汽油、煤油、柴油、润滑油、
石蜡、沥青……
我们知道，汽油是汽车、飞机的燃料，有的也用来擦洗机器和零件，或
者作为油漆、皮革、橡胶等工业的溶剂；煤油是喷气式飞机的燃料，在没电
的地方人们还用这来点灯照明；柴油和汽油、煤油一样，也是非常重要的燃
料，像在铁路上风驰电掣般奔忙的内燃机车，在辽阔的海洋上乘风破浪的轮
船，在田野里耕作和收获的拖拉机和收割机，以及驰骋疆场，所向无敌，被
人们誉为“铁马”的坦克等，它们使用的燃料都是柴油；说到润滑油，那更
是飞机、汽车、轮船、机器等离不开的东西；石蜡则成为制造蜡烛、蜡笔、
蜡纸、洗衣粉、鞋油、凡士林等的原料；至于黑乎乎的沥青么，这恐怕是大
家很熟悉的东西了，因为柏油马路就是用沥青作为主要材料铺成的。此外，
把沥青涂在铁路的枕木和电线杆上可以防腐，用沥青做的油毡可以防水等。
这样，随着生产的发展，石油的需要量大量增加。同时，在美国、在中东北
非等地区相继发现了巨大的油田和气田，国际石油公司随即投入了大量资
金，急剧地扩大了石油的采掘业和炼制业，逐步形成了世界性的石油销售系
统，大量石油涌入国际市场，进入生产和生活的各个领域。50 年代中期，西
方世界石油和天然气的消费量超过煤炭；60 年代石油就占据了世界能源消费
的首位；1973 年达到 53％。这是继柴草和煤炭转变后，能源结构演变的又一
个重要的里程碑，是一场具有时代意义的能源革命，对促进世界经济的繁荣
和发展起了非常重要的作用。
听到这里，你一定会惊奇地说：啊，石油原来有这么多的用途啊！其实，
我们上面介绍的只是石油用途的一部分。也就是说石油、天然气目前是世界
上主要的能源，约占世界能源消费总量的 70％。但是，你可知道，石油和煤
一样，把它作为燃料烧掉，实在是太可惜了，因为石油也是宝贵的化工原料。
石油化学工业是现代化学工业的骄子，而石油化学工业的基本原料就是
石油和天然气。经过长期研究我们已经知道，组成石油和天然气的主要化学
元素是碳和氢。其中，碳占 84％～87％，氢占 12％～14％，其他元素约占 1
％。碳和氢互相结合在一起，由于碳原子和氢原子的多少不同，可以组成许
许多多形状性质各不相同的碳氢化合物。
我们通过对石油和天然气进行加工，得到的主要是诸如“四烷”、“三
烯”和“一炔”这些基本化工原料。
“四烷”，就是甲烷、乙烷、丙烷和丁烷；“三烯”，就是乙烯、丙烯
和丁烯；“一炔”，就是乙炔。
有了“四烷”、“三烯”、“一炔”这些基本化工原料，我们对它们再
进行加工，就可以制造出我们需要的成千上万种有机化工产品。下面我就简
单说一说它们的一些主要用途：
首先是大家非常熟悉的塑料。在我们的周围，用塑料做的东西真是到处
可见，像凉鞋、茶杯、水壶、铅笔、雨衣、自来水笔、窗纱、桌布、电缆包
皮、塑料薄膜、有机玻璃、救生圈、“万能胶”……你一口气可以说出几十
种甚至几百种。
石油和天然气不仅能制造塑料，而且还可以制造出色彩缤纷的新衣料，
即合成纤维。你常见到的“尼纶”“绦纶”“腈纶”“维纶”“丙纶”，便
都是合成纤维。合成纤维除了可以做衣料外，还可以编织渔网、做缆绳、化
肥袋子、传送带等。
石�
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