牛頓也不知道的科學

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有了人造鰓，水中不缺氧！

你羨慕魚兒在水中悠遊自在的游泳嗎？在魚兒身體的魚鰓裡密布著微血管，當水流透過魚鰓時，魚鰓裡的微血管可以攝取水中溶解的氧氣，同時將二氧化碳排放到水中。而人類如果想長時間待在水中活動時，得背負氧氣筒才能呼吸，但是受限於氧氣筒的儲存量，停留在水中的時間很有限。目前科學家研發出一種「人造鰓」，它模擬魚鰓的功能，可以從水中提取出氧氣供人體呼吸，當潛水員戴上人造鰓，就能像魚兒一樣在水中自由活動，不用再擔心氧氣會用完啦！

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水的噴泉不稀奇，乾冰噴泉你聽過嗎？近期科學家宣布說，他們在火星探測器所拍攝的圖片當中，發現在火星的南極地區，有特殊的乾冰噴泉存在。科學家解釋乾冰噴泉的成因，是因為太陽的照射，讓火星南極地區的冰層溫度上升，使得冰層下方處於凝固狀態的乾冰，變成了高壓的二氧化碳氣體，然後以每小時高達一百多公里的速度噴出地表。這些混合了二氧化碳和塵土的乾冰噴泉，高度可達幾10公尺，是地球上看不到的奇特景觀呢！

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冬天的池塘裡，一群鴨子正聚在一起游水。這群鴨子有些一身黑撲撲的，有些像穿了白色小背心，頭上還有像辮子一樣的長羽毛，牠們就是來自歐亞大陸北方的冬候鳥澤鳧。雄澤鳧與雌澤鳧的長相並不相同，雌澤鳧腹部羽毛為白色，翅膀淡褐色，其他羽毛為黑褐色；而雄鳥除了腹部之外，翅膀也是白色，加上頭上的長羽毛，看起來真帥氣！

澤鳧屬於雁鴨科，外形跟一般的鴨子不太一樣，有高超的潛水技能。別看澤鳧長得圓圓胖胖的，牠們不僅能將身體完全潛入水中覓食，最深還能潛到水下5~6公尺的深處，潛入水中時間長達28~50秒，是深藏不露的潛水高手。

雖然澤鳧善於游泳和潛水，卻不適合在陸地上行走，所以大部分時間牠們總是待在水中。飽食後，總是成群行動的澤鳧，採取較為省力的集體警戒方式，在水面上休息晒太陽。

澤鳧起飛時必須熱身助跑，才能克服體型圓胖、無法原地起飛的弱點。看牠們在水面猛力拍動翅膀，強健有力的雙腳拼命踩水，努力踩水助跑數十公尺，最後才振翅飛上青天，當澤鳧成群踩水助跑時，激起大片四濺的水花，壯觀的場面真叫人震撼！

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巍巍的高山聳立在壯闊的大地上，一片湛藍的天空，冷冽清新的空氣，這裡是世界上海拔最高的青藏高原。青藏高原橫臥在亞洲的中心位置，四周有喜馬拉雅山、崑崙山等山脈環繞，氣候嚴寒，有「世界屋脊」和「第三極」之稱。連綿起伏的山脈成為與外界隔絕的自然屏障，交通極為不便，但近年因為公路和鐵路陸續開通，人們終於能一探這個與世隔絕的澄淨大地。

受到嚴苛的自然條件限制，以前人們不容易深入青藏高原，多半只能依賴航空運輸，但後來不斷克服惡劣的氣候和險惡的地形，陸續修築青藏、川藏、新藏、滇藏和中尼等五大公路，改善了青藏高原的對外交通，人們也將這些通路稱為「天路」。2006年，從青海西寧到西藏拉薩的青藏鐵路全線通車，提供人們更便捷的方式，而這條鐵路也是目前世界上海拔最高、路線最長的高原鐵路。

青藏鐵路不但經過特殊的多年凍土地區，凍土中含有大量冰，遇冷會凍結，遇熱則消融，容易造成地基不穩同時也經過野生動物的遷徙路線，必須考慮野生動物穿越軌道危及行車安全；加上高原地勢嚴寒，空氣含氧量稀薄，容易引起工人高原症狀…，這些都是必須克服的難題。經過多年勘察、測量與研究，投入許多地質專家和工程技術人員，終於克服重重困難，完成這項艱鉅的工程。

青藏高原的地形多變，最主要由崑崙山脈、喀喇崑崙山、唐古拉山、岡底斯山等許多高大雄偉的山脈組成；而位於高原南部的喜馬拉雅山脈主峰珠穆朗瑪峰是世界第一高峰，周圍環繞多座高度超過7000公尺的高峰，氣勢磅礡。

這些山脈本身也是影響地球氣候的一個重要因素，它們阻擋住北方大陸的寒冷空氣，不進入南亞；同時喜馬拉雅山脈阻擋了南方溫暖潮溼的空氣進入北方，是造成南亞雨季的因素之一。

高山上終年積雪不化，放眼望去盡是一片銀色的世界，冰河侵蝕產生的凹地，積水形成了湖泊和沼澤，而冰河移時產生的巨大力量，造成許多特殊的景觀。

在這個冰封的世界裡，居然出現熱騰騰的溫泉呢！大約在一百萬年前，西藏曾發生強烈的地質活動，地底的岩漿和熱能湧到地面，地面的積雪和湖水滲入地底，形成噴泉、溫泉和熱水湖等豐富的地熱資源。

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雪山主峰位於中央山脈的西北方，海拔3884公尺，是臺灣的第二高峰。攀登雪山時能欣賞高中壯麗的美景，隨著海拔高度增加，還有臺灣二葉松林、臺灣鐵杉林、臺灣冷杉林與玉山圓柏林等森林景觀。而在雪山主峰有一整片白色的枯木林，挺直矗立在山坡上，更是雪山山區最特殊的「白木林」奇景喔！

臺灣冷杉分布在海拔高度2500~3800公尺的地區，高度可達15公尺。

每年十月底的時候，巒大花楸的綠葉轉為火紅，像一支支火紅的洋傘，整個山坡瀰漫著濃濃秋意，是雪山特有的秋天景觀。

冬天積雪時的白木林景觀。雪山山區溫度低，因此枯木不容易腐化。

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「小傑，早餐要吃，上課才有精神喔！」爸媽常教我們三餐要定時定量，攝取足夠的營養才能快快長大。從出生到現在，我們每天吃這麼多食物，其中的養分如何供生長利用呢？我們的身體裡有一條長長的管子──腸。腸就像海綿一樣，將胃送來的食物，再進一步消化和分解成可供身體利用的小分子，並加以吸收；大腸則是把食物殘渣中剩餘的水分吸收，形成糞便從肛門排出。

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腸的構造和功能

小腸前端連接胃，後端則連結著大腸，形成長長的管腔。小腸看起來彎彎曲曲的，可分為十二指腸、空腸、迴腸三個部分，食物在小腸中被消化酵素分解成營養素後，再由腸壁上的細小突起「絨毛」吸收到血液中，供全身細胞利用。大腸長度比小腸短，在腹腔形成ㄇ字型，可分為盲腸、結腸、直腸，大腸不進行消化作用，而是吸收那無法消化的廢物約90%的水分，讓廢物濃縮成糞便；此外，大腸還能吸收腸道細菌所產生的物質，如維生素K。

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位於喜馬拉雅山脈的聖母峰，海拔高度8844.43公尺，是全世界最高的山峰。根據前人的經驗，聖母峰的6~8月是雨季，冬季又過於寒冷，都不適合攀爬；只有3~5月是最容易成功的登山季節。

來看看挑戰聖母峰的必備品吧！

氧氣筒：含有95%的氧氣，在高海拔地帶空氣稀薄造成呼吸困難時使用。

雪杖：在崎嶇的地形或是溼滑的雪地，使用雪杖能保持平衡與步伐的穩定性。

冰爪：聖母峰頂堆積的冰雪沿著山坡向下滑，形成遍布冰川、冰瀑的冰河地形，固定在登山鞋上的冰爪，在雪地或冰上行走時，能抓緊地面，防止滑倒。

冰斧：在冰壁或冰河地形，用來砍出梯狀的冰階或是鑿洞，方便行走。

冰釘：一端是螺旋狀，用來鑽入冰層而不破壞冰層，另一端有扣環，能讓繩索穿過固定。

繩索：登山或是攀岩時的必備器材，採用質地牢固的強化人造纖維，具有不易斷裂的特性。

登山用瓦斯爐：高山上空氣稀薄、低溫的環境，升火煮東西並不容易，必須使用耐低溫、耐強風，並且易點燃的瓦斯爐來準備食物，至於食物的種類大多屬於已煮熟、只需加熱或加水就可食用的乾燥米飯為主。

衛星電話：透過同步人造衛星來傳送訊息的通訊器材，訊號發送到太空中的衛星，再藉由衛星和衛星之間的發射傳遞到接收端，由於衛星傳遞的範圍非常廣大，即使在沒有行動電話基地台的地區，收訊依然能保持清晰，是登山或是在荒野進行科學研究時的主要通訊工具之一。

頭燈：利用LED（發光二極體）燈泡具備高亮度和使用時間長的優點，加上集光性強，能在空曠的山區擴大照明面積。

睡袋：中空纖維睡袋具有重量輕、排汗、透氣和保暖的特點：在攝氐零下數十度的雪地，使用木乃伊型的睡袋，還能達到更高的保暖度。

護目鏡：具有很高的抗紫外線係數，能反射雪地裡強烈的輻射光線，保護眼睛不受到強風或強光的傷害。

急救包：除了一般常見的藥品，攀登較高的山峰時，急救包中還會準備治療高山的藥品如輕微利尿劑，以及急救雪盲症的眼藥水。

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知識雜貨店──什麼是「熱」？

熱是許多原子或分子運動產生的一種「能量」。例如在空氣中，氣體分子具有能量，能夠到處運動、彼此碰撞。哪裡找得到熱呢？世界上所有物質都是由原子或分子組成，只要運動產生能量，就有熱的存在，各種型態的能量都能轉變成熱。

什麼是熱傳導？

當物體表面的原子或分子吸收熱時，會增加能量並且產生劇烈的運動，然後再以碰撞的方式，把能量傳給周圍能量較低的原子或分子，像這樣依序把能量傳遞出去，就叫做熱傳導。熱傳導的速度都一樣嗎？

一般來說，固體內原子之間的距離比較近，振動時容易互相碰撞，所以傳熱速度最快，再來是液體，最差的是氣體。不同物體的分子組成型態不同，傳熱的速度也不相同，傳熱快的物體，代表散熱的速度也比較快。

烤肉是以哪種方式來傳熱呢？

傳導：肉表面的原子接收到輻射和對流傳過來的熱之後，再以熱傳導的方式把能量向肉的中心傳遞，最後肉就熟了。對流：火燃燒時，會使火焰周圍的空氣分子加熱，產生對流現象，把熱傳給肉。輻射：火焰以輻射的方式將熱傳給肉。所以傳導、對流和幅射三種方式都用到了。

金屬是熱導體，所以很容易將周圍的熱傳給結凍的肉，使冰快速吸取熱而融化。水也是不錯的熱導體，如果可以不斷更換水，解凍速度會更快，不會流動的空氣則最差。

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野口英世(1876~1928年)日本的醫學和病菌學家，他確立了治療蛇毒的血清療法、發現了梅毒螺旋體，卻在研究黃熱病時，染上黃熱病而過世。被日本人視為日本醫界的英雄。

1876年，野口英世原名野口清作，出生於日本福島縣一個風景優美的小村落。由於家道中落，非常貧窮。愛喝酒的父親經常遊手好閒，全靠母親辛苦工作來維持生活。野口2歲時發生意外，讓他的左手嚴重燒傷，手指全捲入掌中無法伸開。常被鄰家小朋友取笑，但母親卻鼓勵他，只要用功讀書就不會被別人瞧不起。所以因優異的成績被學校選為全年級的學生代表，還為低年級上課。以第一名的成績從初等小學畢業。發現野口聰明才智的小林榮老師告訴他的母親，為了讓野口能繼續升學，往後的學費都由我全盤負責。野口也不負所望，成績一直名列前茅，但左手仍讓他感到非常苦惱。

有一次，野口在作文裡寫下他痛苦的心情，讓學校發起募捐，幫助他的手指頭動起來。畢業後，他到醫院當藥劑見習生，這時他非常用功讀書，甚至一天只睡三、四個小時。後來野口為了要考「醫師開業執照」而遠赴東京。出發前，他在家裡的柱子上刻下「若不得志，決不重踏此地」，以顯示自己的決心。終於野口順利考上，並得到合格證書。因為沒有資金可以開業當醫生，於是他到「北里傳染病研究所」做病菌的研究，後來轉到橫濱檢疫所當檢疫醫生，但他心中有更遠大的夢想。這時他已改名為「英世」，希望展開新生命。當野口成為佛雷基斯納的助手，因他是外來的醫生，只能做必須要冒著生命危險的蛇毒研究。當時被毒蛇咬到是無藥可醫的，而且死亡率很高，野口的工作雖然危險，卻非常重要。
長達3個月的時間內即交給佛雷基斯納一份長達250頁的研究報告。野口有了米歇爾博士的資助與指導，經過數年的研究後，出版了近一千頁的《蛇毒》，野口確立的血清療法拯救了許多人的性命。當時美國是一個保守的社會，但卻有一種奇怪的病(梅毒)，得了梅毒的病人過了十幾年後，會變成有妄想症的麻痺性癡呆，人們認為梅毒是一種經由不當行為而傳染的病，因此沒有人願意研究這種「不道德」的疾病。

後來野口從麻痺性痴呆症患者腦中發現了梅毒螺旋體。野口成功培養梅毒病原菌後，也繼續小兒麻痺、狂犬病、砂眼等病原的研究。這些研究成果發表之後，歐洲各研究機構紛紛找他演講。去美國15年後，野口終於回到了日本，也受到了盛大的歡迎。回到美國後，野口又投入了黃熱病的研究工作，這是種死亡率極高的傳染病，當時中南美洲、非洲地區許多人因此喪命。往後幾年野口為了研究，馬不停蹄的前往厄瓜多爾，墨西哥、秘魯、巴西等地。後來他到了非洲的阿克拉作研究，沒注意到自己已經染上了黃熱病，1928年，因為自己研究的黃熱病而過世，年僅51歲。