阴云蔽日
当天空布满阴云时，太阳还会投下哪些波长的阴影？我可以发明一种在阴天工作的日晷吗？
——来自英国伦敦的斯蒂芬·帕里什
天阴的时候，我们可以通过检测光的偏振特性来推断太阳的位置，从而推断出时间。昆虫和鸟类正是利用偏振光进行导航的。
一般来说，散射光与太阳呈直角偏振。所以当太阳处于最高点时，光线将沿着整个地平线方向，近似水平偏振。当太阳西下时，天空中的光线将沿着南北方向，呈垂直偏振。
1848年，英国发明家查尔斯·惠斯通斯发明了“极钟”，这是一种类似日晷的装置，可以在多云时使用。通过让管指向北极方向，转动目镜中的棱镜直到光消失为止，可以推导出日光的相对偏振角，给出太阳的位置，从而推算出大概的时间。还有人说，当太阳被云遮蔽或者刚出现在地平线上时，维京人使用水晶日长石来确定太阳的位置。
——来自英国西米德兰兹郡萨顿科尔德菲尔德的迈克·福洛斯
一些无线电波可以穿透云层，太阳确实会发射无线电波，所以制造一种在阴天工作的日晷是有可能的。但是，你需要一个尺寸大于无线电波波长的日晷，否则电波将会被折射到它周围，而无法产生阴影。阴影必须由用于接收太阳无线电波的巨大的天线阵列来检测。这并不简单。人们花了很长时间来研究能够探测到太阳发出的无线电波的装置，直到1942年，英国物理学家詹姆斯·斯坦利·海伊才成功探测到来自太阳的无线电波。
不过，还有一种方法。太阳也会辐射出X射线，这些射线也能穿透云层。基于X射线设计日晷会更容易些，因为它不存在衍射问题，你可以使用荧光镜观察X射线落下的位置。
——来自法国莱塞萨尔勒鲁瓦的埃里克·克瓦朗
天空的谎言
在澳大利亚度假时，我发现那里的满月看起来似乎与英国的不太一样。我在网上发现许多评论称在南半球看到的月亮似乎是“颠倒”的。
回国以后，我对比了在北爱尔兰和澳大利亚凯恩斯拍摄的照片，发现似乎只存在大约70°而非180°的差异。就面向地球的角度而言，世界上存在这样两个地方，从那儿看到的月亮有180°的差异吗？
——来自英国的格雷厄姆·芬尼
这引发了若干有趣的问题。首先，假设观察员位于北纬54°的北爱尔兰，在午夜时分仰望满月，此时月亮到达南半球天空最高点。月亮的南极将与南地平线对齐。
现在假设你可以在几分钟内将观察员运送到南半球。接近赤道时，他们会看到月亮在天空中升得越来越高，但是它的方位不变。
当他们进入南半球时，月亮将在天顶点，即观察者头顶正上方的位置。此后，他们将不得不向后弯腰才能看到方位不变的月亮——“颠倒的”。
最后，为了避免向后跌倒，他们不得不站起来。现在他们转过头来看月亮，它出现在天空北部，它的北极对着北半球的地平线。从这个意义上来说，现在月亮看起来是颠倒的，但事实上真正“颠倒”过来的是观察者。
现在，把月球在天空中的路径也考虑进去。月亮（或多或少）沿着黄道的弧线运动，黄道是我们眼中太阳在天空中移动的路径，月面（或多或少）与黄道面保持恒定的方向。黄道面与地平线的角度取决于观察者所在的纬度和时节。
在春分或秋分时，黄道在赤道上空垂直上升，通过天顶。对于在北爱尔兰的观察员来说，黄道面与垂直方向呈54°角，对着南地平线；对于位于凯恩斯的观察员（南纬17°）来说，它与垂直方向呈17°角，对着北地平线。
这意味着在月球面相对于地平线的方位上，两地拍摄的月出时的照片将显示出71°的差异。我认为这可以很好地解释题主观察到的明显的旋转现象。这是因为照片是在月亮处于天空较低的位置时拍摄的，而凯恩斯位于北爱尔兰南纬大约71°角处。
我刚才提到，月球的轨道面或多或少与黄道面一致。这是因为月球并不总以同一面对着地球，它会晃动，这个过程被称为“天平动”。
部分原因是月球的轨道不是圆形。月球围绕地球运转时，会慢慢减速或加速，所以它的轨道速度不会与其自转保持同步。在某些地方，我们可以观察到月面的东西侧。
此外，还有一个周日天平动。我们将观察者从地月中心连线的西侧转至东侧，由于地球自转，他在这个过程中会先多看见一些月球的东侧，然后多看见一些月球的西侧。同理，位于北爱尔兰的观察员会多看到一些月球的北极，而凯恩斯的观察员会多看到一些月球的南极。
最后，考虑到月球轨道面与黄道面稍微错开（夹角约1°），这使得我们可以看到更多的月球北部或南部。这些效应结合在一起，才使得我们有可能看到约60%的月面，而不是像很多人认为的只有一半。
当然这意味着，在不同的地方同时拍摄的两张月亮的照片，不管月亮的方位如何，都不会展现出完全相同的月面。
——来自英国伯克郡沃金厄姆的戴维·沃姆斯利
月亮消失
如果月亮消失，潮汐过多久会停止？
——来自英国伍斯特的马丁·麦卡恩
如果月亮突然消失，产生潮汐的主要力量将立即（也许正好是引力从月亮作用到地球的时间，约1.5秒）消失。但是，由于海洋将在地球的两端汇聚，中间带的海平面相对较低，水将开始振荡。最初，它会从海洋的两个“山丘”流向低潮区，在这里再次汇聚起来。然后水流静止，流向相反方向。理论上，这种振荡将永远持续下去，但实际上随着时间的推移，由于摩擦力和陆地的干扰，振荡会变得更加混乱，同时，由于海床的阻力，振幅也会越来越小。
——来自法国莱塞萨尔勒鲁瓦的埃里克·克瓦朗
好消息是，潮汐停止需要很长的时间——直到地球停止自转，只有一面朝向太阳，或者海洋蒸腾。这是因为潮汐是在月亮和太阳的共同作用下产生的。太阳引力对潮汐的影响略小于月亮引力的一半。月亮和太阳的共同作用会随着月亮轨道位置的变化而变化。
当太阳和月亮连成一条直线时，会产生大潮现象，出现不同寻常的涨潮和退潮。小潮——涨落潮水位差异最小时——发生在太阳与月亮对潮汐的作用力反向的时候。如果月亮消失，地球上海域产生的潮汐只会略微小于当前强度最弱的小潮而已。
——来自英国贝德福德的彼得·斯凯利
溺水的太阳
倾全宇宙之水能浇灭太阳吗？
——来自美国加利福尼亚州圣马特奥的玛雅（六岁）
燃烧是一种化学反应，需要三个关键条件来维持：热量（如点燃蜡烛的火柴）、燃料（蜡烛）和氧气（大量存在于空气中）。拿走其中任何一个，火焰就会熄灭。
用水灭火很有效，因为水可以很好地消除热量并隔绝氧气。然而，太阳实际上不同于一个巨型蜡烛燃烧时形成的火球。它是一个巨大的等离子体球。太阳的能量并非来自燃烧的过程，而是来自核聚变的过程，太阳核心的热量和压力如此巨大，使得像氢那样轻的原子核被迫聚合成像氦那样重的原子核，同时释放出巨大的能量，维持着地球上的舒适温度。
如果你想熄灭太阳，用一层厚厚的水毯裹住它并不会起什么作用。虽然水可以瞬间消除部分热量，但它同时也会增加太阳的质量，导致太阳内部的压力增加，继而加快核聚变的速度。此外，水分子（由氢和氧组成）受热到一定程度可能会分解成其组成元素，从而提供更多的核聚变燃料。所以，太阳实际上会燃烧得比之前更加剧烈和迅速。
但是，如果把整个宇宙的水全部倒在太阳上会怎么样呢？这只能口头上说说而已。严格说来，你倾倒的是冰而不是水，因为太空温度很低，几乎所有的水都以固态形式存在。理论上，你可以在太阳的质量上加上这么多冰块的质量，这些冰将快速耗完所有的燃料。然后，太阳将像超新星一样发生大爆炸，摧毁地球，留下一颗非常致密的中子星，甚至是一个黑洞。我想这也算是熄灭了太阳。总之，熄灭太阳可能会将太阳系搞得乱七八槽。
——来自英国赫特福德郡的山姆·巴克顿
彗星的形状
67P/丘留莫瓦—格拉西梅彗星形状不规则。彗星或小行星需要达到多大尺寸才能变成类球形，这中间的过程是什么样的？
——来自英国英格兰珀斯郡的马尔维娜·莫里
计算表明，任何直径超过700千米的岩体都应接近球形。体积这么大的岩石天体才有足够的质量来克服流体静力。谷神星是小行星带中最大的天体，直径约945千米，接近球形。由于它由冰水组成，不及岩石刚硬，所以，直径达到约320千米就可以变成球体。
假设所有行星具有相同的成分和密度，这些计算也表明，一个天体上任何突起（例如山）的最大高度应与该天体的直径成反比。这就解释了为什么直径大约是地球一半的火星上存在比珠穆朗玛峰的两倍还高的奥林帕斯山。此外，体积较大的行星可以保留更多的原始热量——这种能量可以追溯到崩塌成行星的星云的重力势能。这进一步降低了大行星上山脉的高度，因为山下的岩石更加温暖而且没那么坚硬。
——来自英国西米德兰兹郡萨顿科尔德菲尔德的迈克·福洛斯
数星星
当系外行星围绕着它们的恒星运行时，只有当行星绕行到恒星前面使恒星的光变得暗淡时，人们才能从地球上观测到这些系外行星。天文学家有没有计算过多大比例的行星系符合这个标准？如果有的话，是怎么测的呢？
——来自英国德文郡埃克塞特的保罗·利
目前只有很少系外行星被我们直接观测到。其他星体的存在通常需要通过观察其主恒星来推断。当一颗行星绕行到其主恒星前时，从地球上看，这颗恒星会稍微变暗。通过被称为“凌日法”的技术测量恒星降低的亮度可以获得大量信息，例如行星的轨道周期及其相对于主恒星的大小。也可以研究其大气层，从而推断是否有外星人居住。
以这种方式观测系外行星，需要保证行星、其围绕的恒星和地球落在同一平面上。而能够检测到这种对准时刻的概率取决于恒星的大小和行星运行轨道的直径。
如果这颗行星围绕着太阳大小的恒星运行，并且与这颗恒星的距离和我们与太阳的距离一样，那么，我们能够通过“凌日法”探测到它的概率是1/200。
然而，还有许多其他技术可以用于寻找太阳系外行星。其中最成功的要数径向速度观测法。行星在绕轨道运动时会拖拽恒星，我们可以观测到恒星在一个小半径的圆内移动。当它朝地球移动时，发出的光会发生蓝移，远离地球时则发生红移，这种现象可以使用多普勒光谱仪进行探测。在本文撰写之际，人们已经发现了近2000个系外行星，其中有90%是通过上述两种方法发现的。
——来自英国西米德兰兹郡萨顿科尔德菲尔德的迈克·福洛斯
来自月亮的升力
潮汐会受月球引力的影响，那么你的体重是否会随你的位置不同而变化呢？
——普里亚—卢安·麦克尼，通过电子邮件
当然会。宇宙中任何物体的重量都是其自身与宇宙中其他物体之间的引力的总和。这使得各种测量变得非常复杂。例如，在18世纪，法国天文学家尼古拉·路易·德·拉卡耶来到南非，对地球南半球的形状进行了精密的测量，最后得出结论：南半球是平的。当时他并没有意识到他应该在广阔的平原上进行这些测量。他的各种数据被桌山和皮凯特贝赫山脉的引力严重扭曲，过了很长一段时间，才有人修正了他计算出的形状。
随着月亮从我们头顶爬到西面，然后下降，再爬到东面，我们会变轻，并向一边倾斜，接着变重，并向另一边倾斜。然而，月亮离我们如此遥远，摆动丝线上的一根针对我们体重的影响都远比月亮的影响要大。
——来自南非西萨默塞特的约恩·里奇菲尔德
长波
如果一条水位与海平面持平的运河从东到西穿过亚洲，月球是否会对水位产生潮汐效应，同时伴随着每天的涌潮呢？
——来自澳大利亚昆士兰州佛尼丘陵的林德尔·史密斯
地球上的潮汐现象在月球引力以及较弱的太阳引力的共同作用下产生。即使浴缸里的水也会随着月球经过我们头顶而发生运动，尽管量级微不足道。运河的水也是如此。但潮差——涨潮和退潮时的水位差异——只有在像海洋这样大的水体中才能清晰地显现出来，而且只有在水面与陆地相遇的时候才会被注意到。
涌潮发生在一些河流中，在流向大海的湖泊中较为罕见，但也可以看到，比如著名的挪威峡湾或苏格兰的一些海湾。涌潮的形成需要显著的潮差，通常超过6米。进入宽阔的海湾时，涌入的潮水流向河流或湖泊的狭窄开口处，水激荡堆积，形成在河上滚动的波浪。涌潮可以细分为水跃型和波型，前者会使水位突然发生变化。英国的塞文潮就属于波型涌潮，其特征是波前[1]后面跟着一系列孤波，即孤立波。
1834年，约翰·斯科特·罗素首次提出了孤波的概念，当时他正在苏格兰勘察联合运河的河道。一艘马拉的窄船突然停下来，船底推开的水波以每小时13公里的速度向前继续传播了几公里。然而，即使没有船闸，由于涌潮与运河底部和四周产生摩擦，在沿着宽阔的欧亚运河运行时，其能量也会逐渐消失。
——来自英国西米德兰兹郡萨顿科尔德菲尔德的迈克·福洛斯
带我飞向月球
是否有可能让国际空间站脱离目前的轨道，降落到月球上？
——来自新西兰克赖斯特彻奇的戴维·安德森
理论上说，这是可行的，但实际上没法实现。物体从地球低轨道移动到月球轨道，速度需要每秒增加约3.2公里。当空间站接近月球时，它相对于月球的行进速度将大于每秒2公里，必须将这个速度减到零才可能实现软着陆。这种加速和减速所需的常规燃料的数量将超过国际空间站本身的质量，而且这些燃料必须从地球或宇宙中获取。
但令这个计划实际上无法实现的是，你必须让整个国际空间站软着陆。月球上的重力远小于地球，但仍然需要在空间站四周安装火箭，并且保证所有火箭同时点燃。即使国际空间站有可能毫发无损地登陆月球，其设计也使它在低重力下未必能正面朝上“坐”在月球表面。
——来自法国莱塞萨尔勒鲁瓦的埃里克·克瓦朗
黑洞数
当一个黑洞被另一个黑洞吞噬时会发生什么？
——来自英国伦敦的杰米·马隆
这并不像你想象的那么激动人心。两个黑洞合为一体将创造出一个质量等于这两个黑洞之和的新黑洞。黑洞的表面积与其质量有关，所以合并后表面积会按比例增加。因为黑洞周围通常伴随着吸积盘，在围绕黑洞旋转的过程中，吸积盘向内旋转的速度越来越快，我们可以假定，在两个黑洞相遇之前，两个吸积盘将彼此碰撞，最终形成一个更大的吸积盘。但是，当两个非常热的吸积盘相互碰撞时，辐射将会增加，直到新系统稳定下来。
——来自波兰华沙的约翰·安德森
当两个黑洞相互接近时，它们通常会沿着具有共同焦点的双曲线轨道运行，所以最终会朝不同的方向飞驰而去。如果周围存在恒星，情况会变得更加复杂，黑洞可能会在抛离一些恒星之后围绕彼此运动。这样的轨道运动将永远持续下去，除非附近还有更多的恒星可以被抛离，消耗掉部分能量，使得黑洞可以逐渐相互靠近。一个黑洞也可能直接朝另一个黑洞前进，这样它就会撞到另一个黑洞的视界上。在这种情况下，观察者会看到两个黑洞越来越近（假设它们是可见的），但永远不会看到它们合并。相反，它们会放慢速度，变得更暗，它们发出的光变得更红。这是因为它们的时间慢了下来，以至于我们可能永远都看不到它们侵入彼此的视界，即使这一现象最终会在某个时刻发生。
——来自法国莱塞萨尔勒鲁瓦的埃里克·克瓦朗
旋转的银河系
银河系的旋臂是否是引力波存在的证据？如果不是，那是什么创造了这些旋臂呢？
——来自英国柴郡波因顿的史蒂夫·迈阿尔
旋臂并非引力波存在的证据。根据密度波理论，旋臂区域内气体和恒星的密度要高得多，物质移动的速度比旋臂间区域慢。这个理论解释了旋臂的成因，而一旦产生，它们将自行维持。
靠近旋臂的物质因旋臂区域内的额外质量而加速，然后在穿入旋臂区域时减慢速度。这导致了恒星的大量诞生。与太阳（数十亿年）相比，这些巨大而明亮的恒星寿命（数百万年）相对较短。
这类恒星还没来得及离开旋臂便在超新星爆发中毁灭。只有像太阳这样低质量的恒星，才能离开旋臂并绕着其星系的中心运行，直至最终回到它诞生的地方。
——来自英国康沃尔郡博德明的克里斯·布林德尔
注释
[1]波阵面最前方的曲面。波阵面指某一时刻波动所达到的各点连成的曲面。
