现代物理知识
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2005年 17卷 06期 刊出日期 2005-12-18
论文
论文
3
海啸:大海阵痛后的肆虐
庾莉萍
2004年12月26日上午,印度尼西亚苏门答腊岛附近海域发生强烈地震,并引发海啸,东南亚和南亚一些国家受灾严重。截至12月31日已造成12.5万人死亡,而海啸遇难者最终将超过50万人,仅印尼亚齐省估计就将高达40万人。目前已知印尼亚齐省死亡人数为8万人,苏门答腊岛西岸边上一些小岛甚至完全被淹没,或已经消失了,在很多重灾区,搜救人员尚未到达。印尼政府通过空中监测,米拉务、Simeulue岛和TapakTuan等地已经不存在生命迹象。由于发生此次地震的海域与中国之间有陆地相隔,因此海啸没有波及到中国。另外,由于中国大陆以东有一系列岛屿组成的天然地理屏障,可阻挡海啸,因此太平洋地区的海啸对中国大陆沿岸的影响也相对较小。
2005 Vol. 17 (06): 3-5 [
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5
无相互作用的量子测量
董志川,朱政
量子通讯、量子计算技术发展的风起云涌,对于量子器件(能够产生量子效应的物理实体)发展的要求越来越迫切,下面就介绍一下产生量子效应的很重要的一种手段“无相互作用的测量”。一位好侦探懂得这样的道理:很多事情能从侧面被了解,即通过排除什么是不可能发生的。在量子力学中,这样一个理念已经出现。在特定的环境,一个测量可以提供关于什么可能发生的信息,但并不要求它实际上发生。具体例子是“无相互作用的测量”(IFM),这已被形容为“在黑暗中窥视量子”。
2005 Vol. 17 (06): 5-10 [
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经典干涉与量子干涉
邹明
若将1609年伽利略使用望远镜观察月球作为以观察和实验为基础的现代物理学的起点,近400年来,科学技术获得了巨大的发展,经典物理学对宏观世界给出了几乎完美的描述,同时,由于科学技术的发展和人类认识水平的不断提高,经典物理的知识体系已远远不能满足人们认识世界的需要,随人们认识世界、改造世界的经验积累,20世纪物理学取得了两个划时代的发展——创立了相对论和量子力学,并使之分别成为认识高速、微观领域的利器。
2005 Vol. 17 (06): 10-11 [
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指纹识别及其应用
彭友山
什么是指纹鉴别人的手掌及其手指、脚、脚趾内侧表面的皮肤凸叫不平的纹路会形成各种各样的图案。这些纹路的存在增加了皮肤表面的摩擦力,使得我们能够用手来抓起重物。人们也注意到,包括指纹在内的这些皮肤的纹路在图案、断点和交叉点上各不相同,也就是说,每一个人是唯一的。依靠这种唯一性,我们就可以把一个人同他的指纹对应起来,通过比较他的指纹和预先保存的指纹进行比较,就可以验证他的真实身份。这种依靠人体的身体特征来进行身份验证的技术称为生物识别技术,指纹识别是生物识别技术的一种。
2005 Vol. 17 (06): 12-14 [
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声音信号的数字化传输
丁素英
众所周知,声音是模拟信号,在传输过程中,由于噪声的干扰和能量的损失总会发生畸变和衰减,所以模拟传输时,每隔一定的距离就要通过放大器来放大信号的强度,放大信号强度的同时,由噪声引起的信号失真也随之放大。当传输距离增大时,多级放大器的串联会引起失真的叠加,从而使信号的失真越来越大。而数字传输,只有代表了0和1变化模式的数据,方波脉冲式的数字信号在传输过程中除了会衰减外,也会发生失真。但它是采用转发器来代替放大器,转发器可以通过阈值判别等手段,识别并恢复其原来的0和1变化的模式,并重新产生一个新的完全消除了衰减和畸变的信号传输出去。这样多级的转发不会累积噪声引起的失真。
2005 Vol. 17 (06): 14-15 [
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16
迁徙海龟靠地磁场找到回归路
奇云
迁徙中的海龟如何找到回归路?美国科学家在研究多年后发现,地球磁场是海龟回家时的罗盘和地图。有关成果发表在2004年4月29日出版的英国《自然》杂志上。生殖季节到了,经过几年甚至十几年的生长已达到性成熟的海龟都踏上返回故乡的征程,到它们的出生地去生儿育女。人们将标记系在海龟身上,研究它们在海里的行动情况,发现它们并不是任意漂泊游荡,而向着目的地迅速前进。棱皮龟的游速可达每小时14千米以上。在南非塔尔标志的一只蠵龟,91天后在东非沿岸向北2500多千米处被捕到。在巴西近海柄息的棱皮龟经过8个星期的跋涉,不吃不喝,横渡1400海里,到大西洋的复活节岛上产卵。还有的记录更远,从南美洲到非洲西部,其间的距离达5920千米。
2005 Vol. 17 (06): 16-17 [
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对反物质进行光谱测量的实验进展
高凌云
激光被首次用来成功制造出反氢原子,这样就可以对反物质原子进行精确的光谱测量。哲学家威廉·詹姆斯说过:“如果你想推翻所有乌鸦都是黑的这个论断,那么不必证明它们都不是黑的,只要你找出一只白乌鸦就足够了。”同样,如果你想检验所谓的CPT定理——根据CPT定理,一个由反物质构成的世界其行为与一个由物质构成的世界完全相同,所以你也不必制造出整个“反物质世界”。只要能够证明反原子有一次发生跃迁的频率值与相应的原子在同样的跃迁中频率值不同,证据就非常足够充分了。
2005 Vol. 17 (06): 17-18 [
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冰封木卫二将成为人类最大科研仪器
周道其
冰封的木星卫星——木卫二将会成为人类最大的科学研究仪器之一,它将成为飞向太阳系遥远太空带电粒子的传感器。木卫二是研究中微子的理想靶场,在地球上利用水探测器来捕获中微子,具有高能量的中微子在地球上很难成功发现而在与探测器相互作用时仍相当罕见。
2005 Vol. 17 (06): 18-18 [
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非平衡态统计力学研究的最新进展
柴立和
统计力学是从物质的微观结构出发,即从组成物质的原子、分子等微观粒子的运动及相互作用出发,去研究物质宏观性质的一门科学。统计力学的发展至今已经有150年的历史,对应平衡态的统计力学,我们从经典的麦克斯韦-玻尔兹曼统计开始,发展到了吉布斯的系综统计理论,平衡态统计力学已形成了一门异常完美的科学体系。以费米-狄拉克统计和玻色-爱因斯坦统计为主的量子统计理论、相变和临界现象的标度理论(以重整化群理论为核心)是平衡态统计力学分支上结成的丰硕果实。总之,撇开统计力学的基础问题(如遍历性和不可逆性起源)不谈,对平衡态的经典系统和量子系统,我们都已经可以从微观统计意义上至臻完善地进行描述。在此基础上发展出来的应用已遍布物理、化学、生命、材料等几乎所有科学和工程领域。
2005 Vol. 17 (06): 19-24 [
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纳米金属材料的研究进展及战略地位
陈晓亮,易学华,邓春花
纳米材料的含义及其发展背景纳米是一种长度单位,1纳米等于10-9米(即十亿分之一米)。当物质处于纳米级(1~100nm)时,因其独特的结构使之表现出光、电、热、磁和生物活性等特殊功能,人们将这些特殊功能应用于传统工业领域,以改进产品性能、提高质量和降低成本。这种既具不同于原来组成的原子、分子,也不同于宏观物质的特殊性能构成的材料,即为纳米材料。如果仅仅是尺度达到纳米,而没有特殊性能的材料,也不能叫纳米材料。
2005 Vol. 17 (06): 24-29 [
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杨发文.未来新能源——可燃冰
杨发文
天然气水合物是水和天然气(主要成份为甲烷)在中高压和低温条件下混合时产生的晶体物质,外貌极似冰雪,点火即可燃烧,故称为“可燃冰”,又叫“气冰”或“固体瓦斯”。它在自然界分布非常广泛,海底以下0-1500m深的大陆架或北极等地的永久冻土带都有可能存在,世界上有79个国家和地区都发现了天然气水合物气藏。从能源的角度看,“可燃冰”可视为被高度压缩的天然气资源,每立方米能分解释放出160~180标准立方米的天然气。迄今为止,在世界各地的海洋及大陆地层中,已探明的“可燃冰”储量已相当于全球传统化石能源(煤、石油、天然气、油页岩等)储量的两倍以上。
2005 Vol. 17 (06): 29-30 [
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超短激光脉冲测量技术的发展
陈碧芳
自从60年代中期实现固体激光器的锁模以来,激光脉冲的宽度经历皮秒(ps,10-12秒)、飞秒(fs,10-15秒)量级,目前已向阿秒(as,10-18秒)量级进军。超短激光脉冲自诞生以来一直朝着更短更强及波段更宽的方向发展。超短激光脉冲为人类提供了强有力的研究超快现象的手段,应用领域日趋扩大。作为评价和应用超短脉冲的前提,测量技术和超短脉冲的产生技术本身具有同等的重要意义。纵观超短激光脉冲测量技术的发展历史,其进步与超短激光脉冲产生技术的发展是分不开的。因此研究超短激光脉冲测量技术,完整准确地了解脉冲的宽度、相位及形状信息,是超快技术研究中非常重要的内容。
2005 Vol. 17 (06): 31-33 [
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金属磁记忆无损检测技术
蹇兴亮
1997年,在美国旧金山举行的第50届国际焊接学术会议上,俄罗斯学者杜波夫(Doubov)首先提出金属应力集中区的磁记忆效应,并形成一套全新的无损检测与诊断技术——金属磁记忆(metalmagneticmemory,MMM)技术。1999年10月在汕头召开的第七届全国无损检测年会上,杜波夫教授在大会上向中国学者介绍了磁记忆检测的原理及其在管道、锅炉压力容器上的应用。此后,金属磁记忆现象和检测技术在我国得到了极大的关注并展开了广泛的研究和讨论。金属磁记忆检测技术问世以来,在国际无损检测学界引起了巨大反响,促使许多科学家正在对它的物理机制进行更加深入的研究。该项技术有着巨大的发展潜力,目前的情况是基础理论研究落后于实际应用,还有许多问题尚待解决。
2005 Vol. 17 (06): 33-34 [
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34
可储能电装甲及其所用电容器初探
杨建华,王莹,张朝伟
电磁装甲是以脉冲功率技术、电磁学和电动力学等理论为基础,有效利用通过各种方式转化而来的电能、电磁能或热能的装甲车辆防护系统。自从1973年Walker提出电磁装甲的概念以来,人们对电装甲的研究已有30年的历史,其理论探讨和实践研究已取得了长足进展。
2005 Vol. 17 (06): 34-36 [
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神经回路计算机
张跃
制造计算机所采用的元件在发展和更新,人们依据制造计算机所采用的元件不同,将计算机划分为不同的代。从采用电子管元件制造的计算机到利用超大规模集成电路(VLSI)设计的计算机,计算机历经了几代发展。
2005 Vol. 17 (06): 36-37 [
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信息隐藏技术及其应用
刘勍,张步达,温志贤,何向阳
信息作为人们宝贵的财富,贯穿在当今人类的一切活动当中,而信息隐藏(InformationHiding)是一门具有渊源历史背景的新兴学科,涉及感知科学、信息论、密码学等多个学科领域,涵盖信号处理、扩频通信等多种专业技术的研究方向。在以因特网为代表的全球性信息化迅猛发展的今天,由于对保护知识产权的不断增长的需求以及受到使用密码加密技术的限制这两方面的原因,世界各国对信息隐藏技术的研究与应用兴趣正在迅速增长。
2005 Vol. 17 (06): 38-40 [
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重要的无源器件光纤光栅
岳丛建
光纤光栅在调Q、锁模、单频、多波长等各种光纤激光器中有重要的应用价值。光栅的物理原理是光纤的光敏性,即光致折变效应。利用光纤在紫外光照射下产生的光致折变效应,在纤芯上形成周期性的折射率调制分布,从而对入射光波中相位匹配的频率产生相干反射.可以在典型的0.1到几十纳米的带宽(Δλ)内产生反射,反射率可以达到100%。光纤光栅的这一重要的波长选择特性使之成为光纤器件中一种最重要的无源器件,受到普遍关注。光纤光栅由最简单和最基本的均匀周期光纤布喇格光栅,发展到多种不同结构、不同特点的光纤光栅。
2005 Vol. 17 (06): 40-41 [
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41
关于现代建筑中钢结构应用前景的分析报告
苗鹏
当前,我国建筑业发展的总目标是,高建筑业的整体素质、生产工业与技术装备水平,达到在国际建筑市场中具有较强的竞争能力,并充分发挥建筑业在带动国民经济增长和结构调整中的先导产业作用,到2010年使建筑业成为名副其实的国民经济支柱产业。
2005 Vol. 17 (06): 41-42 [
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42
封面照片说明
李博文
这是美国宇航局计划在2008年发射的“开普勒太空望远镜”,科学家们力求在未来几十年里寻找到与地球相类似的行星,从而揭示宇宙规律及生命起
2005 Vol. 17 (06): 42-42 [
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43
飞机和导弹的隐身技术浅议
李斌,李玉海
隐身技术实质上是目标特征信号的控制技术,通过各种技术途径控制,实现降低飞机、导弹和其他武器装备所产生的特征信号,使其难以被发现、识别,免于遭受攻击或大大降低被敌人攻击的概率,提高飞机、巡航导弹等武器系统的突防能力、生存能力而发挥作战效能。飞机、导弹等武器的主要特征信号有可见的几何形状信号、机载雷达特征信号、热力学上的红外特征信号、磁特征信号、声频特征信号和电磁辐射等方面的特征信号等。降低和减少这些特征信号主要用设计技术、材料技术、信息技术、电磁场理论和物理、化学中消除或减小声、光、电、热、力学方面所产生的信号特征。
2005 Vol. 17 (06): 43-44 [
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光盘——激光存储技术的应用
艾延宝
光盘是激光技术在信息记录、存储、提取、传输等方面的重要应用,是光电子技术和计算机技术相结合的产物。自70年代诞生以来,由于其高密度、大容量的信息存储优势获得了广泛的关注,其推广和应用日趋活跃,并迅疾形成一个专门的信息产业。微光存储的基本原理光盘是利用激光相干性好的特点,将光束聚焦到直径1μm以下的焦斑上,使处在该区域内的记录介质受高功率密度光的烧蚀形成小孔,或产生其他改变物质性质的影响。光束受欲存储的信息调制,于是在介质上便记录下这种信息。为了操作方便,记录介质基层都制成圆盘形状,故得名光盘,英文Com-pactOpticalDisk,简称CD。
2005 Vol. 17 (06): 44-46 [
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小议演示实验对学生认知建构的意义
俞立先,周蓉娟
null
2005 Vol. 17 (06): 47-48 [
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48
沙尘飞扬的力学分析
陈建
唐朝诗人杜甫在其名篇《兵车行》中以“车辚辚,马萧萧,行人弓箭各在腰。耶娘妻子走相送,尘埃不见咸阳桥。”描述了一幅灰尘弥漫、车马人流、令人目眩的战前送别图。其实,灰尘漫天飞舞的现象我们司空见惯,从日常生活中的尘土飞扬到自然现象中“朔风怒号、黄尘万丈”的“沙尘暴”都与沙尘的运动相关。下面从力学角度作简要分析。
2005 Vol. 17 (06): 48-49 [
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49
加热时凝固和冷却时流动的特殊物质
周道其
法国傅立叶大学和劳厄-朗之万研究所,以马里·普拉扎纳为首的科学家制取一种能在加热时凝固和在冷却时变成液体的特殊物质。科学家早已知道提高温度时能凝固的物质成分,其中包括在聚合作用时观察到的这类现象,但是相反的冷却时能变成液体是首次成功实现。在实验过程中利用了α环化糊精和四甲基吡啶水溶液。
2005 Vol. 17 (06): 49-49 [
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50
浅谈物理课外实验与小制作的设计
谷春生
物理课外实验与小制作是物理课外活动的重要组成部分。它的着力点在于培养学生的创新意识、观察能力、动手能力、探究能力等等。这种形式有利于中学物理教育从应试教育向素质教育的转化,有利于学生个性的发展和智力的开发,更有利于创新拔尖人才的培养。那么在中学物理教学中该如何实施这种课外活动的设计呢?下面谈一下自己在这方面的认识。
2005 Vol. 17 (06): 50-52 [
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52
晕的光学气象原理
康良溪
晕是一种自然界的光学现象。它是由于当太阳或月亮的光线透过高而薄的白云(卷云、卷层云或卷积云)时,受到冰晶折射而形成的彩色光圈,彩色排列顺序内紫外红。出现在太阳周围的光圈叫日晕,出现在月亮周围的光圈叫月晕。
2005 Vol. 17 (06): 52-53 [
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53
轻绳、轻杆、轻弹簧作用下的圆周运动
刘立毅
轻绳、轻杆、轻弹簧的“轻”就是质量可忽略,重力不计。三者中各处的受力相同,均为理想物理模型。三种模型又有诸多不同——通常认为轻绳不可伸长但可松弛,轻杆长度保持不变,二者对物体的弹力都能发生突变。轻弹簧在弹性限度内,其长度随受力的变化而变化,但对物体的作用力不能发生突变。下面通过例题分类说明轻绳、轻杆、轻弹簧作用下的圆周运动。
2005 Vol. 17 (06): 53-54 [
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55
再谈原型启发在解题中的应用
周长春
原型启发作为一种思维机制在物理教学中具有广泛的应用。《现代物理知识》2002年14第5期曾刊载了笔者《原型启发在解题中的应用》一文,现再谈一谈原型启发在解题中的其他应用。一、应用原型启发,领悟物理过程有时学生虽然能通过模仿或套用公式正确解答习题,但并没真正地掌握,是因为没搞清其物理过程。物理过程不清晰,将影响物理模型或物理情景的建构,从而影响问题的正确解决。许多看似复杂的物理过程,其实都是在一些典型的物理模型的基础上变换而来的。因此在物理题解教学中要先引导学生根据物理问题情景构建出典型形象,形成正确清晰的物理图景;在此基础上,再启发学生活化构建的典型形象,将物理问题转化为物理原型。
2005 Vol. 17 (06): 55-57 [
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57
物理学大师与音乐的不解之缘
王骁勇
我在阅读物理学家的传记时,发现一个十分有趣的现象:很多物理学大师都是音乐爱好者,他们所从事的科学活动与音乐有着千丝万缕的联系。我们知道,物理学研究,主要运用的是逻辑思维和数学语言,其创造性劳动的特点重在“现实主义”;而从事音乐活动则主要是运用形象思维和艺术语言,所体现的风格重在“浪漫主义”。这两种思维方式看上来是完全相反的,可是它们竟如此神奇地统一在那些物理学家的身上。这是什么原因呢?本文想对此作一番探讨。
2005 Vol. 17 (06): 57-60 [
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61
光从哪里来
朱世豹
人类离不开光。太阳光为万物创造生机;电光源是现代文明的基石。我们通常所说的可见光,是指波长从0.77微米(红光)~0.39微米(紫光)的电磁波。电磁波从红光向下可延伸至3×1010微米,从紫光向上延伸可达4×10-9微米。至今,电磁波谱尚无确切的起点和终点,各个区域之间也没有清晰的界限。
2005 Vol. 17 (06): 61-63 [
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63
物理文化论
程民治,汪业群
随着物理学的深入发展,特别是自1901年以来百余年中一个个诺贝尔奖成果的相继出现,以及物理哲学研究的不断深化,人们愈来愈认识到,物理学的发展与人类文化休戚相关,物理学一直是人类文明主要的文化力量,同时人类文化的进步又极大地影响了物理学的发展。于是,在20世纪末期,便出现了“物理学——一种文化体系”的物理哲学观。更确切地说,作为一种文化现象的物理文化从属于科学文化,是科学文化的一个子系统。现拟就这个问题,笔者不揣陋浅,敢布鄙见。
2005 Vol. 17 (06): 63-66 [
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67
只有类太阳型恒星才可能有行星吗?
许梅
1995年,美国加州大学伯克利分校的麦克尔·梅厄和迪迪埃·奎罗兹宣布他们发现质量为木星之半的一颗行星绕飞马座51做轨道运行。这是确证除太阳外还有行星绕其他恒星运行的首例。至今,已证实了120余颗太阳系外行星和98个行星系统的存在。两位行星猎手是用视向速度方法测定这些行星的:恒星的视向速度(即远离或逼近地球的速度)是通过其光谱的多普勒频移测出的。
2005 Vol. 17 (06): 67-67 [
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68
空间为什么是三维的
许梅
为什么我们生活在其中的空间是三维(3D)的?一种新的理论认为:这是因为在过去的某个时刻,所有4维和4维以上的宇宙彼此碰撞且毁灭了,而我们的3D空间在碰撞中逃过了劫难,保存了下来。这听起来像是个童话。能不认可我们的宇宙有3个空间维数这一现实吗?但若承认需要9个空间维数来描述一切粒子和4种基本力的弦论是一个妊理论的话,空间为什么是三维的就值得物理学家们思考了。
2005 Vol. 17 (06): 68-68 [
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68
太阳系究竟有多大
周道其
美国波特兰西南研究院科学家提出一种新假设,他们认为,太阳系可能比我们原先想像的要大得多,太阳系边界一直沿伸到柯伊珀小行星带之外。柯伊珀小行星带离开太阳有50个天文单位(地球到太阳的平均距离),同时大多数恒星都具有尘埃圆盘(尘埃圆盘是系统中存在行星的间接标志),尘埃圆盘的直径相当巨大。据新一期《新科学家》杂志报道,有些恒星的尘埃圆盘直径达到300个天文单位。
2005 Vol. 17 (06): 68-68 [
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