地球重60万亿亿吨,为何还能“飘”在太空中?理论分析得出结论
世界之大,无奇不有。小到分子,原子,夸克,应该还有更小的等待发掘的微观世界;大到生物圈,地球,乃至浩渺的宇宙。这里面藏着许多有趣但又难以解释的谜题,包括我们脚下的这片赖以生存土地,也有着它的秘密。
你了解地球吗?
在卫星云图上像一个海洋球的球体是地球,那么用宇宙的眼光来看待一下这个人类赖以生存的星球。在茫茫宇宙里有着许多星体,它们有的是行星、有的是恒星、这些星体就像人类的群体一样,组成了各种星系。
围绕太阳运动的星系是太阳系,地球也是太阳系的成员之一。太阳系中总共有八大行星,地球位于按照离太阳距离的第三位。然而就是这样听起来很近的距离,也有1亿多公里,可想而知,宇宙是多么地浩大。
除了行星系有区别之外,行星本身也是有区别的,比如有类木行星,远日行星,类地行星等等。自然,地球也是属于类地行星的行列,不仅如此,不管从质量、密度还是直径来说,地球都是太阳系中最大的类地行星,当之无愧的“行业老大”。
Tips:类地行星是以硅酸盐石作为主要成分的行星。它们跟类木行星有很大的分别,因为那些气体行星主要是由氢、氦和水等组成,而不一定有固体的表面。类地行星的结构大致相同:一个主要是铁的金属中心,外层则被硅酸盐地幔所包围。
太阳的东升西落这是一个不争的事实,那么相对来说,地球就应该是自西向东旋转,这是地球的自转方向,与此同时,地球还围绕太阳进行公转。
地球的赤道半径约6378千米,赤道周长大约为4万多千米,地球整体的形状是一个不规则的椭圆形球体,虽然人类一直在呼吁保护水资源,但其实海洋占比地球表面积为71%,陆地仅为29%,但海洋并不是淡水资源,所以淡水依旧是紧缺的资源。
Tips:地球的内部结构从内向外分为地核、地幔和地壳,地表以上被称之为外部结构,分别有大气圈、水圈以及磁场。
人类不停地向外太空探索,但这么多年来,迄今为止,地球是人类已知的唯一可以生存的星球。
地球的重量变化
在常规上不难理解的是,地球一部分的重量来源一定是来自地球上的各种物体的组合体,比如每个人的重量,每个人体所属物品的重量,乃至于人类居住的房子等等一切的重量,那么除此以外还有哪些重量是寻常情况下不太容易知道的呢?
外部:来自宇宙材料。地球也处于太空的环境之下,随着地球的自转与公转,会因为自己相比于其他物体更大的质量,而在运行过程中具有更大的引力。而引力就会吸附其他质量小的物体进入到地球上来,太空粉尘便是这么产生的。就是这小小的太空粉尘,每年都会为地球增重4万吨。
除此之外,陨石坠落地球也是一个地球重量的来源,这也是人们争相报道的新闻。
Tips:目前世界上最大的陨石是1976年3月8日15时许降落在吉林市和永吉县及蛟河市近郊方圆500平方公里的平原地域内的“吉林五号陨石”。当时共收集到较大陨石138块,总重2616公斤。其中最大块的“吉林五号陨石”重1770公斤。
内部:温度变化。近年来温室效应日益严峻,南北极的温度都创了历史新高,地球的气候变暖,导致冰川融化,融化的冰川水汇入河流,气温持续上升,蒸发的水分子无法逃逸出大气圈,通过降水回到地球上。所以换句话说,融化了多少水,那么地球就几乎增重了多少。
Tips:2020年2月7日,阿根廷国家气象局称,位于南极半岛北端的阿根廷研究基地埃斯佩兰萨于2月6日创下了18.3℃的新纪录,2020年2月9日,南极洲西摩岛上的气象站记录到20.75℃高温的消息。
外部:太空垃圾的减少。地球随着自转和公转会吸附一部分太空粉尘和太空垃圾,但与此同时,也会丢失一些太空垃圾和粉尘,原因很简单,就和旋转木马一个道理,人坐在一个旋转木马上,人因为质量够大,并且有保护措施,所以不会被甩出去,但是你身上的小东西,如果没有保护好就会被甩出去,就是一个理解方法。
内部:气体的逃逸和火山喷发烟尘的散失。大部分的气体无法逃出大气圈的控制,但是一些极轻的气体,比如氢气,它便可以挣脱地球的束缚,逃逸到外太空去,这样地球的质量就会减少一部分。
除此之外,每年世界各地的火山爆发,会带出大量的地心及其深处的烟尘废物,这些烟尘也会飘落到太空中,使得地球的质量减少。
Tips:火山喷发是地壳运动的一种表现形式,也是地球内部热能在地表的一种最强烈的显示。是岩浆等喷出物在短时间内从火山口向地表的释放。
60万亿亿吨是什么概念?
据估计,地球目前重量约为60万亿亿吨,换算过来约为5.965×10^24kg,一瓶大瓶的可乐差不多是1kg,那么这个就相当于是5.965×10^24瓶大瓶 可乐的重量。
在数据上可以再具体一点,一般一个超市的大瓶可乐储物量在1万瓶左右,那么换算下来这个概念就是5.965×10^24 个超市的储物量。所以说在人类的世界里,地球重量的概念非常庞大。
太空的简介
一般理解的太空就是地球以外的区域都叫太空,但是科学家们有着更为准确和权威的解释:地球的外部有许多层结构,其中最外面的那一层被称之为大气层,这外面的部分就是太空,也就是大气层之外的全部。
坐过飞机的朋友大致应该知道平流层,这就是飞机等航空器能够飞行的最高层。按照高度,科学家们一般把地面以上的部分分为5个层次,从高到低分别是:外大气层、热成层、中间层、平流层和对流层。地球中的大气绝大部分是处于平流层以下的,也就是说最多不会超过海平面40千米,一大半是在对流层内。
Tips:平流层亦称同温层,是地球大气层里上热下冷的一层,此层被分成不同的温度层,当中高温层置于顶部,而低温层置于低部。它与位于其下贴近地表的对流层刚好相反,对流层是上冷下热的。
地球“飘”在太空的原因
不难从各种影像资料中间发现地球似乎是“飘”在太空中的,不仅如此,其他的星体似乎也是一样地飘在天空中。这不禁让人们想起宇航员在太空遨游的时候似乎也可以自由行走。
但一般常理来说,一个重物在“空中”一定是要一个支撑物在下面承重的,比如人坐在椅子上面,或者说把东西放在桌子上,想到这里,每个人就不禁好奇:外太空是不是和地球的规律不一样?是否需要用另外一种思路来理解?
既然已经发现外太空的规律和人类所认为的常理不太一样,这里就必须先进行一些科学性原理的科普,才能够理解这些奇妙又有趣的现象:
1. 万有引力定律。
在物理学史上,一定有这样一个充满好奇心与探索心的人物,他就是牛顿。一个苹果砸在了他的脑袋上,他便会去研究为什么苹果是往地上掉,而不是往天上飞。
经过研究整理,牛顿得出:质量大的事物会对质量小的事物产生吸引,苹果与地球相比,质量悬殊一目了然,这在当时是非常先进的理论,而牛顿就把这种吸引称之为引力,并且定义为事物的固有属性。
Tips:引力在经典物理学中被认为是宇宙中几大基本力之一,跟质量成正比、跟距离的平方成反比。但在爱因斯坦的理论中引力已经不是一种基本力了,而仅仅是时空结构发生弯曲后的表现而已。而导致时空结构发生弯曲的原因就是巨大的质量。
2. 爱因斯坦广义相对论
爱因斯坦的广义相对论是在牛顿万有引力定律上的生发和提升,因为牛顿的万有引力定律只适用于常见的、肉眼可见的、低速运动的物体,对于速度极高、引力极大的物体就无法解释。
那么基于这种情况,爱因斯坦提出了广义相对论,简单来说,就是质量小的物体都在向质量大的物体跌落,结合这句话,也可以联想一下地球跌落太阳的画面,既然在跌落,自然也不需要支撑了。
理论分析、得出结论:
基于这些理论,可以继续分析,理论上讲,地球是在不断向太阳跌落,但事实证明,地球安然无恙地存在了这么久,这是为什么?
因为地球自身具有摆脱太阳引力的公转速度。物理学科的基础知识可以帮助我们解释,做圆周运动的物体会受到向心力的影响,那么如果速度够快,产生的离心力可以对抗向心力,那么向心力也就不足以将物体向运动中心拉扯。
不仅太阳和地球是这样的引力纠缠模式,宇宙中的星体都符合这样的规律。质量小的星体向质量大的星体跌落,如果速度够快就可以逃逸这个质量大的星体;如果刚好可以维持一个平衡,那么就会像地球围绕太阳公转一样,长期地这样循环下去;如果星体的运行速度太慢的话,也就是在天文学里常常听到的吞噬星体这一说。
除了吞噬星体,光线如果遇到质量较大的星体也会发生光线偏折,如果星体质量过大,光线也无法逃逸这个星体的引力的话,那么就会形成光线闭环。一个星体周围的光线都无法逃逸出这个星体,就会形成三维闭环,慢慢地这个星体就会被遮住,在卫星云图上看就是天文学上所说的黑洞。
Tips:黑洞是现代广义相对论中,存在于宇宙空间中的一种天体。黑洞的引力极其强大,使得视界内的逃逸速度大于光速。故而,“黑洞是时空曲率大到光都无法从其事件视界逃脱的天体”。
刚刚的分析是从二维的角度来理解星体之间相互吸引和纠缠的关系,但是现在已经知道宇宙是一个三维甚至多维的空间。
那么如果从三维的角度来解释的话,在一个质量大的星体的四周,也就是全方位都会有这样的纠缠吸引的状况发生,它并不是平面上所理解的形成一个平面引力凹陷,而是一个三维的循环纠缠模式。
就拿太阳来说,它的整个球体四周都会有质量小的物体不断地靠近它,有的或许被它吞噬、有的或许能和太阳和平共处、而有的可能会逃出以太阳为原点的跌落中心,进入到其他的跌落中心。
简单来说,不管是质量怎样,速度怎样的星体,都逃不出这样的引力循环模式,循环往复,就好比社会上大家都遵从的同一项社会准则一样。
综上所述,地球也并不是人们眼中看到的“飘”在太空中,而是与太阳形成了一个相对稳定的引力循环关系,地球自身的公转速度可以保证地球在现有的公转轨道上稳定地运行下去。而这种引力关系,并不是人们所常见的在地球重力背景下讨论的话题。
所以这也可以得出启示,眼见不一定为实,要学会科学地思考,从不同的条件下分析问题,而不能一概而论,一棒子打死的做法是不适宜用在严谨的科学研究之上的。
宇宙的奥秘值得人类无尽的探索,前人们穷尽一生得出的科学规律解释了这样一个我们看到的现象,那么我们还需要对科学、对世界保持更加敬畏的心态,站在前人的肩膀上,不断地走进宇宙、发现宇宙、探索宇宙。