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地球质量约为60万亿亿吨,如此大的质量是如何测量的?

时间:2023-03-03 23:03:38 | 浏览:644

如今我们知道地球的质量为5.965×10^21吨,也就是大约60万亿亿吨,你可能会好奇,如此大的质量是怎么测量出来的呢?当然不是用一杆秤去测量的。牛顿发现了伟大的万有引力定律,不过在牛顿时代,人类并不知道地球的质量。不过通过万有引力公式,理

如今我们知道地球的质量为5.965×10^21吨,也就是大约60万亿亿吨,你可能会好奇,如此大的质量是怎么测量出来的呢?

当然不是用一杆秤去测量的。

牛顿发现了伟大的万有引力定律,不过在牛顿时代,人类并不知道地球的质量。不过通过万有引力公式,理论上的确可以很容易测量出地球的质量。

从公式中可以看出,随便找一个物体质量为m1,然后测量物体受到的地球引力,结合地球半径r,只需要测量出引力常数G,就能计算出地球质量m2。

但是实际操作起来并不是理论上那么简单。

原因是什么?主要是因为物体受到的引力实在太微弱了,引力是四种基本作用力中最微弱的力量。

举个例子就知道了,一个小小的铁块,一个磁铁,磁铁可以轻而易举把铁块吸起来,这意味着磁铁产生的电磁力比整个地球对铁块产生的引力还要大!

受限于科学水平,牛顿时代的科学家们很难准确计算出地球对物体的引力常数。科学家们为此也想了很多方法。

比如说,在高山上用细线悬挂一个铅球,然后测量高山对铅球的引力。这种方法理论上是可行的,但实际操作起来很难,因为任何风吹草动都会影响到实验结果。

牛顿时代以及之后相当长的时间里,科学家的各种实验都宣告失败,都没有测量出引力常数。

直到科学家卡文迪许的出现,他无意间看到小孩子们玩游戏,获得了灵感。

这种游戏很多人小时候都玩过,拿着一面镜子,把太阳光反射到墙面上,然后让小朋友捕捉墙面上的反射光斑。

只要手里的镜子稍微移动,光斑就会有大幅度移动,小朋友很难捕捉到光斑。

卡文迪许通过这种游戏获得了灵感,意识到了测量引力常数的好办法。

将一面小镜子固定在细丝上,用一束光照射镜子,然后调整镜子角度和位置,让反射的光线对准精确的刻度尺上。

只要细丝稍微晃动,刻度尺上的光线就会发生明显的变化。

但是实验过程并不是那么顺利,因为周围的噪音,风速或者其他干扰同样会影响实验结果,导致实验失败。

经过多次改良,卡文迪许终于在1798年测量出了引力常量,然后通过万有引力定律,得出地球的质量大约为60万亿亿吨!

那时候的卡文迪许已经67岁高龄了,正是他不断地坚持才测量出了地球的质量。

卡文迪许改良后的装置,被后人称为“卡文迪许扭秤”,直到两百多年后的今天,这个装置仍然用到多种精密实验中!

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