第一章 地球奇觀2(3 / 3)

10、地球的麵積

地球是個圓球,現在這連一個小學生也能說得出來。但是古時候誰也不曾看出地球是個球體。因此,古人就把他們所能直接看到的一小片地麵當做地球的真麵目。後來,經過種種事實的證明,人們才確信大地不是一個平麵,而是一個球體,就叫做“地球”。可是地球那麼龐大,用什麼方法推算出整個地球的大小呢?許多科學家對這個問題發生了很大的興趣。用了許多方法去推算。

最早的測量

遠在公元前200多年,古希臘學者埃拉托色尼第一次用測量的方法推算出地球的大小。他原來住在埃及的亞曆山大港,在亞曆山大港以南的阿斯旺有一口很深的枯井,每年夏至那一天的正午,太陽能夠一直射到井底,也就是說,這一天的正午,太陽位於阿斯旺的天頂,過了這一天,太陽就射不到井底了;而在這一天,亞曆山大港正午的太陽並不是直射的。他就用一根長柱,垂立於地麵上,測得亞曆山大港在夏至那天正午太陽的入射角為7.2度,於是他肯定:這7.2度的相差,正是亞曆山大港和阿斯旺兩地所對的地麵弧距。根據這個數值和兩地間距離的估計,他求得地球的圓周為25萬斯台地亞,相當於39816公裏這個數值,已很接近目前計算出來的地球周圓。

地球的總麵積

以後,科學家們曾經運用相似的方法,測算過地球的大小,還利用三角測量法作了比較精密的測算,由此得知地球是一個近似旋轉橢圓形的球體,稱為地球體。根據實測,赤道的半徑長6378.245公裏,極半徑長6356.863公裏。兩半徑之差同赤道半徑之比僅為1:298.3。如果我們照這扁平率做一個半徑為298.3毫米的地球儀,極半徑比赤道半徑隻不過短1毫米。所以地球體實際上和一個真正的球體相差無幾。其平均半徑為6371.2公裏。

知道了半徑,人們就可以根據幾何公式推算出有關地球大小的其他數值,地球的赤道圓周長大約是40075.696公裏;地球的總麵積大約是51000萬平方公裏。

11、地核

從地表到地心,厚達6300多公裏,內部溫度高達幾千度,人們無法到裏麵去看看地核到底是什麼東西。不過,科學家通過種種方法,已經基本確認地核是由鐵鎳元素組成的。

星係成因分析

天體物理學家告訴我們,當一顆恒星由氫聚變反應而轉化為氦後,還會繼續聚變成鐵元素。在聚變過程中發生爆炸變成一顆“新星”,並同時產生一些比鐵更為複雜的原子,如金和一些放射性元素。宇宙中這樣的“新星”是很多的。這些“新星”的碎屑與星際氣體混合組成第二代恒星,這樣在第二代恒星內就會有許多鐵元素。我們的太陽係就是這種第二代恒星,因此,太陽係的重元素中鐵元素的含量比較多。地球在太陽係中與太陽的距離比較近,很適宜於鐵等重元素的集中。地球形成過程中,在重力作用下,重元素下沉到地心,輕元素上浮到地表。豐富的重元素鐵當然就下沉到地核。

地球本身分析

人們經過長期的實驗研究,知道地球的體積是 1.0833 X1027立方厘米,質量是 5.976 X 1027克,由此可以算出地球的平均密度為5.517克/立方厘米。通過對地震波的研究,又知道地殼、地幔、地核的厚度和體積。於是還可估算出地核物質的平均密度大約為10.7克/厘米3。人們通過計算,大概知道地核處的壓力在每平方厘米1550噸到3880噸之間,溫度在5000℃左右。在如此高溫高壓下,有什麼樣的物質可以使它的密度達到10.7克/厘米3呢?而這種物質又必須是一種比較普遍存在的,至少要占整個地球質量的三分之一。這樣,人們就會自然考慮到宇宙中最為普遍的重元素,密度值為7.86克/厘米3的鐵。它在地心高溫高壓下的密度值會達到 10.7克/厘米3左右。

隕石分析

此外,人們還從落到地球上的大量隕石的物質組成加以合理的推論。一般說,隕石有兩種:一種是矽酸鹽類組成的石質隕石;另一種是 90%的鐵與 9%的鎳和1%的其他元素組成的鐵隕石。科學家已基本弄清楚,隕石是一顆碎裂的行星的殘屑;鐵質隕石就是這顆行星的內核的碎屑。這不能不使人再一次聯想到地球的內核必定也是以鐵為主的鐵鎳核心。

12、地球的密度

在太陽係九大行星中,我們居住的地球是很有些特色的,她不但有適宜的溫度、有大海和大氣、有生命和人類,而且她的密度也是最大的。為什麼會這樣呢?

離日距離對敵星構成的影響

我們知道,九大行星圍繞太陽旋轉,各有各的軌道。水星離太陽最近,往外依次是金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星、冥王星,火熱的太陽居中。各顆行星中,受太陽吸引力最大的是水星,依次為其他各星;接受太陽熱量最多的也是水星,依次也為其他各星。

現在我們可以遙想一下,太陽係形成初期,在太陽係中心引力的作用下,靠近中心的區域盡管剩下的物質少些,但卻有較多的重元素;相反,離太陽係中心遠一些,剩下的物質會多些,可多是些較輕的元素。於是就出現了離太陽近的水星、金星、地球、火星這樣的體積小、質量輕、密度大的類地行星;離太陽遠的木星、土星、天王星、海王星那樣的體積大、質量重而密度小的類木行星。冥王星離太陽太遠,已經到太陽係的邊緣,物質必然稀少,所以冥王星成了九大行星中最小的一顆。

溫度對行星構成的影響

下麵我們再想象一下,離太陽越近,行星得到的溫度就越高,一些容易揮發的物質完全氣化。由於這些行星的質量小,吸引不住某些氣化物質,這些氣化物質就很容易散逸到星際空間中去。而剩下不易揮發的重元素構成岩石、金屬為主的星球。離太陽遠的行星,溫度低。所以水、甲烷、氨等以固體形式存在,同時它們質量大,依靠自身的重力就可以吸引住大量的氫元素,從而構成了以氫元素為主的星球。

說到這裏,當然就明白了由重元素組成的幾顆類地行星的密度最大的原因。至於地球與水星、金星相比,密度幾乎是一樣的。構成元素可能是地球的鐵鎳較豐富一些,而金星、水星矽酸岩相對多些而已。