诺伍德:测地球?我教你用链子测,5000万亿吨的地球好吓人

2018-04-13  本文已影响0人  量子猫科普

从古至今,人类总是由好奇心驱使的,总对未知事物有探索的欲望,那面对脚下的地球,我们以前是如何测量它到底有多大呢?

实际上测量地球这件事三四百年前就已经开始了,但是科学家们为了方便计算,给地球划分了很多经线,也就是连接南北两极的半圆弧,按理说,要是知道一度经线对应的长度,就能算出地球的一圈有多长了。

怀揣着这样的梦想,1633年6月,一个叫理查德•诺伍德的英国男青年,背靠着伦敦塔开始了徒步。他用了两年时间,从伦敦塔走到约克郡,在这个过程中,不停地用链子测。这条路可不是一条平坦的大道,而是有很多坑坑洼洼沟沟坎坎的。测错一点点,那可就差老远了。

结果诺伍德出色地完成了任务,在反复矫正和拟合之后,他最终计算出每度经线的长度跟真实长度只有不到550米的差距,算下来误差不到1%。

我们不得不感叹一下他超强的测量能力,不过,诺伍德测量计算出地球周长之后,牛顿推算出地球其实不是一个浑圆的球体,而是个椭球,两极扁一些,赤道鼓一些。即便如此,诺伍德的数据还是特别厉害,牛顿在后来发表《原理》这本书的时候,还专门提到了他的工作。

在测经线的时候,另一些人在纠结的问题是,地球到底有多重呢?

牛顿在《原理》中提出,一根挂在大山附近的铅垂线,会受到大山和地球引力的共同作用,所以有点偏斜。假如知道这个偏斜的角度,根据万有引力常数和大山的质量,就能推算出地球本身的质量。

在测地球质量这件事上,我们要感谢的是英国天文学家内维尔•马斯基林。

马斯基林的设想是,找一个质量均匀的山作为引力偏差的测量对象。马斯基林选中了位于苏格兰高地中部的斯希哈林山。他带着测绘员现场作业,根据测量结果计算,地球的质量约为五千万亿吨。

不仅如此,马斯基林还有一个额外的收获:在测绘团队绕着山四处测量时,一个叫查尔斯•赫顿的测量员被写满海拔数字的地图烦得要死,干脆顺手把同一高度的点连成了线,这就是今天常用的等高线。有了地球的质量,又有了等高线,看起来研究很成功了。

但有一个人不这么想,剑桥大学的约翰•米歇尔。米歇尔觉得,虽然在计算的时候,可以把山的密度看成跟普通石头差不多,再用体积来估算山的质量。但事实是,这个质量跟真实数字误差很大,再用它来计算地球质量,最终的误差就更大了。

于是,这位大思想家决定亲自出手,设计了一个测量地球质量的仪器。可惜的是,他自己没活到实验完成的那天,他的所有思路都传给了另一个英国科学家——亨利•卡文迪许。

卡文迪许是个什么人?

两个关键词就能概括:有钱、孤僻,这可以说是过去科学家的最佳配方。事实上,卡文迪许一生的科学贡献数不胜数:他第一个分离了氢,又把氢和氧合成为水,他在导电性的研究上也超出同行一大截。不过最让他流芳百世的贡献,还是他参考米歇尔设计的卡文迪许扭秤,精确地测出了地球的质量。

卡文迪许用了一年时间完成实验,根据他的测量结果,地球应该有六万亿吨重。这个数字跟迄今为止人们利用各种高级仪器测出的结果相比,只有大约1%的误差。

知道了地球的大小和重量,人们终于对脚下的星球有了更多的认识。但是我们的好奇心越来越强,不仅登上了月球,我们的下一个目标还是登陆火星。

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