如果一直往地下挖,能挖到美國嗎?

文章來源於費米科學

在地球挖一個洞

人跳進去會從另外一邊掉下去嗎？

這麼有趣的問題

還是可愛的粉絲留言

當然要馬上安排起來！

一直往地下挖會掉到哪裡

記得小學去阿爾山的天池玩，導遊一本正經的跟我們介紹道，這個天池特別的深，連著美國的一座噴水池，如果幸運的話，可以看到從美國遊過來的小鴨子。

小時候的我還真的信了，後來雖然知道被騙了，地心那麼熱，即使真過來那也是只熟鴨子，但也一直以為我們腳下正對著的就是美國。

而且不知是受了誰的誤導，我周圍的朋友中，有不少也以為挖穿會去到美國。

但實際上，即使真的挖穿了地球，我們也去不了美國，而是掉去南美洲。

世界各地都有不少人關心，自己的腳下究竟正對著的是哪裡，這種對應的地點，還有個專業的定義，叫做對蹠點，是指地球直徑的兩個端點，二者的經度相差180°，緯度值相等，而南北半球相反。

但是由於地球表面有超過70%是海洋，所以世界上很少有兩個城市剛好互為對蹠點，而我們就是幸運的少數城市。

從北京的中心挖一個洞，你會出現在阿根廷東南沿海內側的潘帕斯大草原，從上海的中心挖一個洞，則會出現在阿根廷附近靠近烏拉圭的薩爾託。

潘帕斯大草原

挖地球大賽

我們對於挖穿地球，只是停留在好奇上，網上也有些無聊的人，記錄自己用鏟子挖地球的過程，但冷戰時期的蘇聯和美國卻正式的展開了一場battle。

這場「打洞比賽」源自於美國海洋物理學家沃特·蒙克的一個想法，1957年他首次提出了在大洋底部打一口穿透莫霍面的超深鑽井，以此對地球展開進一步的研究。

因為大洋地殼比大陸地殼薄，所以選在海底鑽探，可以節省一些路程。

1957年，一批具有相似想法的美國科學家，正式向國家科學基金會提出了「莫霍計劃」，次年計劃獲得了基金會的資金支持，研究人員們就興奮的開挖了。

1961年，莫霍計劃取得了初步的進展，負責鑽探工作的CUSS I號鑽井船，成功在墨西哥瓜德羅普島近海，鑽了5口深海鑽井，這些鑽井最深達到183米，是有史以來第一次在深海海底打鑽成功。

可是此後就沒有取得突破了，在深海鑽進200米已經是當時操作的極限。

CUSS I號鑽井船

但此時計劃的預算卻在快速增長，到了1965年，計劃費用已經高達1億多美元，是早期計劃的6倍。

高額的費用沒能換來有價值的成果，基金會已經慢慢對這項計劃喪失了信心，雪上加霜的是同期的載人登月「阿波羅計劃」前景大好，於是莫霍計劃失去了撥款，只得終止研究。

阿波羅11號留下的標誌性照片

這是人類第一次登月

美國放棄了，而競賽的另一方蘇聯的「地球望遠鏡計劃」，卻在如火如荼的展開著。

由地質部牽頭，聯合了全蘇聯150多個部門參與到計劃中，在北極圈附近的科拉半島建起了神秘的「科拉超深鑽井」。

並且投入了大量資金，據說當時所有參與項目的人員都能獲得一套莫斯科的公寓房，月薪甚至可以達到當時大學教授一年的收入，而這全都是為了一個目標——挖到地下15000米。

科拉超深鑽井的部分工作人員

和美國一樣，計劃面臨著重重困難，鑽頭每往下挖100米，周圍的溫度就會升高大約3℃，同時壓力也會隨著增加，長時間在高溫高壓的狀態下工作，使得鑽頭變得非常容易損壞。

而且幾公裡長的鑽杆自身重量也是不小的負擔，經過反覆的嘗試，選擇了輕鋁合金作為鑽杆材料，並量身打造了地質鑽頭，鑽探計劃順利展開。

從地表到7000米的過程都比較順利，隨後鑽頭進入到了一個相對脆弱的巖層中，在繼續下挖的過程中，周圍的巖石開始塌落，碎石卡住了鑽杆。

操作人員在提起鑽杆的過程中，鑽頭又意外掉落，這樣的事故不斷發生，也因此影響了鑽探的進度。

但在強大的資金支持下，經過好幾年的努力，終於迎來了首個歷史性時刻。

1979年6月，鑽孔深度達到了9584米，打破了美國奧克拉荷馬州Berthar Rogers超深鑽孔保持的世界記錄，從此鑽頭每前進的1米，都是在創造歷史。

但這並不容易，隨著深度的增加，溫度升高也越來越快，據當時工作人員統計，12262米預期溫度為100℃，但實際達到了180℃，在如此高溫下人類已經發現的大部分金屬，都成了軟柿子。

鑽頭快速磨損，沒用幾下就報廢了，需要從將近1萬米的深度升上來，換好再下降繼續鑽，這一來一回就需要7、8個小時，而這樣的重複每天都要進行很多次。

成功進入1萬米巖層後，鑽頭和鑽杆的自重超過了200噸，加上周圍巖石的摩擦力，鑽杆被擰斷了好幾回。

為此，蘇聯專家開發出了不依賴地面馬達，可以自動旋轉的牙輪鑽頭，並使用衝洗液為鑽頭潤滑、降溫和帶走巖石碎屑。

這些都在不斷加重人力物力的負擔，好在付出換來了收穫，1983年首次突破了12000米深度。

按照這個速度，很快能達到15000米的目標了，可之後的6年卻只前進了262米，之後受到國內政治、資金不足和技術原因等多重限制，鑽探工作最終停留在了12262米。

但鑽探過程中收穫的各個深度的巖心標本，為地質學家研究地球提供了寶貴的資料，研究持續了數年，直到2006年因資金耗盡結束。

封死科拉超深鑽洞口已經生鏽的金屬帽

上面的深度還寫錯了

後來，2003年美國重拾莫霍計劃，改名為「綜合大洋鑽探計劃」，2004年我國也參與其中，而此時的目標已經不是挖穿地球，而是為人類研究地球變化、了解海底世界、勘探各種資源開闢一條新途徑。

2008年卡達的阿肖辛油井抵達了12289米，首次打破了「科拉超深鑽井」的記錄。

2011年庫頁島的Sakhalin-I油井又成功突破了12345米，不過以垂直深度來看，科拉超深鑽井還是最深的那個。

已成廢墟的科拉超深鑽井

地球究竟能不能挖穿

科拉超深鑽井是地球上最深的人造物，但這一深度和地球半徑6378千米相比，只佔到了0.19%。

而且根據測算地球內部的溫度，可以達到6000℃，以人類目前擁有的科技和材料是無法承受這樣的高溫的。

但隨著科技的不斷進步，說不定哪天科學家們就發明出了，可以抵禦高溫高壓的強悍材料，但科學家們卻說：即使未來人類可以挖穿地球，也不能這樣做。

因為地球內部有大量滾燙的巖漿，如果大量噴出，後果不堪設想。

而且地球是一個密封的球體，挖穿後壓力勢必會有所改變，地球自轉會隨之變快或是變慢，這將會導致怎樣的後果，誰也無法做出準確的判斷。

如果挖穿能掉去另外一邊嗎

雖然挖穿地球這件事幾乎是不可能發生了，但幻想一下高速旅行還是可以有的。

我們可以假設一個最簡單的狀況，沿著地球的自轉軸打洞，這樣就可以忽略地球自轉的影響，在洞的兩端緊緊扣上蓋子使洞內真空，這樣就不用考慮空氣阻力，假設地球是密度均勻的球體，而且洞壁完全隔熱，然後出發！

在地球表面重力加速度為1g（約9.8m/s ），隨著不斷的深入引力逐漸變小，加速度也隨之逐漸變小，但同時下落速度在不斷增加。

到了地球中心，引力為0，但此時速度已經達到最大值，所以可以衝過地心，向另一端飛去。

越過地心後，受到和運動方向相反的引力，所以開始慢慢減速，隨著離地心越來越遠，引力逐漸增大，使得到達洞口另一端時速度降低到0。

於是受到引力影響會重新下落，飛回原來的洞口，然後不斷持續這個過程。

如果把洞換到赤道，那自轉就無法忽略，水平方向上就會有一個速度為464m/s的力（自轉線速度），受到這個力的作用，不可避免的就會撞到洞壁上，在完全彈性碰撞的情況下，這種碰撞就會持續不斷，一般人都是受不了的。

況且實際情況更加複雜，跳進洞裡究竟會經歷什麼？還是讓勇敢的人先跳跳看吧。

文章來源於費米科學，轉載旨在分享。