地球是我們人類的母星,是我們人類賴以生存的家園,從太空觀看地球,它是一顆美麗的藍色星球,如此美麗,因為在整個地球表面上,大約有71%以上的面積是被海水覆蓋的,只有剩下的29%為陸地面積,根據最新的測量顯示,地球的質量約為60萬億億噸。這裡很多人都會有所疑惑,我們的地球如此巨大,它的質量究竟是如何測出來的呢?今天小編就和大家聊聊地球的測量方式。
自1697年牛頓發現萬有引力定律之後,他便敏銳地意識到,只要能夠知道地球的重力加速度,地球的平均半徑以及萬有引力常量,我們就能夠根據萬有引力公式計算出地球的質量。
對於牛頓來說,重力加速度和地球半徑這兩個數據比較容易獲得,但是萬有引力常量在當時卻很難測定。為了測量萬有引力常量,當時的科學家最早想到的辦法是在一座山的旁邊吊一根鉛垂線,在理想情況下,山體質量產生的引力會吸引鉛垂線,這樣就能測出萬有引力常量了。
但是在實際操作的過程中卻發現很難達到理想情況,風力以及振動的影響導致實驗一直無法成功。就這樣一晃,時間來到了18世紀,人們還在為計算出萬有引力常量而努力,這時一位天才的科學家卡文迪許出現了。他吸收了鉛垂線發的弊端,又通過模仿了約翰米歇爾此前測量磁力的方法,最終製造出了啞鈴狀的引力常量測量裝置。
卡文迪許希望通過細絲的扭轉程度來反應放大引力常量,不過由於兩個啞鈴壯鉛球之間的萬有引力實在是太小,細絲的扭轉程度遠遠無法達到觀測要求。這時候卡文迪許並沒有放棄,他決定繼續優化實驗裝置。在苦思冥想之後,一個絕妙的測量方法橫空出世了。
卡文迪許創造性地將一面鏡子加入到了測量裝置中,這樣一來,細絲微弱的扭動形變就會被鏡子靈敏地捕捉到,在遠方刻度尺上的光點就會發生相對明顯的位移,實驗成功後,卡文迪許將這種測量裝置命名為扭秤。這個實驗測出了相對準確的萬有引力常量G的值。
這裡,我們需要的三個值就都得到了,終於在1798年,已經67歲的卡文迪許公布出了他計算出的地球質量,約為60乘以10的24次方千克,也就是我們說的60萬億億噸。
在普通人看來無法測量的地球質量卻被科學家們通過小小的精確實驗做出來了。科學家們用發現,總結的公式,結合嚴謹的實驗數據測量出了地球這個龐然大物的質量。有了測量地球的經驗之後,科學家們繼續努力,用類似的方法測量了太陽系其它天體的質量。在這個測量過程中,萬有引力常量也在被不斷的精確。二者相輔相成,共同發展。