自然人文:影响地球自转均匀性之谜

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400多年前,哥白尼根据物体相对运动的道理,靠观测日月星辰东升西没的视运动现象,向“天动地静”的旧观念提出了挑战。但当时哥白尼的学说还只是假说,“是天动还是地动”的争论并未见分晓,是后世的科学家相继提供证据,“假说”才取得最后胜利。
首先,地球本身的椭球体形状,就是它自转运动的证据。作圆周运动的物体具有“离心”的趋势,因此地球上的物质有向赤道方向移动的趋势,所以地球的两极应该扁平,赤道应该突出。这个问题最早由牛顿想到,实测结果证实地球确是椭球体。假若地球停止了自转,赤道附近的海水将大量涌向两极。
再一证据是不同纬度上的重力不一样,极地较大,赤道较校地球自转线速度随纬度的减低而增大,由此所产生的惯性离心力也随纬度的减低而增大,这样,一部分重力被惯性离心力所抵消。另外,又由于地球是椭球体,纬度越低,距地心越远,因而重力也越校极地海平面的重力与赤道海平面的重力两者成190与189之比,就是说某一物体在极地重量是190公斤,拿到赤道上就是189公斤了。
第三个证据是落体扁东。因为当物体从高处降落时,由于惯性,仍保持它原来随地球向东自转时的速度,而高处的速度比低处稍大,物体便沿着抛物线偏东降落。曾有人从矿井口丢下物体,落到85米深的井底偏东11毫米。
验证地球自转最生动的试验是傅科摆。1851年,法国物理学家傅科悬吊起一只又长又重的大摆,使其自由摆动,从而让观众清楚地看到地球确实在转动。这是因为单摆如无外力干扰,摆动方向保持不变。设想在北极地区有一只自由摆动着的单摆,地球沿逆时针方向转动,摆仍保持其原来摆动的方向。我们站在单摆下,并不感到地球转动,反而觉得摆按顺时针不断改变方向,每小时可改变15度角。在其他地方,摆每小时改变的角度则与其所处地理纬度的正弦值成正比。例如北京是北纬40度,傅科摆每小时改变的角度便是9.6度。
那么,地球是不是均衡地绕着自己的轴在旋转,每24小时旋转一周呢?
多少世纪以来,人们从未对这一点产生过什么怀疑。
可是真没想到,地球“欺骗”了人们,而且“欺骗”了从古以来许许多多天文学家。地球并不是那么老老实实地按照均匀速度自转的,在一年内,它有时快有时慢,在几十年内,有几年会突然转得快些,而在另一个几年内,却又慢了下来,好像地球也有高兴和不高兴的时候,高兴的时候,它加快了步伐,不高兴的时候,就走得慢一点。
地球这个怪脾气是怎样被发现的呢?
原来,世界各地的天文台,都有一种走得十分正确的石英钟,这种石英钟放在天文台特设的地下室里,那里一点风、一点声音都不让进去,里面的温度也不让有一点儿变化,以免影响石英钟的正确性。石英钟在清静的地下室里,一心一意、一天又一天地计算着地球自转一周的时间。
天文学家从来没有对石英钟的工作正确性发生什么怀疑。
不料,石英钟却开起玩笑来了。首先是德国波茨坦测地研究所的天文学家发现了这一点。他们发现石英钟在秋天忽然慢了下来。到了冬天的时候又恢复正常;一到春天又突然快起来,而到了夏天却又是走得很正确。
这种变化当然是微小,但习惯跟数字打交道的天文学家,却不肯放过这看来微不足道的变化。他们怀疑起石英钟的工作正确性来。
这种发现,不断从世界各个著名的天文台传了出来。法国的巴黎报时台、美国的华盛顿报时台、英国的格林威治天文台、前苏联的天文台,都发现自己地下室里的石英钟,有不正常的“调皮行为”:秋天走得慢一些,春天走得快一些。
难道世界上所有的石英钟都会产生同样的毛病?不会!于是,天文学家从另一方面去怀疑:不是石英钟在“调皮”,而是我们地球本身在“调皮”,不是石英钟在秋天走得慢,春天走得快,而是地球在秋天转得快,春天转得慢!
现在已经真相大白,地球的转动是不均匀的!它在八月间转得最快,而在三四月间转得最慢。地球的自转运动不仅在一年中是不均匀的,在许多世纪的过程中也是不均匀的。在最近两千年来,每过100年,一昼夜就要加长0.002秒钟。而且,每过几十年,地球还会来一个“跳动”,再有几年转得快,有几年又转得慢。
地球为什么会产生这种“调皮行为”呢?
科学家们孜孜不倦地找寻原因,提出许多见解来:有人认为这与南极有关。南极的巨大冰河,现在正在慢慢融化,就是说,南极大陆的冰块在减少,南极大陆的重量在减轻。这样,地球失去了平衡,影响了自转速度。
有人认为与月亮有关。月亮能引起地球上海水的涨落,这种涨落是和地球旋转的方向相反的,这样就使地球的自转速度逐渐变慢。
最新的解释,也是最有趣的解释是:阻碍地球正确运动的是季节风。英国的科学家杰福利斯计算过:每年冬天从海洋吹到大陆上,夏天又从大陆流向海洋的空气(就是风),重量大得难以相信,竟有300,000,000,000,000吨!这么大重量的空气,从一处移到另一处,过一阵儿,又从另一处移回来。这样地球的重心就起了变化,地球的轴发生了变动,结果旋转速度也就时快时慢。
影响地球自转均匀性的原因究竟是什么,天文学家还在探索中..地球在一年中的变迁之谜古希腊学者亚里士多德曾说过:“地球变化同我们短暂的生命相比,是很缓慢的,因此简直注意不到它的变化。”但是,随着科学的发展,地球跳动的“脉搏”,地球上的“新陈代谢”,已逐渐被人察觉。
有人测出,地球已在“发胖”,一年之中,地球直径伸长了5毫米。又有人测出,地球正在放慢速度,它的自转减速了。致使地球上一昼夜的时间增长了百万分之五秒至百万分之十四秒。
地球一年绕太阳走了96,000万公里。在面对太阳的情况下,吸收了14×1018千瓦小时的能量,或者说,地球在一年中从太阳中吸收了相当于17亿吨煤的热量,可惜这些能量只被人应用了极少一部分。
每年从宇宙落到地球上的陨石有36,000~72,000亿块。尽管这些“天外来客”在长途旅行中,损耗极大,但以每块平均一毫克计,也有3600~7200吨之巨。
地球的面积是51,000万平方公里,每年降落到这块土地上的雨量约511,000立方公里,即5.1×1014吨,这相当于地壳上陆地水和陆地冰的总重量。显然,在地壳上每年蒸发掉的水也有这么多,才能保持平衡,循环不息。其中90%,即约46万立方公里的水是由海洋蒸发的。
地球上空每秒钟发生100次闪电,按此计算,一年发生315,360万次,而每次闪电可把空气中的氮转化为氮肥,相当于80公斤。这样,一年由于闪电制造的氮肥,落到地面上,约有43,800万吨之多。
闪电的速度在每秒160~1600公里之间。当雷电达到地面时,速度可达每秒14万公里,即接近于光速的一半。观察闪电的长短视地区和可见度而变化。在山区,当云层很低时,人们看到的闪电不到91米长;在平原,当云层很高时,可以看到6公里长的闪电。人们所能看见的闪电可长达32公里。闪电轨迹很窄,可能只有1厘米左右。
估计地球上每年能测到500万次大小地震,其中5万次人能够感觉到,www.80mt.com,约1000次会造成破坏。根据1977年规定的新的震级计算,1960年5月22日,在智利莱布发生的一次地震,震级达到9.5级,这是世界上最大的一次地震。引起物质损失最大的一次地震是1923年9月,发生在日本关东平原的8.2级大地震,震中位于北纬35°15′,东经139°30′。这次地震时,相模湾大规模上升,并在海底发生巨大错裂,最大垂直位移达100米。不仅关东的东南地区上升,而且同时西北地区下沉,最大沉降达1.6米。最后相模湾海底下陷了400米。在这次地震中死亡和失踪的官方数字是142807人。从东京到横滨,575000间住房遭到地震毁坏。
地球上已知的活火山总数为455座,外加海底活火山约80座。印度尼西亚是活火山最集中的地方,根据人的记忆,那里167座火山中有77座喷发过。
地球上火山喷出的“火山灰”,每年有66000万立方米。
地球上每年有160亿立方米的泥沙被河流冲进大海,因而使三角洲或陆地逐年延伸。
一年的变化,在人类的历史长河中,虽是微不足道的,但从这些惊人的数字来看,又是巨大的。

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