地的传奇给地球称重

方小字

一说到地球，大家的第一个反应肯定是一个会自转、公转，表面百分之七十都是海洋的蓝色星球。生命在它的呵护下，从最初的蛋白质成长为高级的智慧生物，又以他们的智慧，去仰望天空，思考大地。中国古代的“天圆地方”、古埃及的“天似穹窿、地似方盒”、俄罗斯的“大地像盾牌，被巨鲸托举游荡于大海”，人类对于脚下这片土地的想象精彩绝伦。

直到公元前5世纪，古希腊哲学家毕达哥拉斯，出于对球体的偏爱，提出了地球是球体的假说。其后亚里士多德，通过观察月食期间，月球表面映出的地球的影子，给出了第一个“月球是球体”的科学证据。公元前3世纪，古希腊的天文学家厄拉多塞内斯，根据正午时分，射向地球的阳光和不同观测点间的距离，算出了地球的周长。最后，在葡萄牙航海家麦哲伦长达三年的环球旅行之后，人类终于得到了“地球是球体”的确定证据。

知道了地球的形状，了解了地球的周长，聪明的人类继续前进。这一回，他们的目标，是测出地球的质量。

[2]古希腊的物理学家阿基米德，曾经说过一句很著名的话：“给我一个支点，我可以撬起地球。”不过，不考虑其他因素，光是那根要撬起地球的杆子就得延伸到银河系之外，所以想通过称量的方式来测出地球的质量是根本不可能的。那么聪明的人类都想了哪些办法呢？

有科学家表示，我们已经有了地球的体积，如果再测算出密度，不就可以根据质量等于密度乘以体积的公式，测出质量了吗？

但是一旁，地球母亲冷冷一笑说：“孩子，你以为我浑身上下都一样粗，啊不，是密度都一样大吗？”

没错，地球上的物质密度纷杂，从质量小的气体到质量大的金属，即使一个个排队让科学家测量，也没办法得到准确的计算常量。于是一个大写的“此路不通”挡住了很多人的脚步。直到

一位年轻人的出现——

那一年是1687年，牛顿刚刚发表了万有引力的公式。他看看现有的几个条件，头脑里的小灯泡一下子亮了起来。他想，用万有引力的定律“任何两个物体都是互相吸引的，引力大小与这两个物体质量的乘积成正比，与它们中心距离的平方成反比”。只要选取一个地球上的物质，它与地球之间的中心距离就是地球的半径，而且它的质量已知，如此只要再得到引力常量，不就可以测算出地球的质量了吗？

说干就干，牛顿精心设计了一些小实验，来测算两个物体间的引力常量。但是几番折腾下来，他发现，一般物体之间的引力远没有武侠小说里的吸星大法来得强烈，甚至根本测量不出来。这一刻，牛顿的内心是崩溃的。

但是好在，万有引力打开了一扇新的大门，将测算地球质量这样一个复杂的问题化繁为简了。于是科学家们开始为了测算出引力常量，绞尽脑汁。

[3]1750年，距离牛顿提出，用万有引力测算地球质量已经过去六十多年了。一位法国科学家风尘仆仆地来到位于南美洲厄瓜多尔的钦博拉索山顶，沿着悬崖垂下一根拴着圆锥形铅锤的长线。在他的设想里，在铅锤和山体的质量都已知的情况下，只要测量出铅锤在山体引力下偏离的角度，就可以得出引力大小，再进一步推算出地球的质量。这个设想很棒，但是他忽略了一个最本质的问题——山风或山中的任何一点点动静，都会影响实验数据的准确性。尽管后人在实验中进行了避风和防震的改良，但是最终，实验还是宣告失败。

同样是1750年，年仅19岁的大学生亨利·卡文迪许受到约翰·米歇尔新磁力测算方法的启发，利用他的装置，设计出测量微小引力的方法。他将两只小铅球装在一根细长杆子的两端，用一根细丝从中间吊起。实验时，他使用两个大铅球分别靠近小铅球。在万有引力的作用下，长杆的方向会有微小的转动。再通过对细丝扭转角度的测量，就可以算出物体之间的引力常量了。但是最初的试验中，由于铅球之间的引力实在有限，细丝扭转的角度非常小，卡文迪许用肉眼很难捕捉，所以试验又陷入了僵局。

让人意想不到的转机，出现在孩子们的日常游戏中。有一天，卡文迪许看见几个孩子在路边用镜子玩光斑的游戏，这光一下子就照进了他的脑海里。回到实验室，卡文迪许将一面小镜子固定在细丝上，镜子反射的角度正对着一把刻度尺。如此，当实验中细丝有所转动时，镜子的光斑就会如实地反映在刻度尺上。这套仪器被命名为“扭秤”，如今仍在发挥着作用。

1798年，卡文迪许终于根据扭秤收集的数据，计算出了地球的质量——5.977×1024千克，地球的平均密度也由此得知。依据这个成果，一位德国科学家通过称取碎石块发现，碎石块的密度远远小于地球的总密度。再加上受到密度更大的铁陨石的启发，他于1879年提出双层地球模型，认为地球里面一定有有层密度更高的物质。如此，人类为地球“称体重”的任务告一段落，但是对于地球内部的研究又提上了日程！当然，这都是后话了。