地的傳奇給地球稱重

方小字

一說到地球，大家的第一個反應肯定是一個會自轉、公轉，表面百分之七十都是海洋的藍色星球。生命在它的呵護下，從最初的蛋白質成長為高級的智慧生物，又以他們的智慧，去仰望天空，思考大地。中國古代的“天圓地方”、古埃及的“天似穹窿、地似方盒”、俄羅斯的“大地像盾牌，被巨鯨托舉游蕩于大海”，人類對于腳下這片土地的想象精彩絕倫。

直到公元前5世紀，古希臘哲學家畢達哥拉斯，出于對球體的偏愛，提出了地球是球體的假說。其后亞里士多德，通過觀察月食期間，月球表面映出的地球的影子，給出了第一個“月球是球體”的科學證據。公元前3世紀，古希臘的天文學家厄拉多塞內斯，根據正午時分，射向地球的陽光和不同觀測點間的距離，算出了地球的周長。最后，在葡萄牙航海家麥哲倫長達三年的環球旅行之后，人類終于得到了“地球是球體”的確定證據。

知道了地球的形狀，了解了地球的周長，聰明的人類繼續前進。這一回，他們的目標，是測出地球的質量。

[2]古希臘的物理學家阿基米德，曾經說過一句很著名的話：“給我一個支點，我可以撬起地球?！辈贿^，不考慮其他因素，光是那根要撬起地球的桿子就得延伸到銀河系之外，所以想通過稱量的方式來測出地球的質量是根本不可能的。那么聰明的人類都想了哪些辦法呢？

有科學家表示，我們已經有了地球的體積，如果再測算出密度，不就可以根據質量等于密度乘以體積的公式，測出質量了嗎？

但是一旁，地球母親冷冷一笑說：“孩子，你以為我渾身上下都一樣粗，啊不，是密度都一樣大嗎？”

沒錯，地球上的物質密度紛雜，從質量小的氣體到質量大的金屬，即使一個個排隊讓科學家測量，也沒辦法得到準確的計算常量。于是一個大寫的“此路不通”擋住了很多人的腳步。直到

一位年輕人的出現——

那一年是1687年，牛頓剛剛發表了萬有引力的公式。他看看現有的幾個條件，頭腦里的小燈泡一下子亮了起來。他想，用萬有引力的定律“任何兩個物體都是互相吸引的，引力大小與這兩個物體質量的乘積成正比，與它們中心距離的平方成反比”。只要選取一個地球上的物質，它與地球之間的中心距離就是地球的半徑，而且它的質量已知，如此只要再得到引力常量，不就可以測算出地球的質量了嗎？

說干就干，牛頓精心設計了一些小實驗，來測算兩個物體間的引力常量。但是幾番折騰下來，他發現，一般物體之間的引力遠沒有武俠小說里的吸星大法來得強烈，甚至根本測量不出來。這一刻，牛頓的內心是崩潰的。

但是好在，萬有引力打開了一扇新的大門，將測算地球質量這樣一個復雜的問題化繁為簡了。于是科學家們開始為了測算出引力常量，絞盡腦汁。

[3]1750年，距離牛頓提出，用萬有引力測算地球質量已經過去六十多年了。一位法國科學家風塵仆仆地來到位于南美洲厄瓜多爾的欽博拉索山頂，沿著懸崖垂下一根拴著圓錐形鉛錘的長線。在他的設想里，在鉛錘和山體的質量都已知的情況下，只要測量出鉛錘在山體引力下偏離的角度，就可以得出引力大小，再進一步推算出地球的質量。這個設想很棒，但是他忽略了一個最本質的問題——山風或山中的任何一點點動靜，都會影響實驗數據的準確性。盡管后人在實驗中進行了避風和防震的改良，但是最終，實驗還是宣告失敗。

同樣是1750年，年僅19歲的大學生亨利·卡文迪許受到約翰·米歇爾新磁力測算方法的啟發，利用他的裝置，設計出測量微小引力的方法。他將兩只小鉛球裝在一根細長桿子的兩端，用一根細絲從中間吊起。實驗時，他使用兩個大鉛球分別靠近小鉛球。在萬有引力的作用下，長桿的方向會有微小的轉動。再通過對細絲扭轉角度的測量，就可以算出物體之間的引力常量了。但是最初的試驗中，由于鉛球之間的引力實在有限，細絲扭轉的角度非常小，卡文迪許用肉眼很難捕捉，所以試驗又陷入了僵局。

讓人意想不到的轉機，出現在孩子們的日常游戲中。有一天，卡文迪許看見幾個孩子在路邊用鏡子玩光斑的游戲，這光一下子就照進了他的腦海里。回到實驗室，卡文迪許將一面小鏡子固定在細絲上，鏡子反射的角度正對著一把刻度尺。如此，當實驗中細絲有所轉動時，鏡子的光斑就會如實地反映在刻度尺上。這套儀器被命名為“扭秤”，如今仍在發揮著作用。

1798年，卡文迪許終于根據扭秤收集的數據，計算出了地球的質量——5.977×1024千克，地球的平均密度也由此得知。依據這個成果，一位德國科學家通過稱取碎石塊發現，碎石塊的密度遠遠小于地球的總密度。再加上受到密度更大的鐵隕石的啟發，他于1879年提出雙層地球模型，認為地球里面一定有有層密度更高的物質。如此，人類為地球“稱體重”的任務告一段落，但是對于地球內部的研究又提上了日程！當然，這都是后話了。