什么是地球,认识我们的地球
分类:数理科学

我们居住的地球从宇宙角度来看,只不过是太阳系中的一颗小的行星,它的体积和质量都远比太阳小得多,分别只有太阳的 1/130 万和 1/33 万,比水星、金星、火星要大,比冥王星大得多,而比木星、土星、天王星和海王星则要小。 地球距太阳的平均距离为 1.5亿千米,比水星、金星远一些,但比火星、木星要近,比海王星、冥王星要近 30~39 倍。 地球是环绕太阳公转的行星,当人们乘宇宙飞船到达月球上或者更远的宇宙空间时,可以看到它环绕太阳转动,而其自身又不停地绕自己的轴在旋转,人类经历的昼夜变化,就是其自西向东自转 23.9小时的结果。 地球的半径是 6300 多千米(赤道半径 6378.14 千米,极半径 6356.6 千米),人类限于目前的技术水平所能打出的探测井深度远不足 20千米,地球内部的高温高压是钻井的最大困难。要通过采样的方式直接了解地球内部的结构,在可以预见的将来几乎不可能。人类对地球内部结构的认识主要依靠物理学、化学、数学等基础科学,以及地质学、地球物理学、地球化学、宇宙起源学等派生学科。 地球由外而内,分成地壳、地幔和地核三个主要部分。表面的地壳非常坚硬,主要由岩石构成,厚度在 70千米以内;中间为高温高压、具有流动性的地幔,厚度在 2700千米以内;地幔以下到地球中心部分为高压状态下以铁、镍成分为主的地核。人类脚下的土地就是地表的一部分;而火山喷发的炽热岩浆有助于我们了解地幔的情况;至于地球深处的地核,我们目前还无法直观地看到。

为了了解什么是黑洞,让我们先从太阳这样的恒星谈起。我们知道,太阳的直径为1,392,000公里,它的质量为地质质量的330,000倍。在这样大的质量、从表面到中心的距离这样长的情况下,位于太阳表面的任何东西所受到的引力大约相当于地球表面引力的28倍。 任何一颗普通的恒星都会由于下述两种因素的相互平衡而保持其通常的大小。其中一个因素是恒星中心有非常高的温度,因而会使恒星的物质经常处于膨胀的状态。另一个因素就是它本身具有很大的引力,从而会使恒星的物质倾向于收缩而挤压在一起。 但是在恒星生存期的某一阶段,其内部温度将会降低,这样一来,引力将会成为一个主导的因素,结果,这颗恒星就会开始坍缩,在这个过程中,恒星内部物质的原子结构会遭到破坏。这样一来,原子将不复存在,替代它的将是一个个电子、质子和中子。这颗恒星将会坍缩到这样一种程度,这时电子的相互排斥力将使该恒星不能够再进一步坍缩。 这颗恒星于是就成为一颗“白矮星”。像太阳这样的恒星一旦坍缩成为一颗白矮星,它的全部物质将被挤压成为一个直径只有大约16,000公里的球体,它的表面引力将变成地球表面引力的210,000倍(因为它的质量虽然没有变,但是从表面到中心的距离则大大缩短了)。 在某些条件下,引力将变得如此之大,甚至能战胜电子之间的排斥力。结果,这颗恒星将会再度坍缩,并迫使其全部电子和质子彼此结合为中子,这样一来,这颗恒星将一直收缩到所有的中子都彼此接触为止。到了这一步,这个中子结构物又将会抵制进一步的坍缩,这颗星于是成为一颗中子星。这样的中子星将把太阳的全部质量压缩在一个直径只有16公里的球体内。结果,它的表面引力将是地球引力的210,000,000,000倍。 在某些条件下,引力甚至能进一步战胜中子结构的抗拒。这时候,再也没有任何东西能够抵抗得住它的进一步坍缩了。结果,这颗恒星就会坍缩到体积等于零,而它的表面引力就会无限地增大。 根据相对论,一颗恒星所发射出来的光,当它克服该恒星的引力场而向外射出的时候,将会失去一定的能量。引力场越大,所失去的能量也越大。这一点已经由科学工作者经过天文观测和实验室实验得到证实。 由太阳这样的普通恒星发射出的光,它失去的能量是很有限的。由白矮星发射出的光会失去较多的能量;由中子星发射出的光会失去比这更多的能量。当这颗中子星进一步坍缩时,就会出现这样一种情况:从它的表面向外射出的光将会失去它的全部能量,从而根本不可能逃逸出去。 一个比中子星坍缩得更厉害的天体,它的引力场将是如此之强,以致任何靠近它的东西都将被它所捕获,并且再也不能从它里面逃逸出去。这就如同被捕获的物体落进一个无底洞的情况一样。而且,正如上面所说,甚至连光也不能逃逸出去,因此,这个坍缩了的天体将是黑的。正因为它既像个无底洞,而且又是黑的,所以天文学家就把它叫做“黑洞”。 天文学家目前正在宇宙的各个角落寻找可证明确有这种黑洞存在的证据。

地球是太阳系九大行星之一,是人类居住的星球。按距离太阳远近计,仅远于水星和金星,居第三位。它与太阳的平均距离为1.496×10公里,轨道偏心率为0.016722。地球绕地轴自转,又绕太阳公转,还随太阳系在星际空间运行。自转周期为23时56分4.1秒,赤道自转线速度为0.465公里/秒;公转周期为365.2564日,即365日6时9分10秒,公转线速度为29.79公里/秒。地球是赤道突出、两级稍扁的近三轴旋转椭球体,叫做地球椭球体或简称地球体;严格地说地球椭球体是地球大地水准面的形状。根据1971年第15届国际大地测量和地球物理协会决议采用的数据,地球的长半径为6378.160公里,短半径为6356.755公里,两者相差21.385公里,其扁率为1/298.25(=0.0033529)。地球赤道圆周长为40075.696公里,子午圈长为40008.548公里;表面积为5.10×108平方公里,其中海洋面积为3.62×108平方公里,约占总面积的70.9%,陆地面积为1.49×108平方公里,约占总面积的29.1%;体积为1.083316×1012立方公里,为太阳体积的1/130万;平均密度为5.518克/厘米3,其中大陆地壳上层平均密度为2.67克/厘米3,地壳底部平均密度为2.9克/厘米3。地球的总质量为5.976×121吨。赤道标准重力加速度为978.318厘米/秒2。

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