在宇宙诞生的几亿年里,宇宙便充斥着大量的宇宙尘埃,但宇宙尘埃最初是怎么产生的,对科学家们来说依旧是谜。不过宇宙尘埃大部分都属于气体性质,另一部分则是大小在几微米到几百微米的物质粒子。随着时间的推移,尘埃有时会聚集成云和环,最后有可能变成星体。
实际上,我们的星球每年都会接收大量的外星尘埃。相比一些肉眼可见的较大陨石,那些微小的、尺寸2在毫米以下星际尘埃会神不知鬼不觉地飘落到地球上。加上地球原有尘埃的混淆,鉴于其微观尺寸,我们很难检测来自地外的尘埃,更别说准确计算数量了。但一项研究表明,每年有超过5000吨的外星尘埃落到地球上。
5000吨的外星尘埃是怎么算出来的?
科学研究表明,地球的大气中充满了各种灰尘。在任何时候,地球上都有大约1700万吨的粗尘在大气中飞扬。但南极是个例外,因为积雪率低和几乎没有地面尘埃,是收集外星灰尘的理想收集地点。20多年来,法国国家科学研究中心(CNRS)物理学家杜普拉特(Jean Duprat)领导的团队在南极科学考察站康宏站(Concordia Station)进行6次考察和收集。
研究人员挖出大量的积雪,然后将20公斤桶的雪层运回研究站的实验室,在那里他们仔细地融化了雪并收集了留下的灰尘颗粒。然后,他们对颗粒进行了分类,得到了质量低于350微克的1280颗未熔化的微陨石和808颗宇宙球粒(熔化的太空岩石),这使他们能够计算出这些粒子降落在表面的速率。
根据模型计算,每年大约有1600吨微陨石和3600吨宇宙球粒到达地表,总计5200吨(直径在30至200微米之间,作为参考,人的头发平均直径约为70微米)。而且团队还推断出,其中80%是来自轨道周期短的木星周期彗星,其余来自小行星。
另外模型还表明,外星尘埃落在地球的总输入量约为15000吨,但是大部分在通过地球大气层时被烧毁,这意味着只有三分之一的尘埃能到达地面。也就是说,外星尘埃是地球上外星物质的主要来源,远远超过陨石等较大的物体,而每年降落到地球的陨石总重量不到10吨。
地球变重了吗?
根据万有引力,科学家算出地球的质量约为60万亿亿吨。如果每年落在地球上的外星尘埃超过5000吨,地球的质量会不会变得越来越大?
那地球到底是增重了还是减重了,科学家史密斯(Chris Smith)和剑桥大学的安塞尔(Dave Ansell)曾进行过计算。影响地球增重的因素主要有:太阳风给地球带来的水、外星尘埃(包括小行星碎片和陨石)、地球温度升高。
数据显示,太阳风在地球45亿年里带来了675亿吨的水。显而易见,这点水对地球来说只是“杯水”了。而科学家认为近代地球平均温度的升高,会导致能量增加,从而令地球每年增重160吨左右。
但让地球减重的因素也不少。
可能有人会想,地球每年发射的火箭、卫星、探测器等会导致地球损失物质,但其实这部分损失的物质可以忽略不计。而地球每年损失最多的物质可能很多人想不到—— 非常轻的氢气 。由于大气逃逸的关系,在过去45亿年来, 地球每秒钟流失了3千克的氢(95000吨/年) 。氦气也有类似的逃逸现象,每年估计损失大约1600吨。另外还有地球内核失去的能量、每一次火山喷发使一部分烟灰飘落到太空中
科学家最后计算的结果表明,在得失之间,地球失去的比较多,每年大约损失近50000吨物质。跟地球质量相比,仅相当于0000000000000001%的质量变化,不值一提。
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地球是运行在太阳系中的一颗星球,它会变重或者变轻,或者说会变大和变小吗?
地球的质量被认为高达59万亿亿吨,它已经形成了46亿年,那么它的质量一直就是这么大吗?如果质量不是恒定的,那它是一直在增加重量持续变大呢?还是减少质量持续变小呢?
这是一个有趣的问题,不仔细分析的话还真不好回答,因为地球上的物质其实有增有减,将地球大气层物质也算在内的话,那么随着地球的轨道上的运行,地球大气层外围的空气分子总是会散逸到太空中,可以说时刻都有空气分子被地球丢掉,每天有几百几千吨的大气被以这种方式逃逸了太空中,只这样看的话,那么地球上的物质是处于减少中的。
但是地球也是有自己的引力的,它在轨道上运行的时候,也会捕获一些来自太阳等天体的空气分子,有极光现象,就是地球磁场吸引的太阳风粒子,因此地球在丢失一些空气分子的同时,也会捕获一些空气分子,而地球上的一些植物,以及一些化学现象也能产生一些气体,所以地球的大气层总体来看可以长期保持不增不减的状态。
又因为地球是一个有足够引力的星球,因此地球又可以吸引轨道附近的小行星降落到地球上,这是地球质量增加的一个关键因素,因为地球表面的物体不会自动跑到外太空,而人类发射的航天器的重量是很小的。所以进入大气层的小行星,掉到对面上的陨石都会给地球增加重量。有人测算认为光是每年掉到地球上的陨石的重量就高达1000到1万吨,也有人认为是平均每年在10~20万吨左右。
在气体分子和陨石给地球增加重量之外,太阳光的照射理论上也会给地球增加质量,因为。太阳光作为一种光能照射到地球上的时候就会被地球吸收,其中有一部分会通过植物的光合作用吸收变成物质,不过这样的物质增量微乎其微,对地球的增重作用可以忽略不计。
但不管怎样,在地球的引力作用下,陨石和空气分子的获取都可以为地球增加重量,现在每年降落到地球上的陨石虽然并不多,但每年给地球增加成千上万吨的质量还是很轻松的。而在远古时期,特别是在地球刚形成的时候,小行星陨石撞击地球的频率比现在大上万倍,因此越是在远古时代,地球质量增加得越多。
在6500万年前。一颗大型小行星的撞击灭绝了恐龙等很多动物,科学家估计这个小行星的直径在8公里左右,重量在8000亿吨左右,它降落到地球上之后,所有的物质基本都留在了地球上,这就等于地球一下子增加了8,000亿吨的物质。
所以总体来看,地球上的物质量一直是在增加之中的,也可以说地球一直在变大,只是地球本身的质量十分巨大,增加的物质量相对于地球总质量来说十分微小,1000年之中也不过增加1,000万到1亿吨左右,不足地球总质量的十万亿分之一,所以我们根本看不出来罢了。
影响因素很多,不能笼统的说增加或者减少
我们脚下的大地是个硕大无比的球体古希腊时科学家用巧妙的方法测出了它的半径有6400多公里但是,人们一直不知道这个巨大的球体有多少重
地球那么大,那么重,用普通的秤来出地球的重量,那是不可思议的第一,世界上没有这样一杆能称得起地球的巨秤其次,谁也无法拿得起这杆秤就算有一个力大无穷的大力士能提得起地球,也无法秤我们的地球,因为那个能够称得起地球的人,站在什么地方去称地球呢 人们总不能站在地球上称地球吧!
1750年,英国19岁的科学家卡文迪许向这个难题挑战那么,他是怎样称出地球的重量的呢 卡文迪是运用牛顿的万有引力定律称出地球重量的根据万有引力定律,两个物体间的引力与两个之间的距离的平方成反比,与两个物体的重量成正比这个定律为测量地球提供了理论根据,卡文迪许想,如果知道了两个物体之间的引力和距离,知道了其中一个物体的重量,就能计算出另一个物体的重量这在理论上完全成立但是,在实际测定中,不必须先了解万有引力的常数K
卡文迪许通过两个铅球测定出它们之间的引力,然后计算出引力常数两个普通物体之间的引力是很小的,不容易精确地测出,必须使用很精确的装置当时人们测量物体之间引力的装置用的是弹簧秤,这种秤的灵敏度太低,不能达到实验要求卡文迪许利用细丝转动的原理,设计了一个测定引力的装置;细丝转过一个角度,就能计算出两个铅球之间的引力然后,计算出引力常数但是,这个方法还是失败了因为两个铅球之间的引力太小了,细丝扭转的灵敏度还不够大灵敏度问题成了测量地球重量的关键卡文迪许为此伤透了脑筋有一次,他正在思考这个问题,突然看到几个孩子在做游戏有个孩子拿着一块小镜子对着太阳,把太阳反射到墙壁上,产生了一个白亮的光斑小孩子用手稍稍地移动一个角度,光斑就相应地移动了距离卡文迪许猛然醒悟,这不是距离的放大器吗 灵敏度不可以通过它来提高吗?
于是,卡文迪许在测量装置上装上一面小镜子细丝受到另一个铅球微小的引力,小镜子就会偏转一个很小的角度,小镜子反射的光就转动一个相当大距离,很精确地知道引力的大小利用这个引力常数,再测出一个铅球与地球之间的引力根据万有引力公式,计算出了地球的重量,即为60万亿亿吨现代测量的结果为5976万亿亿吨
很显然,地球从产生至今,质量不是一成不变的,而是一直在增长的。
现在的地球上存在着至少150个可以分辨出来的陨石坑。大家都知道陨石坑就是小行星撞击地球后产生的环形凹坑。小行星给地球带来的不仅仅是陨石坑,也给地球带来了一部分物质,让地球的质量增加了。
图示:地球上的陨石坑
现在地球的质量有多大呢?目前科学家已经通过万有引力定律测量出了地球的质量。地球的质量大约为5965×10^24千克。地球的质量是十分巨大的。在太阳系中,地球虽然不是八大行星中质量最大的,但是它可是类地行星中的质量最大的。地球会清理运行轨道上的小行星等小天体。巨大的引力会吸引它们撞向地球,在地球上形成了一个个陨石坑的同时又增加了地球的质量。
是撞击创造了地球为什么会这么说呢?50亿年前,那时的太阳系还是一团星云,地球还没有产生。这些星云物质在某种外力的影响下开始向内部收缩,在中心位置形成了太阳后。剩下星云物质相互之间不断碰撞结合形成一些小星体。这些小星体之间有不断的碰撞形成了更大的星体。最终经过大约4亿多年的相互撞击形成了炽热的原始地球。
图示:原始地球
最后一次大撞击决定了地球的命运原始地球的质量是比现在的地球质量小很多的。原始地球形成后,地球轨道附近的小天体还是源源不断地撞向地球,不断地为地球增重。在这期间,有一颗和火星一般大小的原始行星叫做“忒伊亚”撞击了地球。
这次撞击让地球的质量增加了差不多一个火星的质量,碰撞产生的残余物质形成了月球。地球的命运也在这次撞击后产生了转变。地球的质量变得更大了,地球有了足够大的引力来维持厚厚的大气层和表面海洋的存在。这为地球上生命的出现创造了有利条件。
据观测资料统计,每年降落到地球上的流星体总量有20万吨之多。这对地球来讲是微不足道的,但是不管怎么说,地球的质量是在增加的。
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