地球的质量是如何测量的?

2022-05-07 16:40:29 作者: 来源: 湖南计量园地
分享:

我们人类居住的地球,是个非常巨大的球体。第一个测量出地球质量的人是谁?他就是英国科学家亨利·卡文迪许(1731-1810)。1798年,他通过巧妙实验,间接测量出地球巨大的质量数值,被人们誉为“第一个称地球的人”。

 卡文迪许生活的年代,正是自然科学飞速发展的时期,同时也面临着许多“难题”。其中“称出地球质量”,就是最著名的一个。当时地球的半径经过测量和计算已经知道约6400千米;地球的表面积通过测量和计算,已经知道是5 .1*1014m2;地球的体积通过计算也知道为1 .08*1021m3,都是极其巨大的数字。那么,人们非常想知道:地球的质量是多少呢?

 卡文迪许利用米歇尔的装置,设计出测量微小引力的新方法,将两只小铅球装在一根细长杆的两端,做成一个“哑铃”样的东西,用一根细丝从中间吊起“哑铃”,实验时再用两个大铅球分别去靠近小铅球。由于大小铅球之间万有引力的作用,“哑铃”将有微小的转动,仔细测量细丝扭转的程度,就可以计算出大小铅球之间的引力,从而推算出地球的质量。但他多次实验却不能成功。为什么呢?现在我们知道:两个1千克的铅球,相距10厘米时,吸引力只有十亿分之一千克!要测量出这么极其微小的力,谈何容易!

 有一天,卡文迪许去皇家学会活动,路上看见几个小孩正在做游戏:用手中的小镜反射太阳光,互相照着玩,小镜只要稍一转动,远处光点的位置就发生很大的变化。卡文迪许的脑海中迸发出一个明亮的火花:“小镜!光点!小镜!光点!”他叫出了声!

 卡文迪许马上跑回实验室,动手修改仪器装置,他将一个小镜固定在细丝上面,用来将一束光线反射到一个刻度尺上面。这样,只要细丝有一极其微小的转动,刻度尺上的光点就会有明显的移动,仪器的灵敏度大大地增强了。卡文迪许又进一步设法解决了仪器的各种干扰问题,例如空气流动和震动的影响。这套经过改进可以测量微小力的仪器,定名为“扭秤”,现在仍然在精密实验中发挥着作用。

 卡文迪许利用“扭秤”终于称出地球的质量,1798年,他公布了地球巨大的质量数值,这时他已经白发苍苍,67岁高龄了。地球质量多大呢?是5.977*1024kg,就是60万亿亿吨。

 地球质量已知,地球的平均密度就可求出来:现代测定的地球平均密度为5 .517克/立方厘米;而地球表层密度仅为2 .5-3g/cm3,这样我们就可以推算出地球中心的密度达7-8g/cm3,远比地球表层为大,可能由铁、镍等重物质组成。

 不久,利用同样的方法,测量出太阳更加巨大的质量,是地球质量的30万倍,为2 *1030kg。接着太阳系其他行星的质量也陆续被测量出来。万有引力定律不断得到了物理实验的验证,万有引力系数G的数值也越来越精确地被测量出来,成为重要的物理参数之一,在现代航天航空技术中有极其重要的作用。卡文迪许的“扭秤”实验成果有力地推动了科学技术的发展。

关键词:计量责任编辑:段涛