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TUhjnbcbe - 2023/9/29 16:30:00

地球是人类赖以生存的美丽家园,从古自今,关于我们这个家园的认知,是随着科学技术水平的不断提升而逐渐深化的。从古代的天圆地方、视地球为宇宙中心的认知,演变为太阳是宇宙的中心、地球是围绕其运行的球体,再到现在的包括太阳系和整个银河系,都在围绕着巨大的引力源作周期性运动,这种认识上的变化,一方面取决于人类对未知事物的孜孜不倦的追求,另一方面也得益于科学技术水平的飞跃。那么问题来了,假如我们居住在一个直径百亿公里的星球上,我们还能否知道自己处在一个球状天体之上呢?

人类探知地球是球体的方法

自古以来,无数的仁人志士对于未知现象不断追求的精神,一直推动着人类科学技术的进步和飞跃式发展,从以前想都不敢想的程度,仅用了一二百年的时候,就形成了可以“上天入地”的科学探测技术体系,虽然与整个宇宙的博大、以及地球本身的神秘相比,我们的科学技术对于全面认知的差距还非常远,但是以人类的聪明才智和智慧的发展,越来越多的关于宇宙运行和发展的规律、包括我们地球自身更多的奥秘,都将逐渐揭开其神秘的面纱。

而关于地球是否是球体的争论,从很久以前就已经开始。在古代社会,由于人类认知水平的限制,人们往往习惯于天圆地方的传统观念,习惯于日月星辰围绕着地球东升西落的固有思维模式,在很长的时间内都没有地球是球体的概念,而是传统性地认为地球是一个平面承载。后来随着人类航海技术的进步,以及数学领域和观测技术的提升,逐渐对传统观念展开了挑战,也慢慢地改变了人们对地球形状的认知。从历史资料中可以进行一下总结,人类对地球是球体的观测论证,主要包括以下几种方式:

观测船只法。这也是最初使得人们对地球形状发生质疑的一种现象,当处在海洋之中、距离我们很远的船只靠近时,我们会率先看到船只的桅杆,然后再逐步显现船只的主体,船只的出现顺序是从上至下顺序出现。而当船只远离时,这种在人眼可视程度之内消失顺序,与船只靠近的时候正好相反。这使得人们开始萌发了地球不会是一个简单的平面,而是球面形态的观念。天体投影法。公元前年左右,古希腊数学家毕达哥拉斯,首先提出了大地是球形的设想,认为在所有的立体图形中,球形是最完美的,地球也不应该例外。公元前年左右,古希腊科学家和哲学家亚里士多德,对大地是球面进行了首次论证,论证的方法是通过观察天象,根据月食时地球在月球上的投影,即月球上被遮住的影子为圆形或者边缘带有明显的弧线,推测出地球为球体。环海测量法。15和16世纪时,葡萄牙航海家麦哲伦率领船队,成功环绕地球航行一圈,为地球是球形提供了有力的证据。万有引力法。17世纪末期,英国物理学家牛顿发现了万有引力理论,并且在世界许多地方进行了地球重力常数的测定,结果发现各地的差异非常小,如果地球的形状不规则,则不会出现这种情况。而且根据测量和计算的结果,认为地球应该是一个赤道半径比两极半径稍大一些的扁球体。地球卫星观测法。随着人类科学水平的飞跃发展,上世纪50年代向外太空发射了第一颗人造地球卫星,不但传回了地球在宇宙中的形态图像,而且通过测量还精确地计算出了地球的半径,其中赤道半径为米、两极半径为米,地球的扁率为1/。如果人类居住在直径上百亿公里的星球上

现在先不谈地球能不能变为直径上百亿公里,而是假定地球的直径就有这么大,那么人类能否知道地球是球体,我们可以应用以上历史上的方法,逐一进行一下判定。

首先,看一下船只观测。船只之所以在移动的过程中,能够引起人眼可视范围内的变化,得益于地球表面的弧度。按照目前地球的半径公里来计算,人的高度为1.7米,根据勾股定理,人类用肉眼能只能看到4.6公里远的地方,也就是说船只在4.6公里这个临界点的变化,假如天气状况良好,4.6公里处的情况在我们的视觉中可以很明显的体现出来。而如果地球直径增加到百亿公里级别,相当于增加了万倍,这个临界点与人体的距离,可以通过((R+1.7)^2-R^2)^(1/2)计算得出,其值也会相应增加到约几百万公里之处,远远地超出了人类的可视范围。因此,这种观测方法无法判断。

第二,看一下天体投影。假如地球直径增加百万倍,那么地球对卫星的万有引力也会相应明显增加,卫星必须要增大与地球之间的距离,否则就会被地球的引力吸引坠落。在这种情况下,即使发生月食,那么由于地月之间的距离被放大许多许多倍,应用肉眼肯定是无法观测得到了,只能借助于专门的天文望远镜才能够看清楚月食的变化情况,只不过,在月球上的投影,由于太阳光线所经历的路线非常长,月球上的投影对比度势必会变弱很多,观察起来难度极大。这就像我们观察距离地球很远的其它星系中的行星一样,其表面的亮度变化并不明显。因此,这种观测方法的可靠性也不好判定。

第三,环海测量。以目前我们地球上船只的航行速度,如果要围绕一个直径大地球万倍航行一圈,所需要的时间,自然也要比现在长万倍,这个空间跨度和时间长度,没有哪一个科学家或者航海家能够完成,自然这种方法也发现不了地球是球体。

第四,万有引力测算。地球的直径如果增加万倍,如果密度还是现在这样的情况,其质量就会增加10^18倍,那么根据万有引力公式可以计算出地球表面的重力加速度,g=GMm/r^2,那么重力加速度也会相应增加万倍。其实在这个状态下,任何生物都不会生存下去的。而如果能够生存,那么处在不同区域的人们,可以根据测算的重力加速度值,计算出此处距离地心的距离,从而可以验证地球整体是一个球体的结论。

第五,最后看一下卫星观测。在地球质量增加的同时,其第一宇宙速度也会相应发生改变,可以通过GMm/r^2=mv^2/r,测算出卫星发射所必须具备的第一宇宙速度,也要在现有7.9km/s的基础上增加到万公里每秒,这个速度都远远大于了光速,因此不可能发射成功卫星,也就无从进行观测了。

地球变不了那么大

地球乃至太阳系的形成,得益于太阳系形成初期,众多星云物质的不断聚集而成。其中太阳系的核心由于处于绝对优势地位,所以吸引的星云物质越来越多,内核温度也越来越高,从而激发了内部的核聚变反应,形成恒星。而在距离太阳由近至远的轨道内,分别聚集形成由较重物质和较轻物质构成的固态行星和气态行星。

而关于行星的形成过程,其初期和太阳并无二致,都是万有引力作用的结果。而行星能够聚集物质的多少,一方面取决于星际空间中能够被引力捕获的物质多少,另一方面取决于自身的质量限制。其中,能够捕获的物质多少很好理解,因为大部分的星际物质都被太阳的引力所捕获,因此行星所能增大自身重量的外来物质并不多。

至于自身质量的限制,则是决定一个行星上限的根本原因。太阳之所以能够形成恒星,关键在于吸引物质越来越多,自身的引力向内不断地压缩着内核,使得内核的温度和压力都非常大,从而激发了氢元素的聚变临界,而质量越大的恒星,其内核核聚变的程度就会越大,能够形成结合能更高的重物质。而行星能够维持球体的状态,也是由于内核所释放的辐射能,与自身外层向内的重力相平衡的结果。如果质量持续增大,向内的重力就会越来越大,从而会打破这种平衡状态,于是发生塌缩从而演变为其它的星体。

据科学家们测算,假如地球的质量比现在增加倍左右,其在形成过程中就不会成为固态行星,而是会被太阳风吹到木星的位置形成气态行星。而质量增加到现在的2.6万倍就会在剧烈塌缩产生的温度和压力下,激发内核的核聚变反应,演化为初级恒星。如果质量增加到40万倍时,其恒星会继续塌缩形成中子星。当质量增加到目前的万倍左右时,就会塌缩形成黑洞。因此,假如地球像问题所说的那样,直径增加上百亿公里,理论是不可能的,因为早就被巨大的重力塌缩成黑洞了。

总结一下

地球的直径增加到上百亿公里,出发点是好的,这无形中会给人类增加多少的自然资源和能量呀。但是现实很残酷,在这个级别,地球就会因巨大的重力无限地塌缩,其归宿只能是黑洞,而且还是个巨型的黑洞,这个情况下一切信息归零,地球也就失去了自然状态下的所有形态,当然更不会有任何形状的概念了。

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