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        淺談地球質(zhì)量的變化

        2017-06-08 23:56:38吳亞飛王培亮黃凱旋
        中國科技博覽 2017年16期
        關(guān)鍵詞:隕石塵埃常數(shù)

        吳亞飛++王培亮++黃凱旋

        [摘 要]從人造衛(wèi)星運動的資料分析得知,地心引力常數(shù)逐年減小,這很可能是由地球質(zhì)量減小引起的。地球質(zhì)量的變化還受到太陽熱輻射,地心核裂變,地球自轉(zhuǎn),宇宙塵埃和隕石等方面的影響。

        [關(guān)鍵詞]地球質(zhì)量 引力常數(shù) 大氣分子 宇宙塵埃

        中圖分類號:TM963 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:1009-914X(2017)16-0145-01

        1、引言

        從地球自轉(zhuǎn)的長期變化分析方面來看,地心引力常數(shù)逐年減小很可能是由地球質(zhì)量減小引起的。我們不能排除萬有引力常數(shù)的變化對地心引力常數(shù)的影響,所以只能說地球的質(zhì)量可能在減小,而地球質(zhì)量為什么減少?以什么形式減少?目前還有待考究,但以現(xiàn)有知識來分析的話,很可能主要是通過大氣逸散到宇宙空間的、像太陽輻射壓以及大氣分子的動能,都有可能使大氣分子逃逸地球的引力場,而這一切又與太陽輻射以及大氣溫度有關(guān)。

        2、從地心引力常數(shù)方面淺析地球質(zhì)量變化

        2.1 地心引力常數(shù)的概念

        地心引力常數(shù)是萬有引力常數(shù)和地球總質(zhì)量的乘積,是最基本的天文常數(shù)之一。

        2.2 地心引力常數(shù)的變化

        1964年召開的第12屆國際天文學(xué)協(xié)會通過的天文常數(shù)中,包括地心引力常數(shù)一項,當(dāng)時采用的數(shù)值是:GM=398603*10^9(米^3/秒^2)。近幾年來,采用同樣觀測所求得的結(jié)果,卻有所不同,且GM值存在逐年下降的趨勢[1]。

        2.3 地心引力常數(shù)變化的原因分析

        地心引力常數(shù)逐年減小很可能是由地球質(zhì)量減小引起的。若M減小則自轉(zhuǎn)加速,若G減小,可能伴隨著地球半徑的增大,這就可能導(dǎo)致自轉(zhuǎn)減慢。在考慮了地球質(zhì)量減小的因素下,理論值和實測值是基本相符的。研究表明,月潮引起的地球自轉(zhuǎn)加速,相當(dāng)于每世紀(jì)使日長變長0.0018秒;日潮對地球自轉(zhuǎn)的影響相當(dāng)于每世紀(jì)使日長變長0.0005秒;海平面變化對地球自轉(zhuǎn)的影響相當(dāng)于每世紀(jì)使日長變長0.0007秒;大氣潮對地球自轉(zhuǎn)的影響相當(dāng)于每世紀(jì)使日長變短0.0001秒;行星際電磁矩對地球自轉(zhuǎn)的影響相當(dāng)于每世紀(jì)使日長變長0.0005秒[2]。

        地球質(zhì)量變化對自轉(zhuǎn)的影響可由下式計算:/Ω=-/M

        從人造衛(wèi)星運動分析出的地心引力常數(shù)的變化率是-2x10^(-10)/年,如果這是質(zhì)量變化引起的,即/M=-2x10^(-10),由此可以計算出地球自轉(zhuǎn)速度的變化=4.62x10^(-22)弧度/秒^(-2)=949”世紀(jì)^(-2), 相當(dāng)于每世紀(jì)使日長變短0.0017秒

        3、大氣分子的逃逸

        3.1 背景

        地球的質(zhì)量包括兩部分,地球大地實體的質(zhì)量和被它所吸附的大氣層的質(zhì)量。大氣層的成分主要有氮氣(78.1%);氧氣(20.9%);氬氣(0.93%);還有少量的二氧化碳、稀有氣體以及水蒸氣。

        3.2 確定大氣密度隨高度的分布

        3.3 確定大氣溫度隨高度的變化

        根據(jù)NASA大氣模式MSISE-1990的執(zhí)行軟件對2000年4月1日、世界時14時、緯度、經(jīng)度所測量的大氣溫度隨高度的變化[3]可以得知,在高度高于三十千米時,由于大氣密度及其稀薄,其可逃逸總量特別小,所以只需考慮三十千米以內(nèi)的大氣溫度即可。

        由于不同高度下氣體分子的密度與溫度均不同,所以不同高度下壓強(qiáng)也不同。在一般情況下,大氣分子的壓強(qiáng)隨高度的變化滿足關(guān)系[4]:

        3.4 一天的日溫變化曲線

        一天內(nèi)的最高溫度與最低溫度的溫度差,考慮氣體的物態(tài)方程:,在只要求定性計算中,對不同高度下的氣體采取近似,用的數(shù)據(jù)代表的所有情形,用的數(shù)據(jù)代表的所有情形,以此類推。求出該區(qū)域內(nèi)的結(jié)論后,再乘以

        3.5 溫度的變化對大氣分子逃逸的影響

        由于在地面室溫下,氣體的,從而計算出地球表面的分子數(shù)密度為:,再根據(jù)已經(jīng)計算出的不同高度下的分子數(shù)密度,與各個高度層所能包含的氣體體積,計算出各個高度層的逃逸的總量。再依據(jù)大氣分子的平均摩爾質(zhì)量,便可以計算出各個高度層次能逃逸的氣體質(zhì)量。

        按照地球年齡,一年中有365天,所以該部分能夠逃逸的量為

        計算可知。由于地球的質(zhì)量約為,所以大氣分子的逃逸對地球質(zhì)量的影響,占地球總質(zhì)量的3.8%

        4、地心核裂變對地球質(zhì)量的影響

        4.1 各種能量的來源

        經(jīng)過40多億年的熊熊燃燒,這個處于地核中心的核反應(yīng)堆已從12公里縮小到8公里,地球的所有能量,包括磁場、火山爆發(fā)及大陸板塊的位移無不源自它賦予的神奇力量。地核內(nèi)部進(jìn)行著超級核反應(yīng)比固體鐵鎳內(nèi)核的傳統(tǒng)理論更合理地解釋了某些自然現(xiàn)象。

        4.2 地球質(zhì)量的減小

        一般認(rèn)為,是由于地球物質(zhì)中所含的放射性元素衰變產(chǎn)生的熱量。有人估計,在地球的歷史中,地球內(nèi)部由于放射性元素衰變而產(chǎn)生的熱量,平均為每年5萬億億卡,相當(dāng)于現(xiàn)在全球能源消耗總量的45萬倍。

        5、宇宙塵埃和隕石

        5.1 宇宙塵埃

        據(jù)測定,其中塵埃粒徑大于60微米的顆粒,年降落量約為。如果需要考慮所有粒徑的塵埃,可以根據(jù)大洋中深海沉積物的沉積速度,及其中含有的宇宙塵埃的總量進(jìn)行有關(guān)測定。據(jù)相關(guān)計算,每年約有的宇宙塵埃進(jìn)入地球,被地球所捕獲[5]。

        按照地球年齡年,所以宇宙塵埃對地球質(zhì)量的影響總和為,所以宇宙塵埃的總堆積量約為。

        由于地球質(zhì)量約為,所以堆積總量僅占地球質(zhì)量的。從數(shù)量級上來判斷,的數(shù)值僅為地球總質(zhì)量的一千萬分之一。

        5.2 隕石

        在考慮隕石下落到地球,對地球質(zhì)量的影響過程中,應(yīng)考慮將落入地球的隕石整體,而不是已經(jīng)穿過大氣層經(jīng)燃燒后落在地球表面的整體隕石的部分。因為在大氣層中的燃燒,其燃燒的生成部分,會仍保留在大氣層中,仍是地球質(zhì)量的一部分。

        5.3 結(jié)論

        所以,從宇宙塵埃和隕石的角度考慮,地球質(zhì)量在持續(xù)增加,并以十萬年左右存在峰值。經(jīng)我們的計算可知,用表示塵埃的堆積和隕石的落下,對地球總質(zhì)量的總體影響,其,但僅占地球質(zhì)量的,即其數(shù)量級僅為地球質(zhì)量的一千萬分之一。

        6、總結(jié)

        大氣分子逃逸、地心核裂變導(dǎo)致的地球質(zhì)量的減小的量比宇宙塵埃和隕石導(dǎo)致地球質(zhì)量的增大的量多,所以總的來說地球質(zhì)量在減小。

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