地球真的很大吗?
17 世纪以前,如果有人提出这一问题,将被认为是非常愚蠢的。因为答案是明摆着的,地球的的确确很大。实际上对于古人来说,地球已经是宇宙中最大的星体了,因为人们肉眼所能看到的其他星体在天空中都显得小得可怜。尤其是人们计算出月球的体积小于地球之后,更使地球体积大于天空中其他一切的星体这一观点成为当时的主流观点。
当卡西尼在历史上首次计算出太阳系的范围时,人们对地球的迷信和顶礼膜拜也随之土崩瓦解了。一个明显的事实是,地球与太阳相比简直是微乎其微的,和太阳系中其他星体相比,只有太阳才是真正的主宰,所有行星都在围绕它旋转。而问题在于,地球与太阳系中其他行星相比具有哪些特点呢?
在各星体之间距离及它们在天空中各自表面的直径已知的条件下,可计算出它们的真正直径。在离太阳较近的行星中,地球倒是最大的,金星比地球小一点儿,而火星、水星及地球的卫星月亮则相比更小一些,其他行星的卫星以及太阳系中的小行星和彗星也都比地球小。
如果我们真想知道比地球更大的行星,那么我们应该把目光转向木星和土星。在地球与其距离已知的条件下,可计算出木星的直径为 14.32 万公里,约为地球的 11.2 倍,而土星的直径与木星差不多,也有 12 万公里。这些数值与地球直径相比,可称得上是名副其实的天文数字了。
对于生活在地球上的我们来说,这一结论实在让人丧气,地球不但不是什么宇宙的中心,甚至连太阳系行星里的“老大”也说不上。当然,我们不能单凭一个词来衡量宇宙中的一个星体的大小,但是翻译成极其微小的并不是很容易办得到的。此外,我们也不能强词夺理地认为木星和土星只是一大团虚无飘渺的东西,因为它们都拥有按固定的半径和周期绕其旋转的卫星。在轨道半径已知的情况下,卫星绕行星旋转越快,所受行星的引力也就越大。自然,也就具有更大的质量。将木星的卫星绕其旋转时的运动状态与月球绕地球旋转的运动状态相比较,可求出木星的质量为地球质量的 317.9 倍,同理,可求出土星质量为地球的 95.2 倍。
即使如此,木星和土星的质量与其庞大的体积相比,仍显得不成比例。如果我们用其质量除以其体积,可求出木星密度为 1.33 克/立方厘米,比地球密度的 1/4 还要小,土星的密度更小,只有 0.71 克/立方厘米,只有地球密度的 1/8,甚至还不及水的密度大。这就意味着木星和土星的成分及构造与地球大不相同。这一点将在本书后面的章节中加以详细介绍。
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