淺談地球質(zhì)量的變化

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 文獻標識碼：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，相當于每世紀使日長變長0.0018秒；日潮對地球自轉(zhuǎn)的影響相當于每世紀使日長變長0.0005秒；海平面變化對地球自轉(zhuǎn)的影響相當于每世紀使日長變長0.0007秒；大氣潮對地球自轉(zhuǎn)的影響相當于每世紀使日長變短0.0001秒；行星際電磁矩對地球自轉(zhuǎn)的影響相當于每世紀使日長變長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^（-2）， 相當于每世紀使日長變短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也不同。在一般情況下，大氣分子的壓強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行有關(guān)測定。據(jù)相關(guān)計算，每年約有的宇宙塵埃進入地球，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。