地球有多重

■ 張承民

平時，我們只要用電子秤和彈簧秤就能知道自己的體重。我們?nèi)粘７Q重量的體重，其實(shí)是由于地球重力產(chǎn)生“重量”后，經(jīng)過計(jì)算得出的“質(zhì)量”。因?yàn)樵诘厍蛏希耸艿降闹亓Φ扔趶椓Γ@個測量結(jié)果便是我們所說的“體重”了。可在太空的無重力環(huán)境下，電子秤和彈簧秤就起不到作用了。但這并沒難倒我們，科學(xué)家們在“天宮一號”上設(shè)置了特殊的“秤”。

在天宮課堂中，指令長聶海勝曾為我們演示了太空中測量自己的質(zhì)量的方法。他抱緊支架，將自己固定在支架一端，王亞平老師將連接運(yùn)動機(jī)構(gòu)的彈簧拉到指定位置。松手后，拉力使彈簧回到初始位置，質(zhì)量測試儀根據(jù)測量到的速度，計(jì)算后就能顯示出聶海勝的質(zhì)量為74千克了。王亞平解釋說，質(zhì)量（m）測量儀通過彈簧產(chǎn)生力（F），并測出力的加速度（a），然后根據(jù)牛頓第二定律（F=ma）就可以算出質(zhì)量。

這是什么原理呢？王亞平老師給了我們一個啟發(fā)。兩個同樣的彈簧，吊著不同質(zhì)量的物體，在地球上肯定是一長一短，質(zhì)量大的彈簧更長。但在太空中沒有重力，兩個彈簧會保持原樣，當(dāng)它們被拉到相同位置后，由于彈簧回彈的彈力（彈力系數(shù)）不變，所以兩個彈簧回彈的速度會不一樣。最后的結(jié)果就是，質(zhì)量大的物體回彈速度慢，質(zhì)量小的物體回彈速度快。因此，通過測量速度，航天員就可以獲得質(zhì)量的數(shù)據(jù)。

試想一輛大貨車和一輛小轎車，以同樣的馬力發(fā)動，哪輛車的速度變化更快呢？沒錯，當(dāng)然是小轎車更快，因?yàn)榇筘涇嚨馁|(zhì)量更大，因此需要更大的力去推動才能獲得同樣的速度。其實(shí)，這種測量的原理，就是根據(jù)牛頓第二定律演變而來。

由此，有關(guān)地球質(zhì)量的研究就自然而然地擺到了我們的面前。人們意識到地球是如此之大，大家也絕對無法搞一個彈簧秤去稱。但如果我們利用牛頓萬有引力定律，是否可以實(shí)現(xiàn)稱地球的質(zhì)量？我們在某一地方測出物體所受的重力，就可以求出地球的質(zhì)量。

1750年，英國19歲的科學(xué)家卡文迪運(yùn)用牛頓萬有引力定律——“兩個物體間的引力與它們之間的距離的平方成反比，與兩個物體的重量成正比”—— 通過利用細(xì)絲轉(zhuǎn)動的原理，設(shè)計(jì)了一個測定引力的裝置，用一個鉛球作參照，測量并計(jì)算出地球的質(zhì)量為6億億億千克。當(dāng)今，運(yùn)用現(xiàn)代科技測量的結(jié)果為5.976億億億千克。