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外星地球长什么样?(组图)

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外星地球长什么样?(组图)

  微博上最近流传着一张“地球素颜照”的图片,图中的地球像个丑陋的土豆。但这张图片显示的并不是地球的真实样子。它只是一张经过夸张放大处理后的“地球重力变化图”。

  从外太空看地球,地球到底长什么样?它会像我们近观那样凹凸不平,像个丑土豆吗?又或者作为一个大部分组成物质都是水的星球,因为自转与公转,而形成一种“纺锤”体形?最近,国际空间站宇航员拍摄的照片或视频上,还常常发现地球表面有一个黄绿色的光圈,那又是什么东西?

  所谓的“地球素颜照”其实来自于GFZ(德国地球科学研究中心)和NASA(美国国家航空航天局)合作的“GRACE项目”,这个项目主要目的是绘制地球的重力场变化。目前该项目已公开过数张类似的“地球重力变化图”。

  什么是重力变化?重力是万有引力的一个分量,在不同的地区是有细微变化的。比如在赤道地区重力较低,而在两级地区较高;在青藏高原较低,在海洋地区则一般较高。此外,在有金属矿床发育的地区,重力一般也较高。欧洲空间局的科学家利用重力卫星上搭载的精密重力仪,可以测出不同地区的重力值并求出差异。而重力及其差异的资料在很多方面都有重要的应用,如大地测量、重力找矿、海平面变化、潮汐,以及其他诸多的地表及地球内部过程,如冰盖厚度变化和火山下的岩浆分布等。

  欧洲空间局曾根据GOCE卫星数据画出第一张全球重力差异模型图,其中红色表示高重力区,蓝色表示低重力区,他们代表两个极端值。全球除了个别地区外,重力的差别其实是非常小的。而那张“地球重力变化图”是研究人员希望更加直观地表示出研究的结果,于是将数据放到一个地球的模型上,并且夸大了比例,形象化地表示出各地重力数值的差异,这张图并不是完全按照比例绘制的。于是,地球看上去就变成了一个“丑土豆”。

  也有人说,如果把地球表面的海洋、植被和土壤等去除后,地球可能的确会呈现出一个“丑土豆”的面貌?其实也不然。

  首先说去除土壤。土壤可以这样定义:自然风化或水流沉积形成的松软土状物质。海洋中也还有一层薄薄的沉积软泥,不到500米厚。如果把它们都算到除去之列,也不会让地球变化更大。因为黄土高原的黄土最深处仅近400米,华北平原的沉积层最深不过6000米,平均不到1000米。而在山区,很多地方的土层连一米都不到,岩石很多时候是裸露的。但这些数据相对于地球6371千米的半径,实在是微不足道。

  海水亦然。青藏高原和大洋底的平均落差大概取值为9000米,它相对地球半径也不过千分之一点五的比例,同样微不足道。

  所以,不管去掉海洋、植被,还是土壤,地球也许会变丑,但也不至于太大幅度地改变外形。

  如何描述地球的形状,这与要求的精度有关。如果精确到几十千米,可以认为地球是个平均半径为6371千米的球体。如果精确到千米,由于地球的极半径是6356千米,赤道半径是6378千米,地球确实是一个赤道稍鼓而两极略扁的不规则椭球体。不过,赤道和两极的半径差别只有约21千米,相对于平均半径来说,实在微不足道。所以从太空中拍到的照片可以更直观地看到地球的形状它确实是一个圆圆的球体。而且由于地球表面70%覆盖着水,所以地球远远看上去,很像一颗晶莹的玻璃球。

  但地球看上去比较圆,并不是因为动态海水覆盖的原因。现在地球的形状,其实是各种力(如地球自转、自身引力、海底扩张、大陆碰撞、火山、地震、风力、水以及冰川等)相互作用的结果。

  几年前,曾有一个“梨形地球”的说法甚嚣尘上。当时这个说法来源于根据GRACE卫星收集到的重力资料描绘出的一张“梨形地球”的彩图。但这种说法也存在误导。2006年时,中国地震局地震预测研究所研究员郗钦文曾著文详细解释过这个“梨形地球”的误会。他说,那张“梨形地球”的彩图,其实已明确指出“是地球的大地水准面剔除地球扁率并放大1000倍的三维透视图”。很明显,是有意夸大了大地水准面起伏的结果。而其中提到的“地球扁率”正是由于地球赤道半径比极半径约长21千米,将这个21千米与赤道半径相比,得到的一个比值,约为1/298.256,正是它决定了地球这个旋转椭球体的扁平程度。他认为,地球上“各阶扰动的影响”,都不能改变地球形状近似于旋转椭球体的科学事实。

  很多国际空间站宇航员拍摄的照片或视频上,常常会看到地球表面会有一个黄绿色的光圈,像一顶神秘的“帽子”扣在地球表面。有人说,那是可见的“大气层”,就像地球的“保护罩”。其实它是一种被称为“气辉”的现象。

  它是发生在大气层高处的光化学反应。当多种原子、分子和离子受太阳紫外辐射激发后回归“正常”状态时,能量便被以可见光和红外线的形式发射出来。这有点像能在黑夜里发光的玩具和涂料。“气辉”多数来自氧原子和分子,它们发出的是绿光,就像通常在极光中看到的一样。其他会发光的元素还包括钠和氮。尽管在大气层各层中都有这些元素,不过明显可见的发光层主要分布在85-90千米的高度,通常是一个6-10千米厚的光圈。这是因为,处于这个高度之下的原子和分子更密集,碰撞更多,会快速地释放出它们的能量。而处于这个高度之上的粒子密度太低。

  对于国际空间站上的宇航员来说,当空间站航行到地球夜晚那半面时,这种光现象最为明显,就像图片中显示的那样,是一个窄光圈。当以图中这种较偏的角度看大气层,而不是从太空垂直往下看时,这个光圈的可见性相对会更高。

  此外,还有很多其他因素比如气温也会在“气辉”现象中起作用。不同时间段的“气辉”,比如夜晚的“气辉”就和白天的也不一样。由于“气辉”的存在,所以地球上的夜晚其实也不会是全黑的。

  “气辉”与极光类似,都是高层大气电离产生,但它们的具体形成机制有所区别。它们在与太阳活动的关系和地理纬度上也存在明显的差异。极光的出现与太阳活动相关,而气辉与太阳活动关系不大,且呈现出周期性和季节性的变化;另外,极光较多出现在磁极附近地区;气辉的发光度也要比极光微弱得多。

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