地球为什么不是完美的球体

新浪科技 2022/4/6 10:39:27 责编:潇公子

北京时间 4 月 6 日消息,据国外媒体报道,如果用一根足够长的卷尺,从地球的中心开始测量,那地球的最高峰还会是珠穆朗玛峰吗?答案是否定的。如果以这种方式测量,那地球上最高的山峰应该在另一个半球:厄瓜多尔的钦博拉索山。

地球呈略微扁平的椭球形,在赤道隆起。

▲ 地球呈略微扁平的椭球形,在赤道隆起。

钦博拉索山之所以距离地心最远,是因为地球的两极实际上受到了挤压,就像有人用双手按住一个球的顶部和底部一样。于是,厄瓜多尔所在的赤道就向外凸出。地球并不是一个完美的球体,而是大致呈椭球形,在赤道附近略有隆起。

事实上,大多数行星和卫星都不是完美的球体,而是通常会以这样或那样的方式被压扁。那么,导致这种现象的原因是什么呢?答案是离心力,即一个旋转物体所受到的明显向外的力。

旋转的行星会受到离心力的作用。在日常生活中,我们也常看到离心力的作用:当你坐在椅子上旋转时,你应该会感到一股远离身体中心的拉力;你的胳膊或腿也许会摆动起来。有时,当我们坐在旋转木马上时,旋转木马会有些许额外的力作用在我们身上,使我们感到被拉向一边。

由于行星和卫星的旋转,离心力导致它们在赤道处膨胀。这种影响可能非常微妙,但木星和土星这样的巨型行星就是很好的例子。仔细观察这两颗气体巨星的全球图像,你会注意到它们都被轻微挤压,中间隆起。在太阳系中,木星的自转速度是最快的,绕轴旋转一次的时间不到 10 小时,由此造成的木星赤道隆起,在地球上用业余的小型望远镜都可以很容易看出来。土星的自转速度也非常快,其外形呈现为椭球体,赤道直径与两极直径之比相差大约 10%。物体旋转速度越快,其受到的离心力就越大。

离心力作用于天体的一个极端例子是矮行星妊神星(Haumea),呈明显的椭球形,其长半轴可达短半轴的两倍。

▲ 离心力作用于天体的一个极端例子是矮行星妊神星(Haumea),呈明显的椭球形,其长半轴可达短半轴的两倍。

离心力作用于天体的一个极端例子是矮行星妊神星(Haumea)。这颗矮行星位于柯伊伯带,是太阳系的第三大矮行星。据估计,妊神星的质量约为冥王星的三分之一,具有极快的自转速度非常快 —— 每 4 个小时旋转一次。尽管尚未直接观测到它的形状,但根据光变曲线计算的结果,妊神星呈明显的椭球形,其长半轴可达短半轴的两倍。尽管如此,据推算,妊神星自身的重力仍足以维持流体精力平衡,因此符合矮行星的定义。

珠穆朗玛峰是地球上最高的山峰吗?

这个问题的答案取决于我们如何对山峰的高度进行测量。众所周知,珠穆朗玛峰是世界上海拔最高的山峰,这是我们小时候就知道的事实之一。不过,还有一些山峰也可以被认为是地球的最高峰,这取决于我们测量的方式。

那么,根据不同的参数 —— 包括海拔最高、从底部到顶部最高,以及距离地球中心最远的地方为最高 —— 来判断的话,世界上最高的山峰都有哪些?

珠穆朗玛峰,位于喜马拉雅山脉的深处,毫无疑问是地球上最著名和最迷人的山峰。自 1953 年 5 月 29 日,尼泊尔夏尔巴人丹增・诺盖和新西兰人艾德蒙・希拉里首次登上珠峰至今,已有 4000 多人成功登顶。据报道,自 1922 年开始有记录以来,这座山已经夺走了 300 多人的生命。

研究人员在过去几十年里多次测量过珠峰。在 2020 年 12 月 8 日,中国与尼泊尔共同宣布了珠峰高程的最新测量数据,显示珠峰海拔为 8848.86 米。这是一个相当惊人的高度,但也提出了一个问题:为什么我们在确定世界最高峰时要使用“海拔高度”?

为了使测量数据具有可比性,我们必须有一个一致认可的基线。历史上,甚至是现在,海拔通常以高于平均海平面的高度来表示。不过,这必须参照标准的平均海平面,因为世界各地的海平面都不一样,而且由于气候变化,海平面也在变化。

厄瓜多尔的钦博拉索山位于赤道附近,其顶峰是地球固体表面最接近外太空的最高点。

▲ 厄瓜多尔的钦博拉索山位于赤道附近,其顶峰是地球固体表面最接近外太空的最高点。

因此,目前的海拔高程是根据数学定义的地球大地水准面来测量的。所谓大地水准面,其实是一个用来测量精确地表高度的全球平均海平面模型。在地球重力场中,大地水准面是与处于自由静止状态的平均海水面相重合或最为接近的重力等位面,即“地球的数学表面”。在大地测量学中,大地水准面被视为地球的物理性状和数学性状;在各类高程系统中,日常被称为海拔高程的正高系统就是基于大地水准面建立的。有了这个平均海平面,我们就能确定山脉的高度。这些测量数据,加上全球定位系统(GPS)的读数,就可以获得非常精确的海拔读数。

因此,所有的山脉高度都是从海平面开始测量的,这主要是出于方便和一致性的考虑。但是,如果只是从底部到山顶进行测量呢?珠穆朗玛峰还会高居榜首吗?

答案是“不”。获得这一荣誉的是夏威夷的一座死火山:茂纳凯亚火山。尽管这座火山的峰顶只高于海平面 4205 米 —— 还不到珠穆朗玛峰的一半 —— 但其大部分山体都隐藏在海平面以下。根据美国地质调查局的数据,茂纳凯亚火山从山脚到山顶的高度为 10211 米,比珠穆朗玛峰高得多。

茂纳凯亚火山从山脚到山顶的高度为10211米,比珠穆朗玛峰高得多。

▲ 茂纳凯亚火山从山脚到山顶的高度为 10211 米,比珠穆朗玛峰高得多。

那么,茂纳凯亚火山是否就是地球上最高的山峰呢?这个问题其实完全取决于我们如何来定义“最高峰”。如果地球上没有海洋的话,那茂纳凯亚火山的荣誉就没有任何争议了。我们还可以将其与太阳系中其他没有海洋的天体上的最高山峰进行比较。

让我们再换一个视角,来看一看距离地球中心最远的山峰:厄瓜多尔的钦博拉索山。钦博拉索山在安第斯山脉中并不是最高的山 —— 甚至没有进入前 30 名 —— 但它靠近赤道的地理位置改变了一切。地球并不是一个完美的球体,严格来说是一个扁球体,沿着赤道隆起。这是地球自转所产生的力导致的结果。根据美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的数据,地球的极区半径(6356.75 千米)和赤道半径(6378.14 千米)之间相差 21.39 千米。

钦博拉索位于南纬 1 度,这里是地球隆起最突出的地方;这种地理上的特殊性使得钦博拉索峰距离地心的厚度达 6348.10 千米,比珠穆朗玛峰峰距离地心的距离还要远 2.15 千米。

简而言之,珠穆朗玛峰是地球海拔最高的山峰,而如果不考虑海平面的话,茂纳凯亚火山无疑是世界上最高的山峰。相比之下,要证明钦博拉索是地球最高峰的难度较高,因为这完全是一个视角问题。

当然,无论你选择哪一座山,它的高度都比不上太阳系中已知的最大火山 —— 火星的奥林匹斯山。根据美国国家航空航天局的数据,奥林匹斯山的高度约为 25 千米,几乎是珠穆朗玛峰的三倍,其底部直径更是达到惊人的 601.9 千米。

在主小行星带(介于火星和木星轨道之间的小行星密集区域)的小行星灶神星上,还有一个非常明显的地形特征:雷亚希尔维亚盆地。这是太阳系中最大的撞击坑之一,其坑底的中央山峰高度估计在 20 到 25 千米之间,意味着它可能是太阳系中最高的山。

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关键词:地球赤道山峰

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