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《地球的故事》:地球每天接受了那么多的阳光照射,植物通过光合作用生长出那么多,树木,那么地球的重量是否会越来越重呢? 答,不对,从直觉上看,地球每天都在接收大量的太阳光(能量),那么质量应该会增加才对。 然而,实际情况要复杂得多,并且结论是地球的总质量实际上是在缓慢地减少,而不是增加。 下面我们来详细拆解一下这个过程: 1. 地球的“增重”项:来自太阳的能量和物质 确实,地球每天都在接收来自太阳的辐射。 · 能量输入(根据质能方程 E=mc²):太阳光是一种能量。根据爱因斯坦的质能方程,能量和质量是等价的。所以,照射到地球上的阳光,确实为地球带来了极其微小的“质量”。 · 计算一下:地球每秒接收的太阳辐射总功率约为 1.74 x 10¹⁷ 瓦。根据 E=mc² 换算成质量,大约是 每秒1.9公斤。 · 一年下来,通过阳光能量增加的质量大约是 6万吨。 · 物质输入:除了能量,还有微小的星际尘埃和陨石等物质会落到地球上。这部分是实实在在的质量增加。每年大约有 4万 到 10万吨 的星际尘埃和陨石落入地球。 小结: 地球每年通过“光照(能量)”增加约 6万吨 质量,通过“落入物质”增加约 数万吨 质量。总计每年“增重”大约 10万吨 左右。 --- 2. 地球的“减重”项:大气逃逸和能量辐射 现在来看地球失去质量的部分,这部分更为关键。 · 大气气体逃逸:地球的引力无法永远束缚住所有大气分子,特别是最轻的一些气体,比如氢和氦。它们会从大气层顶部热运动达到逃逸速度,永久地离开地球。这是地球质量损失的最大头。 · 每年损失的氢气约为 95,000吨。 · 每年损失的氦气约为 1,600吨。 · 仅这两项,每年就损失了约 10万吨 的质量。 · 能量辐射(地球本身的散热):地球内部有巨大的热能(来自放射性衰变和形成初期的残余热量),它也在不断地向寒冷的太空辐射热量(主要是红外线)。和太阳光一样,根据 E=mc²,散失能量也等同于散失质量。 · 地球每秒向太空辐射的能量,换算成质量大约是 每秒16公斤。 · 一年下来,通过自身散热损失的质量高达 50万吨! --- 3. 最终的“体重秤” 现在我们来做一个简单的加减法(单位:吨/年): · 增重 (+): · 阳光能量:+ ~60,000 吨
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