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談“天”說“地”

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  談“天”說“地”

  勞燕

  文新傳媒

  《荀子》有言:“不登高山,不知天之高也;不臨深溪,不知地之厚也。”意思是說,不身臨其境,就不知道真實情況。莊子說:“吾不知天之高也,地之下也。”《莊子·讓王》)是說不知道天有多高,地有多深。後來引申成一個成語:不知天高地厚。用來形容驕狂無知。

  漢語“天”,在甲骨文和金文中,“天”是一個腦袋被着重畫出的小人,本義為“頭”,后引申為“天”。《易經》象曰:“天行健,君子以自強不息。”(乾卦)。意思是說,天(宇宙)的運動剛強勁健,相應於此,君子應剛毅堅卓,發憤圖強。“天”是中華文化信仰體系的一個核心。狹義僅指與地相對的天,即人類生存範圍(地球)以外的空間(天空),宇宙空間。廣義上的天,即道、太一、大自然、天然宇宙。天有神格化、人格化的概念,指最高之神,稱為皇天、昊天、天皇大帝、皇天上帝、昊天上帝等。

  漢語“地”小篆從土,也聲,本義作“元氣初分,輕清陽為天,重濁陰為地,萬物所稱列也”解。《易經》象曰:“地勢坤,君子以厚德載物。” (坤卦)。朱子《本義》本《說卦傳》:“坤也者,地也。萬物皆致養焉。坤,地也,故稱乎母。”這是對大地母親至高也是最質樸的讚譽。大地厚土,承載萬物。

  乾坤天地,在天成象,在地成形,氣象渾厚。天地運行,自然大道與四時更替,演繹着萬物成長的過程。

  這裡說“天”道“地”,“天”,是指與地相對的狹義的天,就是天空,即地球以外的空間,宇宙空間。“地”,是指承載萬物的大地厚土狹義的大地厚土,就是地球球體。

  天有多高?仰望天空,可以見到的天空是一片藍色,所以天空又有“藍天”之稱。藍天究竟有多高呢?這個問題,荀子登上高山似乎也解決不了。前蘇聯科學家曾坐氣球對天空的顏色作了一次專題觀測。他們從地面上升至八點六公里的高空時,天空一直是藍色的,當上升到十點八公里的高空時,天空成了暗藍色,再上升到十三公里高空時,天空呈暗紫色,十八公里以上的高空,由於空氣非常稀薄,光不發生散射,天空成了一片暗紫色,這時,天空出現了大地厚土上的人類從未見到過的景觀:太陽和星星同時爭輝!據此,他們得出結論:所謂藍天,只是在離地面十公里左右這段天空中。

  “天空”,在空間學上,是指“天”和“空”。

  “天”指太空,地球上110千米以上空間,110千米是人造衛星航天器等可以運行的最低高度。“空”是指離地面有一定高度,但不高於110千米的範圍。這也是“國家領空”的最高高度。具體說,“天空”分為:對流層——是大氣的最低層,其厚度隨緯度和季節而變化。在赤道附近為16-18km;在中緯度地區為l0-12km,兩極附近為8-9km。夏季較厚,冬季較薄;平流層—— 從對流層頂到約50km的大氣層為平流層;中間層——從平流層頂到80km高度稱為中間層;熱層——從80km到約500km稱為熱層;逃逸層——熱層以上的大氣層稱為逃逸層。這層空氣在太陽紫外線和宇宙射線的作用下,大部分分子發生電離;使質子的含量大大超過中性氫原子的含量。逃逸層空氣極為稀薄,其密度幾乎與太空密度相同,故又常稱為外大氣層。由於空氣受地心引力極小,氣體及微粒可以從這層飛出地球致力場進入太空。逃逸層是地球大氣的最外層,該層的上界在哪裡還沒有一致的看法。實際上地球大氣與星際空間並沒有截然的界限。有一種說法,人眼所見的天空,只有400—1000米。這個說法是不科學的,人眼能看到的天空,相當遙遠。比如,人眼能看到在平流層飛行的飛機,也能看到在太空的星星。

  天有多高?其實是天有多大問題。這是一個概念性問題,取決於定義的角度。一般有兩種定義:一是以觀測者看到的範圍來確定其大,二是指地球以外的無窮大。

  談天有多高暫且打住,現在來說地有多厚。地有多厚?古代中國對地球的概念,認為大地是四方的,四面是水。以後才知道大地原來是個球體。科學地說,地球是梨形的(北極像梨頭小些),所以,說地厚,從現代意識而言,似乎是指地球的直徑、周長,也是指地球有多大,其實是說地球的質量,問題就是地球有多重了。

  地球的重量其實不是一個不可知數。那麼,地球究竟有多重?你不見得有那麼一竿稱吧。世界之大,無奇不有,世界上確乎有“稱地球”的人和事。而第一個“稱”地球重量的人,是英國科學家卡文迪許。

  卡文迪許經過深入研究,覺得利用牛頓的萬有引力定理是“稱”出地球重量的惟一辦法。可是,卡文迪許在實驗室里採用這種辦法時,遭遇了極其無可奈何的困難。因為沒有和不能製作諸多既精確又龐大的度量儀器。比如,兩個一公斤重的鋁球,當他們相距十公分時,相互之間引力只有百萬分之一克,即使空氣中的飄塵,也能干擾它的準確度。根據萬有引力定理和引力思路設計的“稱地球”儀器,顯然不足以解密地球重量,如何為地球稱重?問題猶如一把密鎖,需要一把密匙來打開。卡文迪許為這把密鎖和密匙問題,整天冥思苦想。這一天,卡文迪許看見幾個小孩用小鏡子反射太陽光玩,鏡子稍一翻轉晃動,反射到遠處的太陽光斑就會大幅度變位移動。機會總是給予那些勤奮追求與期待者,靈感一般只會從少數如卡文迪許這種天才產生。小孩的鏡子的晃動的光,如同一把密匙射流般碰撞到了那把密鎖,密鎖轉動了!卡文迪許連忙按照這個原理改裝了實驗儀器,測量的靈敏度由此大大提高,密鎖打開了!

  就這樣,世界上,卡文迪許第一個“稱”出了地球的重量,時間是在1798年。

  二百多年前,人類文明地宣告:地球質量的數值是5.977x1024公斤,即將近60萬億億噸。

  地球重量問題就這樣解決了,地球的重量就這些了嗎?不,地球的重量是在變化着的。

  二百多年來,地球發生有諸多增重因素:每年有40000噸的太空粉塵塵埃落定在地球,是地球增重最主要因素;地球每年因溫度上升而獲得自增重量約160噸;來自天外飛來地球的隕石重量也相當可觀,目前已知的世界最大鐵隕石有60噸重。

  地球還有諸多減重因素:地球在宇宙太陽系公轉、自轉的運行中,每時每刻都會甩掉許多太空垃圾;地球大氣層不斷逃逸的極輕氣體,地球每年失去約95000噸氫氣,每年會散失約1600噸氦氣;每一次火山噴發過程中,會使一部分煙灰飄落到太空中......在這些變輕因素中,地球每年約要變輕50000噸。

  地球究竟有多重?最近,美國科學家運用新的測量方法為地球稱重,加減上述各種地球增重、減重因素,新測得的地球重量約為5.972x1021噸,比“過去”輕了600億億噸。