地球為什麼是圓的?

陳胖子AI記錄


已經知道宇宙中物質在作圓周運動,小到原子大到星系,它們達到引力與動能的平衡狀態,引力與動能相當它們呈正圓,互不相當則呈橢圓形,這是一方面。

行星誕生之初,旋轉星雲凝聚為自轉星球,冷卻後就是大大小小的固態星體。假如它只是一塊大岩石時,凝固後的形狀會一直保持,旋轉力不足構成形狀的改變。這也是太空中無數的小星星是奇形怪狀的原因。

大塊星雲在引力作用下形成的行星達到某一上限,星體內部強度不能抗衡自轉力作用,還有星體內部放射性物質產生的熱能比星體散向太空的熱能高,星體內部有溶岩層出現,這樣星體表面發生移位,在引力作用下趨向圓形,圓形的地球就是在我們腳下了。


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因為當一個天體足夠大(一般是直徑500km以上)的時候,就會因為自身重力而坍塌成球形,這個狀態叫“流體靜力學平衡”,而如果天體比較小,那麼就會更傾向於保持它原本的形態,頂多在自轉軸的方向上因為離心作用而變扁一些。是否達到流體靜力學平衡,是判斷一個天體是否是行星的指標之一,所以地球、木星、金星都是近乎標準的球體,不會是其他不規則形狀。

為什麼不是橢球?嚴格說來,自然界不存在標準的球體,軌道也不存在標準的圓形,形狀上的偏心率總之存在的。所以嚴格來說,你說這些天體是橢球也是沒有問題的,尤其是對比赤道方向和兩極方向,因為自轉離心作用,天體都會有“兩極稍扁,赤道略拱”的橢球趨勢,但這種形狀上的差異非常微小,相比於地球6400km的平均半徑,地球的赤道直徑只比兩極大43km,肉眼根本看不出是橢球來,至於地球表面的高程起伏,地球上最高的山只有8000多米,最深的海溝只有一萬多米,最大起伏也就兩萬米左右,這點高程起伏就更加無法被肉眼發覺了。也就是說,如果你現在站在月球或者火星上,看到的地球是非常標準的圓形,既看不出橢球形態,也看不出高程起伏。

(圖:上帝視角的你看地球長這樣。來源:維基)

至於很多人會拿這張圖來說明地球實際上是凹凸不平的?這根本就不是地形圖好不好?!這類圖要麼是重力異常圖(每個點的實際重力和按距離算出來的這個點的理論重力的差值,體現的是地球內部質量分佈的不均勻性),要麼是大地水準面差距圖(通過重力異常數據算出來的這個點和重力基準面的高度差),而且還是為了讓讀者有鮮明的視覺認識所以刻意做了對比加強的(比如把差異值擴大幾百倍)。


haibaraemily


先放開思路,假設地球是方的

方形的地球,水和大氣都集中到了方塊的中間,正方體的幾個尖角完全聳立到真空之中。好處是,發射人造衛星省事很多,直接背到真空地界,無空氣阻力的發射。

but!整個星體,只有中間一點地方,重力方向是垂直向下的。其他大多數地方,重力方向和地面都不是垂直,走在上面感覺就是陡坡。

尖角位置的物質,很容易往中間掉。經過千萬年的演化,尖角處的物質最終解體,墜落並填補到正方形的中間處,地球變成了圓形球體。


那如果地球是橢圓形:

海洋和大氣就集中到地球的腰間,球“頭”球“尾”裸露到真空中。

同樣,頭尾的物質容易向中間墜落,最後無限接近正圓形。


至於五邊型,圓柱形……就不再一一舉例了,最後都會變成近似正圓形。因為只有正圓形的球體,表面物質和重心的距離才一致,達到同一“水平”狀態,不再有墜落,物質狀態平衡,


其實,在古早地球形成之初,之初,之初……總之就是剛剛出現一坨相對大坨的星際物質的時候,也就是地球處於星球胚胎的時候,就開始變成近似正圓形了,但凡有哪塊地方偏離正圓形,就會出現所謂的“地勢高低”,高處物質就慢慢解體彌補到低處,回到近似正圓形。


毒雞湯挖掘機


我們生活的地球是什麼形狀的?我們對這個問題的認識經歷了一個漫長的過程。

在兩千多年前的周朝,人們認為大地如同一個棋盤,是方方正正的形狀,而且是平的,而天就像一口鍋一樣倒扣在大地上,這就是天圓地方。到了之後的東漢,天文學家張衡提出了渾天說,認為天和地就像雞蛋一樣,天是蛋殼,地是蛋黃,天包圍著地。渾天說已經認為地球有一個球一樣的形狀。而古希臘的亞里士多德也認為地球是一個球一樣的形狀。到了近代,麥哲倫環球航行真正地證實了地球是一個球體。

但是,地球地球,地球真的是一個標準的球嗎?其實不是的。通過現代的科技手段,我們知道地球是一個不規則的球體。地球的形狀是一個兩極稍扁、赤道略鼓的球體,赤道的平均半徑是6378.38千米,兩極半徑是6356.89千米。但是,更準確的說,地球是一個“三軸橢球體”。地球的北極地區高出了18.9米,而南極地區則低了24-30米,所以地球就像一個梨子,一個扁的梨子,赤道部分鼓起,北極有點尖,是“梨蒂”,南極有點凹,是“梨臍”。

地球為什麼會長成這種奇怪的形狀呢?最大的原因是地球的自轉。如果我們放鬆身體,只有腳上用力,讓我們原地轉起來,你會發現你的手臂被甩起來了。地球也是這個道理,由於地球也在轉,它也會被甩出去,這樣,赤道部分就比較“胖”了。

至於地球長成梨子一樣的形狀,這是因為地球公轉、自轉,陸地和海洋的分佈等各種因素的影響了。


深空電報


地球是我們賴以生活的家園,保護地球環境,人人有責,良好的環境,我們才能夠更好的生活下去,在古代,人們認為地球是方的。後來人們知道了地球是圓型的,一個球體的形狀,那麼為什麼地球是圓的而不是其他形狀的呢?其中的原因是什麼?

  為什麼地球是圓的?

  你知道地球是什麼形狀的嗎?很多人肯定會脫口而出:當然是球形啦。這可是上至成年人下至幾歲的小孩都知道的常識。但是,人類祖先最初並不知道大地是球形的。比如古印度人曾認為,大地就是一個大圓盾,由站在烏龜背上的三頭大象所託起。

  遠在人類社會早期,華夏先祖就已具有了樸素的天地觀,形成了著名的“天圓如張蓋,地方如棋局”的“天圓地方”說。公元前6世紀,古希臘數學家畢達哥拉斯率先提出了“地圓說”。他在觀察月食時,發現大地在月球上的投影是圓的,因此認為大地是完整的球體。他首次提出了“地球”這一概念,並認為宇宙中球形是最完美的。到了公元前350年左右,另一位古希臘學者亞里士多德對“地圓說”提出了多項有力的論據:從港口看出海的船舶,不管向著哪個方向航行,其船身總是先從海面消失;月相變化顯示了地球的形狀;向南北方向做長途旅行的人會注意到,南方能看到在北方看不到的一些恆星。並且他推斷,大地不僅是球形的,而且其直徑不會太大。公元2世紀時,另一位古希臘科學家托勒玫在他的《天文學大成》中也提出了地球是球形的觀點。

  1519年9月,葡萄牙航海家麥哲倫受西班牙王室的派遣,率領256人組成龐大的遠航船隊從西班牙出發,一直向西行駛,歷時3年。於1522年9月船隊回到西班牙,以人類歷史上第一次環球航行無可爭議地證明了地球是圓的。

  100多年後,牛頓在研究地球旋轉的離心力時計算出,兩極的扁平度約為地球的1/230。也就是說,地球是個扁橢圓體,赤道部分向外鼓出,兩極地區則呈扁狀,而非標準的圓球體。

  今天,隨著航天科技的發展,人們已能從太空中準確觀測到地球的形狀,在一片茫茫宇宙中,那呈現出美麗的蔚藍色、東西半徑略長而南北半徑略短的橢圓球體正是我們生於斯長於斯的地球。


天馬行文


為什麼地球是圓的?

地球形狀為:不規則的圓形

從小,老師就告訴我們:地球是圓形的,還給看實驗室的地球儀來證明。那時還覺得很新奇,原來我們居住的地球是這的。於是對地球的形狀產生了初步的認知。後來我們慢慢長大以後發現,原來地球和小時候看到過的地球儀是不一樣的,沒那麼圓,呈現不規則的圓形,也有稱之為橢圓形。


其實看NASA官方公佈的各種數據比較容易發現,除了地球,很多其他行星恆星衛星(像水星、金星、火星、木星、土星,加上天王星、海王星基本的外形都是相似的)都看上去呈現的是不規則的圓形,這裡放幾種猜想:

1 這可能課宇宙物質以及規則衍生形成的。

2 也有可能原本是不規則形狀,後來由於宇宙的各種隕石亂流碰撞摩擦最後形成圓形。

3 當然還有一種大膽猜設,可能一個行星的產生是由原本是一塊隕石,由於該隕石具備很強的吸引力把宇宙中漂浮的其他隕石給吸引並且吸附過來,最後和本身融合,這樣久而久之慢慢的發展稱為一顆行星。

4 終極猜測,會不會存在和小說中所提到的“仙”,他們掌管一方宇宙,擁有造宇宙物質的能力,造物形狀是類圓形可能是根據心情來的吧,哈哈。


當然,自我國古代就有人提出“天圓地方”之說。

據古籍記載,其中著名天文學家張衡也曾經提出

“天之包地,擾殼之裹黃”

的說法,雖不知古人如何測量所得出的結論。不過此結論和如今使用衛星以及其他高科技探測儀器所探測出的結果相差不大。這裡不得不感嘆古人的智慧。


旅途電影


這個問題很有意思,是一道高中物理題。不過既然已經打算要解決問題,我們應該更準確的說地球是一個橢圓形。

地球本身是想成為一個標準的圓形的。為什麼呢?這主要取決於地球表面物質積累的方式以及沉降機制。地球表面物質的積累和沉降都是受到萬有引力控制的。當我們分析地球對物體的引力時,常常要把地球的地心算作引力的作用點,這從側面反映了引力的作用方式。引力是一種非接觸力,力的作用是通過場來體現的。以靜電荷的電場為例:孤立的點電荷的場分佈是球狀刺模式的,在與點電荷距離相等的位置上場的強度都是一樣的,方向是半徑的延伸方向。所以,等勢面恰好是與場源電荷距離相等的所有點的集合,即以場源電荷為球心的球面。

靜止的地球的引力場也是類似的球狀刺模式,垂直場線的等勢面的分佈是球面的,也就是說各處吸引物質沉積是同樣的。這樣物質壓縮就有著各處均勻的趨勢,只有這樣,整體的能量才是最低的,狀態才是最穩定的。這種趨勢的沉降壓縮,就會使得地球呈現球形。

但地球實際是橢圓的,為什麼呢?

那是因為地球並不是靜止的,而是在自轉的。我們可以很輕鬆的理解,本來是球形的橡皮泥,一旦沿著某個直徑旋轉起來,就會有變胖的趨勢。正是如此,自轉的地球在赤道處就稍鼓,而在兩極由於體積“守恆”而顯得稍扁。那麼從力的角度要如何分析呢?

我們知道有一種力叫重力,而且知道它是萬有引力的一個分力。其實如果地球不轉的話,那麼萬有引力就是重力,轉起來了萬有引力就會分解成兩個力。在地球表面的物體看似不動,實則在隨著地球做圓周運動,萬有引力中除了重力剩餘的那部分,就是在提供物體做圓周運動所需要的向心力。在這種狀態下,促使物體沉積與沉降的只有重力這部分。根據向心力F=mw2r,可知赤道處所需向心力最大,因此重力最小,所以沉積壓實較輕。兩極處無自轉,不需要向心力,所以重力最大,壓實較重。這就使地球在兩極處更扁,赤道處更鼓。

這是高中物理必修中,重力一節的知識點,通過這個問題我們知道了地球各處重力加速度是不一樣的,大小和方向都在變化,所以計算是才規定g=9.8kg·m/s,方向豎直向下。


錦繡科學


嚴格意義上來說地球並不是圓的

伴隨著幾何理論、精密儀器、測量技術的發展,人類對地球形狀的認識歷經了球體、橢球體、大地水準面多個階段。

但這張圖反映的不是上述三個概念任何一個,而是參考橢球與大地水準面之間的差異,指出的是地球的非橢球性。

從球到橢球,再到非橢球。為什麼對於地球形狀如此喋喋不休,還得從四百年前說起。

(如果不想了解歷史,而是想直觀感受地球真實形狀,直接跳到最後看視頻吧,尤其是6-10秒,直觀展示了垂向拉伸的過程。

所謂垂向拉伸,就是誇大垂直方向的細節。)

大航海時代後,地球是一個球體的概念深入人心。

1617年,荷蘭數學家斯涅耳發表其著作《Eratosthenes Batavus》,記載應用三角測量法(核心思想是將測距轉變為測弧,後者在當時儀器條件下更易實現)測量了兩個緯度相差1°的小鎮的距離,並以此估計地球圓周為 38,520 公里(現代測量子午線周長約為40,008公里)。

1690年,荷蘭c.惠更斯在其著作《論重力起因》中,根據地球表面的重力值從赤道向兩極增加的規律,推斷地球的外形為兩極略扁的扁球體(Elipsoid)。

1683~1718年,法國卡西尼父子(G.D.Cassini和J.Cassini)在通過巴黎的子午圈上用三角測量法測量弧幅達8°20’的弧長,推算出地球橢球的長半軸和扁率。由於天文緯度觀測沒有達到必要的精度,加之兩個弧段相近,以致得出了負的扁率值,即地球形狀是兩極伸長的橢球,與惠更斯根據力學定律作出的推斷正好相反。

為了解決這一疑問,法國科學院於1735年派遣兩個測量隊分別赴高緯度地區拉普蘭(位於瑞典和芬蘭的邊界上)和近赤道地區秘魯進行子午弧度測量,全部工作於1744年結束。兩處的精密測量結果證實緯度愈高,每度子午弧愈長,即地球形狀是兩極略扁的橢球。至此,關於地球形狀的物理學論斷得到了弧度測量結果的有力支持。同時也促成了米制的誕生:拉普拉斯與拉瓦錫領導的委員會正式決定長度單位“米”為巴黎子午線全長的四千萬分之一。

為了更準確的描述地球,依據弧度測量與重力測量新成果,參考橢球Elipsoid的新參數不斷被提出,左圖為長半軸,右圖為扁率的倒數

19世紀初,隨著測量精度的提高,拉普拉斯和高斯通過對各地弧度測量結果的進一步研究,相繼指出地球的非橢球性,高斯認為有必要基於重力理論定義一個地球表面,1873年,德國數學家利斯廷(師從高斯)首次提出了Geoid (大地水準面)的概念。

大地水準面的物理性質:這是一個假想的重力等位面,在這個面上水流靜止,可被理解為靜止的海平面。現代高程系統便基於此定義。

要認識大地水準面,就可以從這張圖說起:

  1. 注意左下角。這是一張關於Geoid height的圖。所謂Geoid height(大地水準面差距)描述的是Geoid(EGM2008)與Elipsoid(參考橢球面)之間的差距,指出的是地球的非橢球性,反映出地球重力場的不規則性。
  2. 根據右側的圖例,地球上某些地方,其實際重力面偏離了地球的數學表達(參考橢球)多達80m,有什麼意義呢?現代衛星定位手段是基於參考橢球體的;而現代高程系統,直觀意義上的海拔,是基於大地水準面的(我國基於似大地水準面),這就意味著衛星測高(大地高)與海拔(正常高)之間存在幾十米的差距。如果忽略這樣的差距,重力異常較為顯著的局部地區,其海拔高不能體現出其“水往低處流”的重力性質。還有什麼意義呢?經典大地測量由於其主要測量技術手段(測角和測邊)和方法本身的侷限性,測量精度已近極限,但仍有廣袤的荒漠、雨林等艱苦地區仍待探索,如果具有高精度重力異常模型,以後將GPS儀器放在珠峰,對測量值進行大地水準面差距改正,就輕而易舉地獲得了準確的高程值,豈不美哉?

上面這張用以描述“大地水準面差距”的圖並不適合以如此誇張的Vertical exaggeration方式呈現,更多的時候是下面這個樣子,再說一遍,這不是地表高程起伏圖:

繼續認識大地水準面。

Geoid是一個重力的假想面,它可以是W3\\W2\\W1\\W0,你可以根據自己的喜好來確定其中一個作為高程系統的起算面。我國依據實際,根據1952年~1979年的潮汐觀測資料,計算時取9年的資料為一組, 滑動步長為1年,得到10 組以9年為一個週期的平均海面, 取均值得到的結果作為黃海平均海水面。

甚至Geoid也不是一個恆久不變的面,全球水循環、冰川變化等甚至大氣壓都體現出了重力上的細微變化,GRACE,瞭解一下。

總的來說,地球仍然是非常“圓滾滾”的,不然拉普拉斯與拉瓦錫當年在定義度量衡米時就不會選擇地球的子午線作為參照了。可見在他們心中,地球仍是“比較完美”的球形。只不過如今我們已經對地球有了更深入的瞭解...


科技無界


打住!你一口氣問了我四個問題,感覺像打機關槍,你問得急,也得讓別人消化得了,等我慢慢捋捋,一條一條來好不好?

第一個問題,為什麼地球是圓的?



是啊,為什麼不是方的呢?抑或,是平的也行啊?可地球偏偏是圓的!

地球是圓的,自有它成圓的道理。

47億年前,太陽系原始星雲集聚成盤,98%的物質向星雲中心集結,完成了核聚變點火,形成了原始太陽。餘下2%在外圍繼續收縮凝結,由內到外形成十來個行星盤圈(有點像蚊香圈),其中第三圈⭕️有一個物質集中區域,在萬有引力作用下,這個區域的物質像滾雪球一樣,一路掃蕩吸附圈內其它物質,終於越滾越大,最終成為了現在的地球!

這下明白了吧?雪球為什麼是圓的,地球就為什麼是圓的,你能拿出一個方雪球,我就可以給你一個方地球!你若拿不出方雪球,那麼對不起,地球本來就應該是圓的!

第二個問題,為什麼地球會有生物?

這個問題要說複雜,寫個兩三萬字也說不清。要說簡單,特麼的也就四個字交代完了:符合條件!

生物生存需要先決條件,這些條件包括:組成生命體以及保持生命體新陳代謝過程的化學原材料、合適的溫度、足夠的水資源、合適的重力場、低輻射環境等等。這些條件地球通通具備。

地球上有豐富的氮氫氧碳硫等化學元素,是它們組成了玲瑯滿目、繁花似錦、各式各樣的動植物生命體;地球有距太陽合適的距離,使其表面溫度不冷不熱,保證生命體順利生存;地球有佔表面積70%以上的水圈,足夠的水資源保證了生命體繁延生息;地球有厚度合適、組份恰當的大氣層,保證生命體能順利進行新陳代謝生理活動;地球有強度足夠的地磁場,能有效偏轉太陽粒子流和其它有害輻射,保證生命體不受其傷害…

地球的這些先決條件是得天獨厚的,在人們的認知範圍內也是獨一無二的。所以見怪不怪,地球上有生物而其它星球上就是沒有!

第三個問題,世界是怎麼來的?


人們常說,大千世界,無奇不有。那麼這無奇不有的大千世界又是怎麼來的呢?

這麼說吧,兒子來自爹孃,爹孃來自人類,人類來自猴子🐵,猴子🐵來自花果山,花果山來自盤古,盤古呢?他老人家本來就與上帝齊名,可能從一開始就有吧?

第四個問題,世界上真的有黑洞嗎?

我說題主,你已經知道得太多了,這最後一個問題是我的壓箱底,我得有所保留,無論如何也不能告訴你了!


忒孤雅


地球不是圓的,只是大體上近似圓形。非但地球,比較大的天體都是圓的。不然就不叫星球了。這是在形成過程中,由於旋轉造成的。剛開始,一些宇宙物質圍繞一個質點轉動逐漸形成漩渦,越轉越慢,形成球狀。銀河系也一樣,年輕時是漩渦狀,等老了,就會邊緣壓縮,中心突起,逐漸變成球狀。如現在我們發現太空有球狀星團。如此而已。


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