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丢失的地球引力

今天,为了降低体重秤上的数字,许多人疯狂地节食、运动、吃减肥药,过程艰难,收效也甚微,也许更简单的方法是跑到加拿大哈德逊湾地区,你会发现自己的体重竟然立刻下降了。

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这个地方引力小

哈德逊湾位于加拿大东北部,是仅次于孟加拉湾的世界第二大开阔形海湾,水域面积达到123万平方千米。20世纪60年代,科学家们准备绘制首张地球引力图时,意外地发现哈德逊湾以及周边地区的引力比预估值要低很多,是世界上引力最小的几个区域之一。在哈德逊湾附近居住的居民,会比在加拿大其他地区居住时,体重轻约2.8克,从相同的高度跳下,这里的下降速度永远会更慢一点。
由于距离地心较远,在赤道上,引力是最小的,而随着维度的增加,引力会逐渐增加,到了南北极,引力又达到了最大值。但为什么位于高纬度的哈德逊湾,引力反而变小呢?

引力哪儿去了?

实际上,地球引力的大小除了受到物体与地心距离远近的影响,最主要的决定因素是地球的质量。
我们知道,引力是两个原子之间相互吸引产生的作用力。假如你将两个高尔夫球放在桌子上,这两个高尔夫球的原子之间会产生一种非常微弱的吸引力。如果你将两个质量更大的物体,比如两个铅球放在一起,它们之间产生的吸引力会更大一点。而只有那些由大量的原子构成的物体,比如像地球这样的大质量星球,这时其产生的引力才会是非常巨大的。
所以,物体的质量直接决定着物体的引力。地球是个赤道略凸、两极略扁的椭圆,各处质量并不是均匀分布的,引力也往往并不相同。科学家们推测,哈德逊湾区域引力更小,可能是因为这片区域的地少了一些。
然而,为什么哈德逊湾区域的地会少了一些呢?

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冰盖把地块挤走了

现在科学家们普遍用冰盖理论来解释这一现象。
今天的加拿大和美国北部大部分地区,曾被巨大的劳伦冰盖覆盖。劳伦冰盖为第四纪大冰盖,冰盖面积达1380万平方千米,覆盖的区域最南端能到达北纬36°。其厚达3.2千米,最厚处在哈德逊湾一带,厚达3.7千米。它也很重,沉甸甸地压在地壳上。但随后,由于气候变暖,大约在1万年前,劳伦冰盖融化了。科学家们认为正是这块冰盖的融化,导致哈德逊湾地区引力变小了。
然而,为什么冰川融化,会导致引力变小呢?
为了方便理解,我们不妨打个比喻。想象一下,你的面前有一块蛋糕,当你将手指轻轻放置于上面,会发生什么?你手指压的地方会发生凹陷,凹陷处的“蛋糕”会向两边挪动。当你把手指移开,蛋糕又会反弹回正常状态。
你的手指就像冰川,那块蛋糕就像地表。当厚重的冰川压着地表时,地面会发生凹陷,凹陷处的“土地”会向两边挤。但与蛋糕不同的是,地表凹陷处被挤走的“土地”并没有重新反弹回来,因为它的反弹速度非常缓慢,每年不到2.54厘米。所以,当劳伦冰盖压融化后,由于其土地已被挤压到两边,哈德逊弯周边区域质量会变小,而质量小也就意味着引力小。

其他的原因

为了证明劳伦蒂斯冰盖确实能对地球引力产生影响,美国哈佛-史密松天体物理中心的科学家们进行了一项庞大的研究。他们使用了GRACE卫星收集到的2002年4月~2006年4月期间的数据,进行了一番复杂的计算。GRACE卫星由两颗卫星构成,两颗卫星相距220千米,在距离地面500千米的轨道上运行。
当第一颗卫星飞过哈德逊湾地区时,引力的减少会使这颗卫星稍微偏离地球和它身后的姊妹卫星。由于GRACE卫星的位置能以微米级的精确度测量,所以能探测到这种距离的微小变化,随后据此计算出引力的变化。
通过这些数据,科学家们绘制出了上一次冰河世纪时期哈德逊湾的地形图,当时它仍被劳伦冰盖覆盖着。这张地形图显示哈德逊湾地区在1万年前,其东部和西部两个区域冰层更厚,凸起的程度更高。而计算结果也表明,今天这两片区域的引力也确实比哈德逊湾其他地区更小。这就说明研究者的推测是正确的。
不过,这次的研究也表明,冰盖理论只能解释哈德逊湾地区25%~45%的引力异常,另外的影响因素是该地区的地质活动。
我们知道,固体地球由地壳、地幔、地核构成。在地表以下100~200千米处,为地幔的软流层。这一层温度非常高,固态物质部分熔化,具有类似流体的性质。滚烫的岩浆做着缓慢的上升或者下降运动,形成一个环形的对流体。
当对流体上升时,会造成陆地板块的隆起,形成山脊,而下降时,会将覆盖在其上的大陆板块拖曳下来,减少该区域的质量。科学家们认为,哈德逊湾地区正处于软流层下降地段,这就是该地区引力异常的另外一个重要原因。
至此,困惑科学家40多年的哈德逊湾引力丢失之谜终于破解了。科学家们预计哈德逊湾地区的地表要反弹回最初的位置,还需要花费5000年的时间,届时哈德逊湾地区丢失的引力会重新被“找回来”一部分。

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