地球是我们的家园。从46亿年前开始，无数生命在这里繁衍生息。自人类诞生以来，他们就一直在不断探索地球的奥秘，从地球上所有的动植物到各种元素物质，从微生物到远古生物，似乎地球上所有的奥秘都在逐渐被揭开由我们解决。

此外，随着人类科技的不断进步，地球本身的秘密也在慢慢被揭开。在科学家的推算下，人类知道了地球诞生的时间、地球结构的组成、生命进化的过程以及地球在宇宙中的样子。

人类进入外太空后，拍下了很多宇宙的照片。当我们看到太空是一个虚无的宇宙和悬浮的天体时，我们不禁要问，为什么重达60万亿亿吨的地球一直漂浮在太空中而不坠落？

宇宙中的重力

在地球上，一切都“坠落”。东西拿不稳会掉到地上，飞鸟被霰弹枪击中也会掉到地上。直到熟透的苹果落在牛顿身边，他才明白了万有引力的概念，并解释说世间万物落到地球表面的现象是由万有引力引起的。

因为地球本身有引力，所以一切都在“下落”。如果地球瞬间失去重力，保护我们的大气层就会逃逸，地球表面的一切都会被地球的自转和公转甩出。”，所有的动物、植物、建筑物、人类甚至海水都将消失在宇宙中。

那么什么是重力？

为什么地球有引力？如果我们使用“马赛克图”，我们可以看到地球的引力是由它自身的质量引起的时空弯曲。大地就像一个玻璃珠放在棉花里，棉花里面压了一个坑，所以玻璃珠周围的棉花变成漏斗状，一定范围内的一切都会向玻璃珠滑去。因为地球拥有地球上最重的质量，并且没有外力来抵抗向下滑动的力，所以地球上的一切都受到重力的束缚。所以牛顿说质量会产生引力。

在太阳系中，占整个太阳系质量99.86%的太阳是“最重的玻璃珠”。如果把太阳比作地球，那么太阳系中的其他天体就像地球上的生物。

太阳的质量产生了巨大的引力，吸引了它周围的所有天体。

在银河系中，像太阳系一样的星系数不胜数。虽然太阳系距离银河系中心有26000光年，但银河系的质量大约是太阳的8000亿倍，所以即使太阳系如此庞大，距离银河系如此遥远道，还是算是被天河牢牢吸引了。有人可能会问，人类之所以没有继续“坠落”，是因为他们的脚已经踩在了地球上，那么地球为什么没有“粘”在太阳上呢？但是绕着太阳转呢？会不会是地球离太阳越来越近了，而我们还没有注意到呢？

牛顿大炮

事实上，不仅地球没有接近太阳，太阳系也没有接近银河系。

因为有一种力抵消了万有引力，所以地球和太阳之间的距离几乎保持不变。否则，在重力的持续作用下，地球早就“化为灰烬”了。要解释为什么地球绕着太阳在一个固定的轨道上公转，可以用牛顿大炮来解释。

牛顿大炮是著名物理学家艾萨克·牛顿的思想实验。他用自己的想象力解释了行星运动的动力来源。牛顿假设，如果在一座非常高的山上发射一门大炮，没有重力和阻力，炮弹应该沿着远离地球的直线行进。如果有重力，弹丸的轨迹将是抛物线。弹丸初速越高，下落飞行时间越长，弹丸初速越慢，下落速度越快。

发射的炮弹受到地球引力的影响，从远离地球的直线变为绕地球的曲线，但由于它有初速，不下落，所以会在刚好能到达的地方摆脱重力，但不完全。摆脱重力状态。这时，炮弹会像小狗在绳子上一样绕地球一圈。刚好使贝壳绕地球自转不掉也不飞出去的速度是宇宙第一速度。

如果初始速度太高，则弹丸在椭圆轨道上绕地球运行。如果初速度较大，弹丸就可以完全脱离重力，飞向遥远的外太空。它能够逃离地球的速度是第二宇宙速度。但是飞出地球之后，还是会受到太阳引力的影响，但是如果这个速度能够快到刚好“抵消”太阳的引力，那么这个速度就是第三宇宙速度了。

也就是说，如果科学家要发射一颗绕地球运行的卫星，就必须准确测量第一宇宙的第一速度。如果要发射宇宙飞船探测火星，就必须达到第二宇宙速度，如果要发射飞出太阳系的探测器，就必须达到第三宇宙速度。

如果仍然难以想象，使用较小的示例可能更直观。如果你掉进一个陡峭的漏斗形大坑，并试图直接爬上去，你会因为重力而掉回坑里。如果你沿着漏斗坑的内部绕圈，你可以螺旋向上。但是如果你跑得太慢，你还是会摔倒，如果你跑得更快，但不足以抵消重力，你会一直在转圈，上不去。

如果跑得够快，就可以从坑底顺利跑到坑外。为什么月球绕着地球转？为什么地球绕着太阳转？为什么太阳系围绕银河系旋转？都是因为它们的速度刚好抵消了万有引力，所以它们既没有飞出轨迹，也没有完全被万有引力束缚。

既然引力的大小是由物体的质量控制的，那么我们必须知道地球的质量，才能测量出宇宙速度的具体数值。地球的质量是如何计算的？

地球的质量有多难“缩放”？

两百多年前，人类自然科学已经发展了一定的基础。

那时，人们已经通过测量和计算得到了地球的半径和表面积，也通过计算知道了地球的体积，但是没有人计算出地球的质量。因为当时计算质量的公式只是密度乘以体积，但地球的结构复杂到无法得知地心深处的结构密度。所以如果你想知道地球的质量，你必须找到一种新的方法。发现万有引力的牛顿被寄予厚望。

牛顿发现“任何两个物体都相互吸引，引力的大小与两个物体质量的乘积成正比，与它们中心距离的平方成反比”。所以我想通过数值插入公式来计算地球的质量，但由于两个物体之间缺乏引力而失败。

之后，法国科学家布格爬上山，用“铅垂线法”计算了山与铅球之间的引力，打算用这个值来填补牛顿构想中的缺失值，然后计算地球的质量。但由于山体与铅球之间的引力太低，风等因素也对数据结果影响很大，所以测量地球质量的希望又一次破灭了。

有人预测，人类永远不会知道地球的质量。但不久之后，一位科学家发明了扭力天平来打破这个寓言，这个人就是英国科学家亨利·卡文迪什。

地球的质量

据科学家计算，地球的质量约为5.965×10^2kg，即60万亿吨。这么大的数值，又没有电子秤这种东西，科学家是怎么计算出来的？

更令人惊奇的是，早在1798年，也就是两百多年前，地球的质量就被英国科学家亨利·卡文迪许用扭力天平“称重”了。但“称重地球”并不容易。作为当时最有影响力的科学家之一，他用了近50年的时间来“称量”它。

“给地球称重”是当时科学家们最感兴趣的谜题之一，亨利·卡文迪也被它吸引了。1750年，他听说剑桥大学研制出一种新的测量重力的装置，于是就去研究了。经过研究，亨利·卡文迪设计了另一套测量重力的方法：用丝线将两节重量相等的小铅球悬挂在一个“哑铃”上，然后用两个大铅球相互靠近，在重力作用下重力，“哑铃”会旋转，细线会扭曲，细线扭曲的程度可以反映重力的大小。

从逻辑上讲，从这个原理得到的数值已经可以证明地球的万有引力，因此可以通过数值计算来得到地球质量的大小。但是，由于细线很小，所以用肉眼观察时几乎看不到细线的扭曲程度。直到亨利卡文迪外出旅行，他看到几个孩子用镜子反射阳光，镜子反射的光点在阴影中非常明显。亨利·卡文迪也受到启发，对自己的引力装置进行了改造。

回到实验室后，亨利·卡文迪在细线上固定了一面小镜子。

当细线被扭曲时，被镜子反射的光点会在相应的刻度上移动，移动的距离就是细线。扭曲程度。小镜子大大提高了设备的灵敏度。之后，HenryCavendy采用其他方法来改善设备的缺点，保证数据测量的准确性。后来这种仪器不断改进，直到可以测量重力，被称为“扭力天平”。

1798年，67岁的亨利·卡文迪用扭力天平测量重力，然后根据牛顿万有引力定律计算出地球的质量，解决了困扰人类几个世纪的难题。他也被称为“第一个称地球的人”，因为他是第一个测量地球质量的人。