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外星人眼中地球,像丑土豆?有神秘光环?

所谓的“地球素颜照”,其实只是经过夸张放大处理后的“地球重力变化图”
微博上最近流传着一张“地球素颜照”的图片,图中的地球像个丑陋的土豆。但这张图片显示的并不是地球的真实样子。它只是一张经过夸张放大处理后的“地球重力变化图”。
从外太空看地球,地球到底长什么样?它会像我们近观那样凹凸不平,像个丑土豆吗?又或者作为一个大部分组成物质都是水的星球,因为自转与公转,而形成一种“纺锤”体形?最近,国际空间站宇航员拍摄的照片或视频上,还常常发现地球表面有一个黄绿色的光圈,那又是什么东西?
辩驳①
它不像个丑土豆
所谓的“地球素颜照”其实来自于GFZ(德国地球科学研究中心)和NASA(美国国家航空航天局)合作的“GRACE项目”,这个项目主要目的是绘制地球的重力场变化。目前该项目已公开过数张类似的“地球重力变化图”。
什么是重力变化?重力是万有引力的一个分量,在不同的地区是有细微变化的。比如在赤道地区重力较低,而在两级地区较高;在青藏高原较低,在海洋地区则一般较高。此外,在有金属矿床发育的地区,重力一般也较高。欧洲空间局的科学家利用重力卫星上搭载的精密重力仪,可以测出不同地区的重力值并求出差异。而重力及其差异的资料在很多方面都有重要的应用,如大地测量、重力找矿、海平面变化、潮汐,以及其他诸多的地表及地球内部过程,如冰盖厚度变化和火山下的岩浆分布等。
欧洲空间局曾根据GOCE卫星数据画出第一张全球重力差异模型图,其中红色表示高重力区,蓝色表示低重力区,他们代表两个极端值。全球除了个别地区外,重力的差别其实是非常小的。而那张“地球重力变化图”是研究人员希望更加直观地表示出研究的结果,于是将数据放到一个地球的模型上,并且夸大了比例,形象化地表示出各地重力数值的差异,这张图并不是完全按照比例绘制的。于是,地球看上去就变成了一个“丑土豆”。
也有人说,如果把地球表面的海洋、植被和土壤等去除后,地球可能的确会呈现出一个“丑土豆”的面貌?其实也不然。
首先说去除土壤。土壤可以这样定义:自然风化或水流沉积形成的松软土状物质。海洋中也还有一层薄薄的沉积软泥,不到500米厚。如果把它们都算到除去之列,也不会让地球变化更大。因为黄土高原的黄土最深处仅近400米,华北平原的沉积层最深不过6000米,平均不到1000米。而在山区,很多地方的土层连一米都不到,岩石很多时候是裸露的。但这些数据相对于地球6371千米的半径,实在是微不足道。
海水亦然。青藏高原和大洋底的平均落差大概取值为9000米,它相对地球半径也不过千分之一点五的比例,同样微不足道。
植被就更不用说了。
所以,不管去掉海洋、植被,还是土壤,地球也许会变丑,但也不至于太大幅度地改变外形。
辩驳② 
它并非梨形
地球外形到底是什么样子呢?
如何描述地球的形状,这与要求的精度有关。如果精确到几十千米,可以认为地球是个平均半径为6371千米的球体。如果精确到千米,由于地球的极半径是6356千米,赤道半径是6378千米,地球确实是一个赤道稍鼓而两极略扁的不规则椭球体。不过,赤道和两极的半径差别只有约21千米,相对于平均半径来说,实在微不足道。所以从太空中拍到的照片可以更直观地看到地球的形状———它确实是一个圆圆的球体。而且由于地球表面70%覆盖着水,所以地球远远看上去,很像一颗晶莹的玻璃球。
但地球看上去比较圆,并不是因为动态海水覆盖的原因。现在地球的形状,其实是各种力(如地球自转、自身引力、海底扩张、大陆碰撞、火山、地震、风力、水以及冰川等)相互作用的结果。
几年前,曾有一个“梨形地球”的说法甚嚣尘上。当时这个说法来源于根据GRACE卫星收集到的重力资料描绘出的一张“梨形地球”的彩图。但这种说法也存在误导。2006年时,中国地震局地震预测研究所研究员郗钦文曾著文详细解释过这个“梨形地球”的误会。他说,那张“梨形地球”的彩图,其实已明确指出“是地球的大地水准面剔除地球扁率并放大1000倍的三维透视图”。很明显,是有意夸大了大地水准面起伏的结果。而其中提到的“地球扁率”正是由于地球赤道半径比极半径约长21千米,将这个21千米与赤道半径相比,得到的一个比值,约为1/298.256,正是它决定了地球这个旋转椭球体的扁平程度。他认为,地球上“各阶扰动的影响”,都不能改变地球形状近似于旋转椭球体的科学事实。
辩驳③
帽子”是光化学反应结果
很多国际空间站宇航员拍摄的照片或视频上,常常会看到地球表面会有一个黄绿色的光圈,像一顶神秘的“帽子”扣在地球表面。有人说,那是可见的“大气层”,就像地球的“保护罩”。其实它是一种被称为“气辉”的现象。
它是发生在大气层高处的光化学反应。当多种原子、分子和离子受太阳紫外辐射激发后回归“正常”状态时,能量便被以可见光和红外线的形式发射出来。这有点像能在黑夜里发光的玩具和涂料。“气辉”多数来自氧原子和分子,它们发出的是绿光,就像通常在极光中看到的一样。其他会发光的元素还包括钠和氮。尽管在大气层各层中都有这些元素,不过明显可见的发光层主要分布在85-90千米的高度,通常是一个6-10千米厚的光圈。这是因为,处于这个高度之下的原子和分子更密集,碰撞更多,会快速地释放出它们的能量。而处于这个高度之上的粒子密度太低。
对于国际空间站上的宇航员来说,当空间站航行到地球夜晚那半面时,这种光现象最为明显,就像图片中显示的那样,是一个窄光圈。当以图中这种较偏的角度看大气层,而不是从太空垂直往下看时,这个光圈的可见性相对会更高。
此外,还有很多其他因素比如气温也会在“气辉”现象中起作用。不同时间段的“气辉”,比如夜晚的“气辉”就和白天的也不一样。由于“气辉”的存在,所以地球上的夜晚其实也不会是全黑的。
“气辉”与极光类似,都是高层大气电离产生,但它们的具体形成机制有所区别。它们在与太阳活动的关系和地理纬度上也存在明显的差异。极光的出现与太阳活动相关,而气辉与太阳活动关系不大,且呈现出周期性和季节性的变化;另外,极光较多出现在磁极附近地区;气辉的发光度也要比极光微弱得多。

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