长征五号发射成功并带回两千克月土，地球的重量会不会增加，并影响地球引力？
长征五号火箭成功发射，并成功将月球探测器送往月球，这无疑是中国航天史上的一个辉煌篇章。然而，当月球探测器从月球带回那区区两公斤的月球土壤时，一个有趣的科学问题随之而来：地球的重量和引力会因此而发生变化吗？
要回答这个问题，我们得先明白什么是“重量”和“引力”。
地球的重量：一个概念的辨析
在日常生活中，我们说“重量”通常是指物体在某个引力场中所受到的力，也就是我们常说的“重力”。比如，你站在地球上，地球对你的引力就是你的重量。
但是，如果我们将目光放到整个地球这个系统上，讨论“地球的重量”时，情况就变得复杂一些。从牛顿的万有引力定律来看，地球并非孤立存在的。它受到太阳、月球、其他行星以及宇宙中所有其他天体的引力作用。所以，如果我们说“地球的重量”，很可能是在问“地球在某种参照系下的受力情况”，或者更常见的是，是指“地球这个系统中物质的总质量”的变化。
在讨论月球土壤这个情境下，我们更准确的理解应该是：地球系统的总质量是否会因为带回月球土壤而增加？
两公斤月土对地球质量的影响：微乎其微，可以忽略不计
现在，我们来仔细算一算。长征五号带回的月球土壤质量是多少？题目中说是“两千克”。这是一个什么样的概念？两公斤，差不多就是一瓶大瓶装的矿泉水，或者一个稍大点的西瓜的重量。
地球的总质量是多少？地球的质量大约是 5.972 × 10^24 千克。这是一个天文数字，后面跟着24个零！
那么，将那两公斤的月球土壤添加到地球的总质量上，会对地球的总质量产生什么影响呢？
我们可以做一个简单的除法来感受一下：
(2 千克) / (5.972 × 10^24 千克) ≈ 3.35 × 10^25
这意味着，地球的总质量会增加一个大约是 3.35 后面跟着24个零的极小的比例。这个数字小到我们根本无法用任何实际的测量工具来探测到。
举个例子来说明这个比例有多小：
想象一下，地球是一颗珠穆朗玛峰那么大的巨石。那么，两公斤的月球土壤，可能就相当于在一粒沙子上面再加一粒比灰尘还要小无数倍的粒子。虽然理论上质量增加了，但在宏观尺度上，这种变化是完全无法察觉的。
所以，从地球系统的总质量角度来看，那两公斤的月球土壤确实会使地球的总质量增加一点点。但这个增加是如此之小，以至于在任何实际意义上，我们都可以说地球的总质量没有改变。
地球引力：由质量和距离决定
那么，地球的引力会不会因此而受到影响呢？
我们知道，万有引力定律告诉我们，两个物体之间的引力大小与它们的质量乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。
地球的引力主要是由地球自身的质量决定的。正如我们刚才分析的，那两公斤的月球土壤，虽然理论上增加了地球系统的总质量，但其增加的量几乎为零，无法引起任何可测量的引力变化。
我们平时感受到的地球引力，比如站立时身体受到的拉力，是地球对我们个体而言的引力。这个引力的大小与地球的总质量以及我们到地心的距离有关。即使地球的总质量增加了一个极其微小的比例，根据万有引力定律：
F = G (M1 M2) / r^2
其中：
F 是引力
G 是万有引力常数
M1 是地球的总质量
M2 是物体的质量
r 是地心到物体的距离
即使 M1 的值因为那两公斤月壤而微乎其微地变大一点点，但相对于整个 M1 的值来说，其变化是可以忽略不计的。因此，地球对我们以及其他任何物体的引力都不会有任何可测量的变化。
还有其他因素需要考虑吗？
有人可能会问，长征五号火箭本身也离开了地球，它在发射过程中消耗了大量的燃料，这些燃料的质量是否也算回去了？
的确，火箭发射消耗燃料是一个质量转移的过程。火箭将燃料燃烧产生的气体高速喷射出去，这些气体获得了巨大的动量，推动火箭前进。根据动量守恒定律，喷射出去的气体获得了向后的动量，火箭则获得了向前的动量。
然而，需要注意的是，这些喷射出去的气体最终会散布到宇宙空间中。它们并没有重新回到地球的体系内。所以，从地球系统的角度来看，火箭发射后，地球的总质量是减少了其自身的质量加上所携带燃料的总质量，但减去的质量并没有回到地球。
更重要的是，这个问题的焦点在于“带回月土”对地球的影响。火箭发射离开地球是另一个过程。我们现在讨论的是将月球的物质“带回”地球所产生的效应。
总结一下：
长征五号成功从月球带回两千克月球土壤，从科学的严谨角度来说，确实使得地球系统的总质量增加了两千克。然而，与地球庞大的总质量（约 5.972 × 10^24 千克）相比，这个增加的量微乎其微，小到无法被任何实际测量仪器所探测到。
因此，这个微小的质量增加，对地球的整体引力也不会产生任何可观测到的影响。地球的引力仍然由其巨大的自身质量和与我们之间的距离所主导。这个小小的月球样本，虽然承载着人类探索月球的艰辛与荣耀，但它在影响地球物理性质上的作用，几乎可以忽略不计，就像一粒尘埃落在珠穆朗玛峰上，虽然理论上增加了它的重量，但在宏观世界里却毫无区别。
所以，尽管我们在新闻中看到了这个激动人心的消息，但就地球的重量和引力而言，这两公斤月壤带来的变化，更像是一个有趣的科学探讨，而不是一个实际需要担心的物理现象。
要回答这个问题，我们得先明白什么是“重量”和“引力”。
地球的重量：一个概念的辨析
在日常生活中，我们说“重量”通常是指物体在某个引力场中所受到的力，也就是我们常说的“重力”。比如，你站在地球上，地球对你的引力就是你的重量。
但是，如果我们将目光放到整个地球这个系统上，讨论“地球的重量”时，情况就变得复杂一些。从牛顿的万有引力定律来看，地球并非孤立存在的。它受到太阳、月球、其他行星以及宇宙中所有其他天体的引力作用。所以，如果我们说“地球的重量”，很可能是在问“地球在某种参照系下的受力情况”，或者更常见的是，是指“地球这个系统中物质的总质量”的变化。
在讨论月球土壤这个情境下，我们更准确的理解应该是：地球系统的总质量是否会因为带回月球土壤而增加？
两公斤月土对地球质量的影响：微乎其微，可以忽略不计
现在，我们来仔细算一算。长征五号带回的月球土壤质量是多少？题目中说是“两千克”。这是一个什么样的概念？两公斤，差不多就是一瓶大瓶装的矿泉水，或者一个稍大点的西瓜的重量。
地球的总质量是多少？地球的质量大约是 5.972 × 10^24 千克。这是一个天文数字，后面跟着24个零！
那么，将那两公斤的月球土壤添加到地球的总质量上，会对地球的总质量产生什么影响呢？
我们可以做一个简单的除法来感受一下：
(2 千克) / (5.972 × 10^24 千克) ≈ 3.35 × 10^25
这意味着，地球的总质量会增加一个大约是 3.35 后面跟着24个零的极小的比例。这个数字小到我们根本无法用任何实际的测量工具来探测到。
举个例子来说明这个比例有多小：
想象一下，地球是一颗珠穆朗玛峰那么大的巨石。那么，两公斤的月球土壤，可能就相当于在一粒沙子上面再加一粒比灰尘还要小无数倍的粒子。虽然理论上质量增加了，但在宏观尺度上，这种变化是完全无法察觉的。
所以，从地球系统的总质量角度来看，那两公斤的月球土壤确实会使地球的总质量增加一点点。但这个增加是如此之小，以至于在任何实际意义上，我们都可以说地球的总质量没有改变。
地球引力：由质量和距离决定
那么，地球的引力会不会因此而受到影响呢？
我们知道，万有引力定律告诉我们，两个物体之间的引力大小与它们的质量乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比。
地球的引力主要是由地球自身的质量决定的。正如我们刚才分析的，那两公斤的月球土壤，虽然理论上增加了地球系统的总质量，但其增加的量几乎为零，无法引起任何可测量的引力变化。
我们平时感受到的地球引力，比如站立时身体受到的拉力，是地球对我们个体而言的引力。这个引力的大小与地球的总质量以及我们到地心的距离有关。即使地球的总质量增加了一个极其微小的比例，根据万有引力定律：
F = G (M1 M2) / r^2
其中：
F 是引力
G 是万有引力常数
M1 是地球的总质量
M2 是物体的质量
r 是地心到物体的距离
即使 M1 的值因为那两公斤月壤而微乎其微地变大一点点，但相对于整个 M1 的值来说，其变化是可以忽略不计的。因此，地球对我们以及其他任何物体的引力都不会有任何可测量的变化。
还有其他因素需要考虑吗？
有人可能会问，长征五号火箭本身也离开了地球，它在发射过程中消耗了大量的燃料，这些燃料的质量是否也算回去了？
的确，火箭发射消耗燃料是一个质量转移的过程。火箭将燃料燃烧产生的气体高速喷射出去，这些气体获得了巨大的动量，推动火箭前进。根据动量守恒定律，喷射出去的气体获得了向后的动量，火箭则获得了向前的动量。
然而，需要注意的是，这些喷射出去的气体最终会散布到宇宙空间中。它们并没有重新回到地球的体系内。所以，从地球系统的角度来看，火箭发射后，地球的总质量是减少了其自身的质量加上所携带燃料的总质量，但减去的质量并没有回到地球。
更重要的是，这个问题的焦点在于“带回月土”对地球的影响。火箭发射离开地球是另一个过程。我们现在讨论的是将月球的物质“带回”地球所产生的效应。
总结一下：
长征五号成功从月球带回两千克月球土壤，从科学的严谨角度来说，确实使得地球系统的总质量增加了两千克。然而，与地球庞大的总质量（约 5.972 × 10^24 千克）相比，这个增加的量微乎其微，小到无法被任何实际测量仪器所探测到。
因此，这个微小的质量增加，对地球的整体引力也不会产生任何可观测到的影响。地球的引力仍然由其巨大的自身质量和与我们之间的距离所主导。这个小小的月球样本，虽然承载着人类探索月球的艰辛与荣耀，但它在影响地球物理性质上的作用，几乎可以忽略不计，就像一粒尘埃落在珠穆朗玛峰上，虽然理论上增加了它的重量，但在宏观世界里却毫无区别。
所以，尽管我们在新闻中看到了这个激动人心的消息，但就地球的重量和引力而言，这两公斤月壤带来的变化，更像是一个有趣的科学探讨，而不是一个实际需要担心的物理现象。
网友意见
如果我们将地球（包含大气）看做一个整体，那其质量在这次嫦娥奔月，取回月壤的探测活动中应该是减少的。
嫦娥五号这次给地球“减肥”，啊，不是，是探测活动的质量损失主要来源于两方面，一个是燃料损失，主要发生在来去路上的地月轨道修正、近月制动、软着陆时的“刹车”以及上升器点火离开月面的过程；另一个就是着陆器和上升器（质量超过500kg[1]）了，这两位奉命留在月球帮吴刚伐树。
那发动机点火要消耗多少燃料呢？这就涉及到发动机的比冲量（ ）[2]了，其定义为单位推进剂的量所产生的冲量，是衡量火箭引擎燃料的能量利用效率的一个物理量。比冲量有按重量（量纲为s）和按质量（量纲为m/s）两种定义方式，以重量为例， 可以写作 ，其中 为推进器产生的冲量， 为消耗的推进器的重量，可以理解为推进器消耗单位重量（单位为 ）的推进剂可以保持单位推力（单位为 ）的时间。需要注意，太空中“重量”与地球是不一样的，这里的重量约定为质量与标准引力常数的乘积，即 ，其中标准引力常数 .
而同时我们也可以将比冲量写成推力的形式，即将 代入上述定义，其中 为推进器推力， 为时间，同时令 ，为质量的变化速率质量流量，因此我们可以得到 .
这次嫦娥五号一共从月球带回1731g“土特产”，如果将其替代为等质量的火箭推进剂（以液氢/液氧为例，理论比冲量约为460s[3]），可以支持发动机（假设推力为3000N）工作多长时间呢？
将数据代入上式得到：
假设推进过程中推力保持不变，则推进剂消耗速度不变，即： ，可知1731g推进剂只能支持推进器工作约2.6s，而11月28日，嫦娥五号进行地月制动时，3000N发动机就工作了约17min[4]。
因此嫦娥奔月所消耗的推进剂质量远大于带回来的月壤的质量，更不要说现在还在月面的着陆器与上升器了。
当然，地球作为一个质量高达 的“大胖子”，这最多不过几吨的质量损失就像我上秤之前去厕所一样，完全可以忽略不计。
参考资料：
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