问题

人类烧了这么多年的煤和石油,地球是不是在变轻。会不会影响公转轨道呢?

回答
很多人会有一个有趣的疑问:我们燃烧了这么多年的煤和石油,把这些物质变成了二氧化碳和水蒸气,然后释放到大气层里,地球会不会因此变轻?进而,这种质量的变化会不会影响到地球的公转轨道呢?

要回答这个问题,咱们得从几个层面来聊聊。

首先,咱们得弄清楚“质量”这个概念。简单来说,质量就是物质的多少,它不随地点和状态的改变而改变。地球作为一个整体,它的质量包含了地球本身的地壳、地幔、地核,还有大气层、海洋,以及生活在我们身上的所有生物。

那我们烧的煤和石油是怎么回事呢?这些都是几亿年前,植物和动物遗骸在地下经过高温高压作用形成的。它们本身是储存了能量和物质的。当我们把它们烧掉,它们就变成了二氧化碳、水蒸气,还有一些其他的气体和一些细小的颗粒物。

那么,这些被“烧掉”的物质去哪儿了?大部分都变成了气体,进入了地球的大气层。还有一部分以其他形式存在。关键在于,这些物质并没有“消失”到宇宙空间去。它们依然是地球系统的一部分。

所以,从一个非常宏观的角度来看,地球的总质量,也就是地球系统内所有物质的总和,并没有因为我们燃烧煤和石油而减少。就好比你烧一根木头,木头变成灰烬和烟雾,但这些灰烬和烟雾并没有飞出你的房间,它们还是存在于你的房间里。地球也是一样,这些被燃烧的物质,它们只是改变了形态,但它们还在地球这个“大房子”里。

当然,你要是抠细节的话,事情就会变得稍微复杂一些。比如,我们烧掉的煤和石油中的一些碳原子,有可能通过光化学反应,或者极少量的逃逸,变成高层大气中的其他物质,甚至被太阳风吹走。还有,火箭发射出去的航天器,也带走了极少量的物质。但这些数量相对于地球的总质量来说,简直是九牛一毛,可以忽略不计。地球的质量大概是5.972 × 10^24 千克,这个数字太庞大了,我们人类活动造成的物质“流失”,即便累积起来,也达不到让地球质量发生可观测变化的程度。

那么,这会不会影响地球的公转轨道呢?

地球的公转轨道是由它和太阳之间的引力决定的。而引力的大小,与两个天体的质量有关。牛顿的万有引力定律告诉我们,引力的大小与质量的乘积成正比。

既然我们刚刚说了,地球的总质量变化微乎其微,那它对公转轨道的影响自然也是微乎其微到几乎可以忽略不计的。你可以想象一下,就像你在操场上跑来跑去,或者你在家里搬家具,这些活动改变了你个人的位置,但你不会因此改变整个地球的运动轨迹。地球围绕太阳公转,是一个非常宏大的运动,它主要取决于地球和太阳这两个庞然大物的质量,以及它们之间的距离。

举个例子,即使地球的质量真的减少了非常非常非常微小的比例,那么它对太阳的引力也会相应地减小一点点。这可能会导致地球的轨道半径稍微变大一点,或者公转速度稍微改变一点点。但你能想象这个“一点点”有多小吗?小到我们目前的技术水平根本无法测量出来。我们观测到的地球轨道变化,主要还是来自于其他行星的引力扰动,比如木星和金星,它们是地球的“邻居”中质量比较大的。

所以,总的来说,我们燃烧煤炭和石油,虽然改变了物质的形态,并且其中一部分以气体形式进入大气层,但并没有显著地减少地球的总质量。因此,它对地球公转轨道的影响也是微乎其微,完全不在我们日常考虑的范畴内。

我们更需要关注的,是燃烧化石燃料带来的气候变化问题。二氧化碳在大气层中的积累,导致了温室效应增强,全球气温升高,海平面上升,极端天气事件频发等等。这些才是我们人类活动最直接、最严峻的挑战,而不是地球质量的微小波动。

网友意见

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人类燃烧化石燃料让一部分电磁波离开地球所导致的质量变化和动量变化对地球来说非常小,跟每年地球大气流失的质量及其电磁加速过程中的动量变化、从太空掉进来的尘埃•小天体•太阳风等带来的质量与动量、全球变暖净吸收的热对应的质量与太阳光压、生物圈固定的光能对应的质量等对冲之后没什么存在感,对地球轨道没什么影响可言。

用“质量守恒”声称完全没变的回答者需要去了解一下质能守恒。化学能对应的质量占燃料总质量的份额很小,但并不是零。这对地球这样巨型规模的东西来说无所谓,对追求严谨的人来说就不一定了。

目前,地球公转轨道长期变动趋势的主要影响因素是太阳的质量流失[1]。过去 45 亿年间,太阳的质量流失了约 0.03%,接近整个土星的质量。地球在缓慢地远离太阳,目前每年公转轨道半径增加约 15 毫米

由于太阳在今后数十亿年里光度总体上不断增强(每 1.1 亿年增强约 1%),地球远离太阳对地球生物圈的存续来说是好事。不考虑人类可能造成的影响的话,估计地球远离太阳的速度跟太阳变亮的速度比起来不够快,数亿年后地表大部分生命形式会被太阳摧毁。当然,地球轨道外移的幅度可能足够避开数十亿年后被红巨星太阳吞噬的范围。

可以参照:

参考

  1. ^ 现阶段每年约 470 万吨

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