「封面」｜1968年阿波罗8号太空人在绕月轨道上拍摄的《地出》

引力，你应该不陌生吧。

引力是一种无形的力量，深深嵌入宇宙的结构中，掌控着星系的舞蹈、行星的轨迹以及我们日常生活的每一个瞬间。

它的存在如同一种无声的律动，虽看不见摸不着，却牢牢地束缚着一切。

从苹果坠落到地面，到恒星坍缩形成黑洞，万物皆受引力支配。

事实上，正是通过引力的微妙作用，牛顿才推导出地球并非一个完美的球体。这一发现，不仅为科学的发展打下了基础，也揭示了我们星球的形态奥秘。

我们知道，地球每24小时自转一圈，而在赤道上的地点相较于两极，距离地轴更远，因此旋转速度更快。

类似于在车子急转弯时，你会感觉自己被甩向一侧，赤道上的物质也因为离心力的作用，像被“甩”了一样。

这种现象可以通过牛顿的《自然哲学的数学原理》中的公式解释得非常清楚，最终得出结论：地球在赤道处微微隆起，而两极则稍稍扁平。

尽管这种形变在牛顿的时代几乎无法通过肉眼观察或普通地图测量发现，但理论却非常精确。

牛顿的预测显示，地球的极半径和赤道半径之间的差异只有约0.4%，即赤道比两极远离地心约20公里。

虽然牛顿的理论令人叹为观止，但证明它并非易事。

毕竟，理论终究需要通过实地测量来验证。

而在当时，测量地球曲率的任务充满挑战。人们并不总能在第一时间接受新思想，尤其是牛顿的引力理论，它的传播在18世纪遭遇了不少阻碍。

例如，在法国，笛卡儿提出了与牛顿完全不同的理论。

他认为太阳系是一个巨大的以太漩涡，行星的运动是被漩涡推动的。

他的追随者甚至认为，地球并非球体，而是两极尖尖，像捏成圆锥形的面团。

双方的争论愈演愈烈，最终，唯一能解决这场纷争的办法就是：测量！

1730年代，巴黎科学院决定派遣两支探险队进行地球曲率的实地测量。一支探险队前往赤道秘鲁，另一支则被派往拉普兰进行高纬度的测量。

1735年，第一支探险队从法国的拉罗谢尔启程，目标是遥远的秘鲁。三名院士皮埃尔·布给、夏尔·德·拉·孔达米纳和路易·戈丹带着他们的工具，踏上了这场充满未知的旅程。

然而，这条前往南美洲的路途并不轻松。险峻的安第斯山脉、频繁的暴风雨和地震让测量工作变得异常艰难。

不仅如此，地方政f的阻挠、经费短缺，甚至与当地人发生冲突，使得科学家们不得不同时进行测量和黄金交易以维持生计。

与此同时，另一支探险队前往拉普兰，他们的测量进展顺利，结果也很快回传到巴黎，证实了牛顿的理论：地球在两极是扁平的。

这一结果对秘鲁的科学家们来说，无疑是个打击，因为他们原本希望成为这一发现的第一人。

尽管遭遇了重重困难，秘鲁探险队在漫长的九年后回到了法国，他们的测量结果也得到了确认。

布给在安第斯山脉中完成的测量几乎完美无误，他测量到的弧长与现代科学测得的结果仅相差24米，误差仅为0.02%。

地球引力示意图

在地球形状的争论尘埃落定之后，科学家们开始思考一个更具挑战性的问题：引力是否只作用于天体之间？是否也能在较小的物体之间进行测量？

1738年，布给决定挑战这一难题。他希望通过安第斯山脉的巨大质量，直接测量山脉对摆锤的引力。

这一实验在当时堪称大胆，因为摆锤的偏转角度极小，几乎不可能用肉眼察觉。但布给凭借精密的仪器，成功测量到了这一微小的偏转。

摆锤轻微地向山体倾斜，仿佛受到了山脉的吸引。这一实验成功验证了引力的普遍存在。

从此，任何人都无法再怀疑牛顿的引力理论。

在我们确定了地球并非正圆形之后，引力对地球形态的影响还产生了其他奇妙的结果。

例如，“下方”这一方向并不像我们想象的那样总是指向地心。

由于地球在赤道处微微隆起，如果你在任意地点悬挂一个摆锤，那么它并不会直指地心，而是会轻微向赤道倾斜。这种现象尽管肉眼难以察觉，但通过精密的仪器可以测量出来，并且它解释了许多奇异的自然现象。

其中一个例子就是密西西比河。其源头位于美国明尼苏达州，海拔450米，而入海口处的海拔是0米。从地理角度来看，河流显然是向下流动的。

但如果以地心为参照，密西西比河的源头反而比入海口更接近地心。因此，从某种意义上说，这条河流似乎是在“向上”流动。

类似的现象也出现在喜马拉雅山脉的珠穆朗玛峰与赤道附近的钦博拉索火山。虽然珠穆朗玛峰是全球海拔最高的山峰，但钦博拉索火山距离地心的距离更远。

如果在这两座山之间修建一条巨大的水渠，水会从尼泊尔流向赤道，这一现象让我们不禁惊叹于地球形状对引力的影响。

引力的奥秘还远不止于此。除了地球本身，月球的引力也对我们产生着重要的影响。

每天两次的潮汐现象正是由月球引力引发的，但它的机制并不像我们想象的那样简单。

月球对地球不同部分的引力与对地心引力的差别

事实上，月球通过不断改变“下方”的方向，影响着地球上的水体流动。

潮汐现象就像是水流追随不断变化的“下方”，而这一“下方”正是由月球的位置决定的。

如果月球的引力突然消失，海洋会变得平静，潮汐也将停止。

因此，潮汐并不是单纯的上下运动，而是由于引力的作用，水体在不断地追逐“下方”，这一现象让我们更深刻地理解了地球、月球与引力之间的关系。

总结：

引力不仅塑造了地球的形态，也深刻影响了我们的生活。

从牛顿首次提出引力理论，到科学家们通过实地测量验证这一理论，引力的故事始终伴随着人类的探索脚步。

无论是山脉对摆锤的吸引，还是潮汐现象背后的奥秘，引力向我们展示了自然法则的奇妙之处。

而这一切，从不曾停歇的地球自转开始，让我们对这个星球有了全新的认识。