原文摘录
上学第一课
在我小学入学时,作为一门课程,老师带我们班的三十个孩子进行了一次环球旅行。这时地球已经完全停转,地球发动机除了维持这个行星的这种静止状态外,只进行一些姿态调整,所以从我三岁到六岁的三年中,光柱的光度大为减弱,这使得我们可以在这次旅行中更好地认识我们的世界。
我们首先近距离见到了地球发动机,是在石家庄附近的太行山出口处看到它的,那是一座金属的高山,在我们面前赫然耸立,占据了半个天空,同它相比,西边的太行山脉如同一串小土丘。有的孩子惊叹它如珠峰一样高。我们的班主任小星老师是一位漂亮姑娘,她笑着告诉我们,这座发动机的高度是11000米,比珠峰还要高2000多米,人们管它叫“上帝的喷灯”。我们站在它巨大的阴影中,感受着它通过大地传来的震动。
地球发动机分为两大类:大一些的叫“山”,小一些的叫“峰”。我们登上了“华北794号山”。登“山”比登“峰”花的时间长,因为“峰”是靠巨型电梯上下的,上“山”则要坐汽车沿盘“山”公路走。我们的汽车混在不见首尾的长车队中,沿着光滑的钢铁公路向上爬行。我们的左边是青色的金属峭壁,右边是万丈深渊。
车队是由50吨的巨型自卸卡车组成的,车上满载着从太行山上挖下的岩石。汽车很快升到了5000米以上,下面的大地已看不清细节,只能看到地球发动机反射的一片青光。小星老师让我们戴上氧气面罩。随着我们距喷口越来越近,光度和温度都在剧增,面罩的颜色渐渐变深,冷却服中的微型压缩机也大功率地忙碌起来。在6000米处,我们见到了进料口,一车车的大石块倒进那闪着幽幽红光的大洞中,一点声音都没传出来。我问小星老师:“地球发动机是如何把岩石做成燃料的?”。
“重元素聚变是一门很深的学问,现在给你们还讲不明白。你们只需要知道,地球发动机是人类建造的力量最大的机器,比如我们所在的华北794号,全功率运行时能向大地产生150亿吨的推力。”
我们的汽车终于登上了顶峰,喷口就在我们头顶上。由于光柱的直径太大,我们现在抬头看到的是一堵发着蓝光的等离子体巨墙,这巨墙向上伸延到无限高处。
这时,我突然想起不久前的一堂哲学课,那个憔悴的老师给我们出了一个谜语。
“你在平原上走着走着,突然迎面遇到一堵墙,这墙向上无限高,向下无限深,向左无限远,向右无限远,这墙是什么?”
我打了一个寒战,接着把这个谜语告诉了身边的小星老师。她想了好大一会儿,困惑地摇摇头。我把嘴凑到她耳边,把那个可怕的谜底告诉她。
死亡。
她默默地看了我几秒钟,突然把我紧紧地抱在怀里。我从她的肩上极目望去,迷蒙的大地上,耸立着一片金属的巨峰,从我们周围一直延伸到地平线。巨峰吐出的光柱,如一片倾斜的宇宙森林,刺破我们摇摇欲坠的天空。
1.末日世界的环球旅行
旅行曾经是让人向往和兴奋的一件事。坐着大大的轮船去无边无际的海面上飘**,乘着飞机缓缓穿过北极的上空看脚下冰川和海水交替变换,然后一头扎进大洋彼岸哈利·波特的魔法城堡……末日世界让一切成为不可能。后太阳时代孩子们的入学第一课,是参观新的地球第一高峰——“地球发动机”形成的金属高山。要推动地球,它就必须造得比地球上最高的山——珠穆朗玛峰还要高。它的燃料,是随着孩子们一起被运送上山顶的岩石。
前太阳时代,环游世界的快乐假期是用来感受世界的生机勃勃;后太阳时代,小学生们攀登高山的主题旅行却意外地通向了死亡教育。发着蓝色光芒的等离子巨墙,像是死去世界的巨大墓碑,冰冷地矗立在孩子们面前,挡住了他们投向高山、投向海洋、投向远方的目光。
板块挤压示意图
2.世界第一高的山是怎么长出来的?
前太阳时代最高的山——珠穆朗玛峰并不是一开始就这么高的。最开始,它甚至只是一片洼地。科学家们在它所处的喜马拉雅山脉中发现了不少古代海洋生物的残骸,所以推测数亿年前,那里曾经是一片“喜马拉雅海”,并且盛产海鲜。大约3800万年前,随着大陆板块的漂移,两个庞然大物——印度大陆和亚洲大陆开始不友好地靠近。在大陆强硬的挤压下,喜马拉雅海水退出,海底渐渐升起。到了800万年前,喜马拉雅山已经抓住了好几次地壳剧烈运动的机会,长到了3000米以上。
此后,印度板块持续攻击中国的青藏高原,喜马拉雅山脉吸收着板块挤压和冲撞的能量快速发育,成为绵延2500公里的世界高地,并且孕育出了10座8000米以上的高峰(这样的高峰全世界也只有14座呢)。年轻的珠穆朗玛峰在亿万年的长高比赛中找对了平台,不断超过兄弟姐妹,最终长到了世界第一的高度。
3.山的高度怎么比?
山的高度是像量身高一样,用一条尺子从山顶拉到山脚来测吗?稍微想一下就知道,这几乎是不可能做到的。我们可以轻松地找到和头顶对应的那一个垂直的点,但是山顶很容易爬上去,山脚却是很大的一片,和山顶对应的点躲在里面看不见摸不着,总不能为了量个身高,把山给掀翻了吧?
那么,山的高度是怎么测量出来的呢?
这项工作其实很早很早以前就开始进行了。当时的人们手上并没有什么高科技工具,但是这并不妨碍他们对小山的探索。中国古代魏晋时期的数学家刘徽就专门写过一本《海岛算经》,来研究不同情形下高度的测量方法。
在古代人们发明的测量方法里面,比较常见的一种是一个成语——“立竿见影”。顾名思义,要使出“立竿见影”大法,首先,你需要一根竿子。就地取材,竹竿就挺好使。然后,你需要有一个光源来制造影子,太阳是最方便环保的选择。一个夕阳斜照的傍晚,你来到山边,掏出尺子测量出山脚到山顶影子的距离。另一个小伙伴在地上把竹竿竖起来,保持与地面垂直,测出竹竿影子的长度。同一时间,太阳斜射到地面的角度是不变的,所以不管山和竹竿有多高,它们的影子和它们自己高度的比例都是一个固定不变的数字。这样就可以估算出山的高度(D)=竹竿长度(A)÷竹竿影子长度(B)×山的影子长度(C)。
“立竿见影大法”示意图
但是呢,这种方法有一个问题,就是山的影子只能测到在地面投影的那一部分,山体里面的影子长度(也就是从山脚到山中心的距离)是需要事先去测量和估算的,所以测出的高度并不准确。而且,这样只能测量一下小山小岛,太高的山就很难操作了。想要靠这种方法去比出世界第一高山是行不通的。
另外还有一个问题,当我们说“高”的时候,我们到底指的是什么呢?是山顶到山脚的垂直距离吗?按理说应该是的,但是我们现在知道,地球是一个圆圆的球体,地球的表面也并不是平坦的。在地球仪上,哪怕只截取小小一块大陆,上面都有可能有高原也有盆地。高原上一座小山的山顶,可能会比盆地的一座高山更高。所以,测量一座山从山顶到山脚的相对高度,其实对知道它到底有多“高”并没有什么帮助,也没法给全世界的山进行排名。
所以,现在我们所说的山的“高度”,都是相对于地球海平面的高度。为什么是海平面呢?因为相对陆地来说,海面更低、更平,更适合作为全球或者某个区域的统一标准。这个相对于海平面的高度,就是“海拔高度”。有了“海拔”的概念,我们就能得到一个更加清晰的地球全景图了。
现在,测量地球的专业人士——测绘工作者们要测量山的高度就更简单了。他们拥有了更加专业的测量工具,相比古人用的尺子,这些工具更像是被魔法加持的“飞尺”。“飞尺”其实是各种各样的测距仪,它们共同的原理是:在需要测量的地方确定一个点,然后向它开炮!哦不,是发射一束光或者波,比如激光、红外光,或者超声波等。这些波在空气中的传播速度是我们已经解锁的知识点,所以记录下波发射和反射回来的时间,乘以波的速度再除以2,就得到了想要测量的距离。
有了这个距离,“立竿见影大法”中,就再也不用顶着大太阳辛苦地测量和估算山的影子长度了,同时也节省了很多竹竿。同样的,还可以使用三角原理,用测距仪轻松获得直角三角形中最长的那个斜边的长度,而发射出去的波和地面之间的角度是可以控制的,我们可以把这个角度叫作α。有了这两个数据,根据三角形边长的计算公式,就可以算出山的高度=斜边长度×sinα,而且计算的结果会准确得多。如果还没有学过三角形的计算公式,也可以继续使用竹竿,进行等比例实测。
海拔高度的测量方法
你可能会说,这样算出来的仍然是一个相对的高度啊!是的,但是比起古代,我们已经可以跑得更快、更远,和更多人一起合作。于是,就可以从海平面开始,向着高山的方向进发,一小段一小段地连续测量,最终得到一座山的海拔高度。有了海拔高度,就可以比较山的身高啦。测量过程中获得的数据也可以保存起来,下次测量其他山的时候还能再用上,就不用再从海边开始测量了。
当然,实际的操作过程,会比上面所说的复杂得多,用到的工具、方法也会多得多,需要专业的学习和大量的实践。
4.你知道珠穆朗玛峰的具体身高吗?
历史上,包括中国、英国、美国、尼泊尔在内的不少国家都曾经用各种方法测量过珠穆朗玛峰的身高,得到过8783米、8840米、8850米等不同的数据。由于年代久远、方法比较落后,测量的结果不够精确,小数点后面的数字我们就省略了。
现在,珠穆朗玛峰最新的官宣身高是8848.86米。这个数字是在2020年12月,由它的法定监护人,也就是珠穆朗玛峰的所属国——中国和尼泊尔一起测量、计算并宣布的。在长达7个月的时间里,上百名科研工作者组成的团队登上珠峰的最顶端,收集了顶峰和周围100多万平方公里范围内1.44亿条最新的地形数据,经过反复测量,用计算机进行海量的计算、处理和校准,才得出了最终的数值。
在这个浩大的工程中,还首次用到了北斗卫星定位、航空重力测量、卫星遥感、实景三维建模等很多最新的技术,从海、陆、空、天全方位保障测量的精确度。
那么,8848.86米就是珠峰最新最准确的身高了吗?很可能并不是,因为它的身高一直都在变化之中。根据最近几十年的观测,平均每年珠峰都会悄悄长高几毫米,但是有的时候,一次剧烈的地震也可能让它下沉1厘米~2厘米。所以,8848.86米这个世界最高的纪录会不会被打破,要等到科学家们的下一次探险才能揭晓。
珠峰交会测量示意图
国家测绘队队员正在开展珠峰区域天文测量工作
交会测量组队员从不同的方向开展交会测量