原文摘錄

上學第一課

在我小學入學時,作為一門課程,老師帶我們班的三十個孩子進行了一次環球旅行。這時地球已經完全停轉,地球發動機除了維持這個行星的這種靜止狀態外,隻進行一些姿態調整,所以從我三歲到六歲的三年中,光柱的光度大為減弱,這使得我們可以在這次旅行中更好地認識我們的世界。

我們首先近距離見到了地球發動機,是在石家莊附近的太行山出口處看到它的,那是一座金屬的高山,在我們麵前赫然聳立,占據了半個天空,同它相比,西邊的太行山脈如同一串小土丘。有的孩子驚歎它如珠峰一樣高。我們的班主任小星老師是一位漂亮姑娘,她笑著告訴我們,這座發動機的高度是11000米,比珠峰還要高2000多米,人們管它叫“上帝的噴燈”。我們站在它巨大的陰影中,感受著它通過大地傳來的震動。

地球發動機分為兩大類:大一些的叫“山”,小一些的叫“峰”。我們登上了“華北794號山”。登“山”比登“峰”花的時間長,因為“峰”是靠巨型電梯上下的,上“山”則要坐汽車沿盤“山”公路走。我們的汽車混在不見首尾的長車隊中,沿著光滑的鋼鐵公路向上爬行。我們的左邊是青色的金屬峭壁,右邊是萬丈深淵。

車隊是由50噸的巨型自卸卡車組成的,車上滿載著從太行山上挖下的岩石。汽車很快升到了5000米以上,下麵的大地已看不清細節,隻能看到地球發動機反射的一片青光。小星老師讓我們戴上氧氣麵罩。隨著我們距噴口越來越近,光度和溫度都在劇增,麵罩的顏色漸漸變深,冷卻服中的微型壓縮機也大功率地忙碌起來。在6000米處,我們見到了進料口,一車車的大石塊倒進那閃著幽幽紅光的大洞中,一點聲音都沒傳出來。我問小星老師:“地球發動機是如何把岩石做成燃料的?”。

“重元素聚變是一門很深的學問,現在給你們還講不明白。你們隻需要知道,地球發動機是人類建造的力量最大的機器,比如我們所在的華北794號,全功率運行時能向大地產生150億噸的推力。”

我們的汽車終於登上了頂峰,噴口就在我們頭頂上。由於光柱的直徑太大,我們現在抬頭看到的是一堵發著藍光的等離子體巨牆,這巨牆向上伸延到無限高處。

這時,我突然想起不久前的一堂哲學課,那個憔悴的老師給我們出了一個謎語。

“你在平原上走著走著,突然迎麵遇到一堵牆,這牆向上無限高,向下無限深,向左無限遠,向右無限遠,這牆是什麽?”

我打了一個寒戰,接著把這個謎語告訴了身邊的小星老師。她想了好大一會兒,困惑地搖搖頭。我把嘴湊到她耳邊,把那個可怕的謎底告訴她。

死亡。

她默默地看了我幾秒鍾,突然把我緊緊地抱在懷裏。我從她的肩上極目望去,迷蒙的大地上,聳立著一片金屬的巨峰,從我們周圍一直延伸到地平線。巨峰吐出的光柱,如一片傾斜的宇宙森林,刺破我們搖搖欲墜的天空。

1.末日世界的環球旅行

旅行曾經是讓人向往和興奮的一件事。坐著大大的輪船去無邊無際的海麵上飄**,乘著飛機緩緩穿過北極的上空看腳下冰川和海水交替變換,然後一頭紮進大洋彼岸哈利·波特的魔法城堡……末日世界讓一切成為不可能。後太陽時代孩子們的入學第一課,是參觀新的地球第一高峰——“地球發動機”形成的金屬高山。要推動地球,它就必須造得比地球上最高的山——珠穆朗瑪峰還要高。它的燃料,是隨著孩子們一起被運送上山頂的岩石。

前太陽時代,環遊世界的快樂假期是用來感受世界的生機勃勃;後太陽時代,小學生們攀登高山的主題旅行卻意外地通向了死亡教育。發著藍色光芒的等離子巨牆,像是死去世界的巨大墓碑,冰冷地矗立在孩子們麵前,擋住了他們投向高山、投向海洋、投向遠方的目光。

板塊擠壓示意圖

2.世界第一高的山是怎麽長出來的?

前太陽時代最高的山——珠穆朗瑪峰並不是一開始就這麽高的。最開始,它甚至隻是一片窪地。科學家們在它所處的喜馬拉雅山脈中發現了不少古代海洋生物的殘骸,所以推測數億年前,那裏曾經是一片“喜馬拉雅海”,並且盛產海鮮。大約3800萬年前,隨著大陸板塊的漂移,兩個龐然大物——印度大陸和亞洲大陸開始不友好地靠近。在大陸強硬的擠壓下,喜馬拉雅海水退出,海底漸漸升起。到了800萬年前,喜馬拉雅山已經抓住了好幾次地殼劇烈運動的機會,長到了3000米以上。

此後,印度板塊持續攻擊中國的青藏高原,喜馬拉雅山脈吸收著板塊擠壓和衝撞的能量快速發育,成為綿延2500公裏的世界高地,並且孕育出了10座8000米以上的高峰(這樣的高峰全世界也隻有14座呢)。年輕的珠穆朗瑪峰在億萬年的長高比賽中找對了平台,不斷超過兄弟姐妹,最終長到了世界第一的高度。

3.山的高度怎麽比?

山的高度是像量身高一樣,用一條尺子從山頂拉到山腳來測嗎?稍微想一下就知道,這幾乎是不可能做到的。我們可以輕鬆地找到和頭頂對應的那一個垂直的點,但是山頂很容易爬上去,山腳卻是很大的一片,和山頂對應的點躲在裏麵看不見摸不著,總不能為了量個身高,把山給掀翻了吧?

那麽,山的高度是怎麽測量出來的呢?

這項工作其實很早很早以前就開始進行了。當時的人們手上並沒有什麽高科技工具,但是這並不妨礙他們對小山的探索。中國古代魏晉時期的數學家劉徽就專門寫過一本《海島算經》,來研究不同情形下高度的測量方法。

在古代人們發明的測量方法裏麵,比較常見的一種是一個成語——“立竿見影”。顧名思義,要使出“立竿見影”大法,首先,你需要一根竿子。就地取材,竹竿就挺好使。然後,你需要有一個光源來製造影子,太陽是最方便環保的選擇。一個夕陽斜照的傍晚,你來到山邊,掏出尺子測量出山腳到山頂影子的距離。另一個小夥伴在地上把竹竿豎起來,保持與地麵垂直,測出竹竿影子的長度。同一時間,太陽斜射到地麵的角度是不變的,所以不管山和竹竿有多高,它們的影子和它們自己高度的比例都是一個固定不變的數字。這樣就可以估算出山的高度(D)=竹竿長度(A)÷竹竿影子長度(B)×山的影子長度(C)。

“立竿見影大法”示意圖

但是呢,這種方法有一個問題,就是山的影子隻能測到在地麵投影的那一部分,山體裏麵的影子長度(也就是從山腳到山中心的距離)是需要事先去測量和估算的,所以測出的高度並不準確。而且,這樣隻能測量一下小山小島,太高的山就很難操作了。想要靠這種方法去比出世界第一高山是行不通的。

另外還有一個問題,當我們說“高”的時候,我們到底指的是什麽呢?是山頂到山腳的垂直距離嗎?按理說應該是的,但是我們現在知道,地球是一個圓圓的球體,地球的表麵也並不是平坦的。在地球儀上,哪怕隻截取小小一塊大陸,上麵都有可能有高原也有盆地。高原上一座小山的山頂,可能會比盆地的一座高山更高。所以,測量一座山從山頂到山腳的相對高度,其實對知道它到底有多“高”並沒有什麽幫助,也沒法給全世界的山進行排名。

所以,現在我們所說的山的“高度”,都是相對於地球海平麵的高度。為什麽是海平麵呢?因為相對陸地來說,海麵更低、更平,更適合作為全球或者某個區域的統一標準。這個相對於海平麵的高度,就是“海拔高度”。有了“海拔”的概念,我們就能得到一個更加清晰的地球全景圖了。

現在,測量地球的專業人士——測繪工作者們要測量山的高度就更簡單了。他們擁有了更加專業的測量工具,相比古人用的尺子,這些工具更像是被魔法加持的“飛尺”。“飛尺”其實是各種各樣的測距儀,它們共同的原理是:在需要測量的地方確定一個點,然後向它開炮!哦不,是發射一束光或者波,比如激光、紅外光,或者超聲波等。這些波在空氣中的傳播速度是我們已經解鎖的知識點,所以記錄下波發射和反射回來的時間,乘以波的速度再除以2,就得到了想要測量的距離。

有了這個距離,“立竿見影大法”中,就再也不用頂著大太陽辛苦地測量和估算山的影子長度了,同時也節省了很多竹竿。同樣的,還可以使用三角原理,用測距儀輕鬆獲得直角三角形中最長的那個斜邊的長度,而發射出去的波和地麵之間的角度是可以控製的,我們可以把這個角度叫作α。有了這兩個數據,根據三角形邊長的計算公式,就可以算出山的高度=斜邊長度×sinα,而且計算的結果會準確得多。如果還沒有學過三角形的計算公式,也可以繼續使用竹竿,進行等比例實測。

海拔高度的測量方法

你可能會說,這樣算出來的仍然是一個相對的高度啊!是的,但是比起古代,我們已經可以跑得更快、更遠,和更多人一起合作。於是,就可以從海平麵開始,向著高山的方向進發,一小段一小段地連續測量,最終得到一座山的海拔高度。有了海拔高度,就可以比較山的身高啦。測量過程中獲得的數據也可以保存起來,下次測量其他山的時候還能再用上,就不用再從海邊開始測量了。

當然,實際的操作過程,會比上麵所說的複雜得多,用到的工具、方法也會多得多,需要專業的學習和大量的實踐。

4.你知道珠穆朗瑪峰的具體身高嗎?

曆史上,包括中國、英國、美國、尼泊爾在內的不少國家都曾經用各種方法測量過珠穆朗瑪峰的身高,得到過8783米、8840米、8850米等不同的數據。由於年代久遠、方法比較落後,測量的結果不夠精確,小數點後麵的數字我們就省略了。

現在,珠穆朗瑪峰最新的官宣身高是8848.86米。這個數字是在2020年12月,由它的法定監護人,也就是珠穆朗瑪峰的所屬國——中國和尼泊爾一起測量、計算並宣布的。在長達7個月的時間裏,上百名科研工作者組成的團隊登上珠峰的最頂端,收集了頂峰和周圍100多萬平方公裏範圍內1.44億條最新的地形數據,經過反複測量,用計算機進行海量的計算、處理和校準,才得出了最終的數值。

在這個浩大的工程中,還首次用到了北鬥衛星定位、航空重力測量、衛星遙感、實景三維建模等很多最新的技術,從海、陸、空、天全方位保障測量的精確度。

那麽,8848.86米就是珠峰最新最準確的身高了嗎?很可能並不是,因為它的身高一直都在變化之中。根據最近幾十年的觀測,平均每年珠峰都會悄悄長高幾毫米,但是有的時候,一次劇烈的地震也可能讓它下沉1厘米~2厘米。所以,8848.86米這個世界最高的紀錄會不會被打破,要等到科學家們的下一次探險才能揭曉。

珠峰交會測量示意圖

國家測繪隊隊員正在開展珠峰區域天文測量工作

交會測量組隊員從不同的方向開展交會測量