迄今为止,人类挖到地球最深的地方为库页岛的一口油井,深度将近13公里。但这个深度仍然只是地球的表皮,地心还要再向下深入6300多公里。如果未来人类有能力挖穿地球,从地球的一端挖一个洞到另一端,那么,人跳到这个洞中会怎样呢?
首先,这个人需要面对高温问题。越深入地球内部,温度越高。在地壳的最深处,也就是距离地表大约70公里的地方,温度会升高到400摄氏度,所以这个人基本上无法活着穿过地壳。
进入地幔之后,温度将会大幅度升高。地幔大部分区域的温度都超过了1200度,最深处的温度可达4000度。如果这个人穿着由的五碳化四钽铪制成的防护服,他可以顺利穿过厚达2900公里的地幔。五碳化四钽铪是人类目前制造出熔点最高的材料,它会在4215度左右熔化。
在地幔之下,是温度更高更厚的地核。地核残留着形成地球时的原始热,以及放射性元素衰变产生的热量,这使得地球拥有一个炽热的核心。据估计,地心的温度与太阳表面温度相当,可达5500度。整个地核的厚度为3400公里,这个人将会在落向地心的过程中熔化掉,没有什么耐热材料可以抵挡地核的高温。
如果能够承受住高温,从地球一端跳下去的人会从地球另一端掉出来吗?
为了排除地球自转所引起的科里奥利效应,假设这个洞是从北极点贯穿到南极点。并假设地球是一个密度均匀的球体,而且没有空气阻力。基于这些条件,可以建立一个模型,能够算出人从地球一端掉到另一端的时间为:
上式中,G为万有引力常数,ρ为地球的平均密度。
可以看到,无论这个人有多重,他穿过地球的时间都是同一个常数。代入数据可以算出,时间大概为42分钟。这个人不会从地球另一端掉出来,因为他掉到地球另一端时的速度为0,他会在地球两端来回做简谐运动。
如果考虑空气阻力,跳进地洞中的人不会一直做简谐运动,他的速度会变得越来越慢。每次穿过地心之后所前进的距离都比上一次短,经过足够长的时间之后,这个人会在地心停下来。