重力学在国内外的发展

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1、重力学在国内外的发展学院：地球物理学院专业：地球物理学学号：201405050318姓名：蒋雨辰摘要重力学是地球物理学的一个分支，是大地测量学，天文学，地球物理学，地球动力学的一个交汇点。他与人类的社会实践密切相关。本文大致论述了重力学在国内外的发展过程及现状。关键词：重力学发展情况研究现状改进方向目录一、重力学在国外的发展二、重力学在国内的发展3.1国内重力测量精度的发展3.2国内重力测量仪器的发展3.3地球内部构造研究方面三、未来发展面临的挑战一、重力学在国外的发展古希腊亚里士多德提出物体下落的速度与其重量成比例。意大利伽利略在1590年从比萨斜塔大量实验中发现，物体下落的路径与它经

2、历的时间的平方成正比，而与物体自身的重量无关，他粗略地求出地球重力加速度的数值为9.8m/s²。里歇在17世纪在利用摆钟从巴黎到南美进行天文观测是发现重力加速度在各地并非恒值。牛顿和惠更斯指出这种现象与他们认为地球是旋转的推论相符，在理论上阐明了地球重力场的变化。1687年，牛顿根据开普勒行星运动定律推导出万有引力定律，这一定律是重力学最重要的基本定律。1735-1744年，布格等人通过一系列的观测证实了重力随纬度的变化；1749年又进行了重力随高度变化的观测，并研究了重力的海平面改正(又称高度改正)。19世纪初的发展特点是开展新的测量方法研究和可移动的仪器研制，与进行较大区域的野外测量

3、。如在1811年德国天文学家鲍年倍格(J．Bohnenberger)阐明了可倒摆原理。1818年英国卡特(H．Kater)研制成第一台可供野外观测的可倒摆仪器。试用结果，测量误差约为35毫伽(mGal)贝塞尔(F．W．Bessil)研究了可倒摆的理论和误差源。并研制出线摆，并在1828年前后用其实施了绝对重力测量。这种仪器的误差已减到约为10mGal。拉普拉斯(Laplace)应用克莱劳定理对一批重力点的重力值计算，给出地球扁率约为1：330。1873年，理斯廷将高斯(C．F．Gauss)给出的海平面上的等位面，定名为大地水准面。英国数学家斯托克斯(G．G．Stokes)证明了位理论反演

4、问题没有唯一解，位理论反演的目的在于从外部重力场来确定地球内部的物质分布。这是地球物理中的十分重要的问题。111854年英国人普拉特(F．Pratt)整理在喜马拉雅山附近用摆测量的垂线偏差记录时，发现实测值比预期的小，表明地下存在某种补偿作用抵消了一部分高山的影响，在1855年他提出一个假设，认为：“山脉是由地下物质从某一补偿深度起，向上膨胀而形成的，山越高，密度越小。但在补偿深度以上的各个岩石柱体的质量都相等”。同年，英国天文学家艾里(G．Airy)提出另一个假设，认为：山脉是较轻的岩石浮在较重的介质上。山越高，它的底部伸人介质中的深度越大。即所谓的“山根”。后人在普拉特和艾里的假说基

5、础上又提出了改进和新的均衡、补偿的假说。1889年，美国地质学家杜顿(C．E．Dutton)引进了均衡(isostasy)这一名称。根据均衡学说，可见的物质剩余(山地)和物质亏损(海洋)，可通过地壳密度或者地壳厚度的变化而得到补偿，从而在某一补偿深度上达到静力平衡。19世纪末叶，使用的摆仪，在每个测点上观测半日至一日，可使重力差的精确度从±10～±20mGal提高到±5mGal。此时已获得了大量可用的全球重力资料。为了便于重力资料的使用，就要求研究重力数据归算到海平面的问题。赫尔默特(F．R．Helment)在这方面作出了贡献，1901年，他使用经过空间改正后的1400个重力值，得到的椭

6、球扁平率为1：298.3，大大地提高了地球扁率的精度，并由此推出的正常重力公式在20世纪初得到世界各国广泛的应用。1898～1904年，库宁和冯特万勒尔在波茨坦完成了绝对重力测量。其观测结果被确定为“波茨坦重力系统”的基础：在1909年该系统被采用为世界重力基准。20世纪初，由于厄特沃什研制成适用于野外作业的扭秤，在匈牙利进行了持续的扭秤观测，结果表明扭秤可以反映地下区域的密度变化。在应用地球物理方法勘探石油之初就是使用扭秤。1934年拉科斯特研制出了高精度的金属弹簧重力仪，沃登研制出了石英弹簧重力仪，这类仪器的测量精度约达0.05-0.2mGal；一个测点的平均观测时间已缩短到10-3

7、0分钟，到1939年，这类重力仪完全取代了扭秤。此后，重力测量工作一方面是建立重力控制网，另一方面是应用重力方法解决地学问题。11二、重力学在国内的发展在中国，对重力的测量和重力学的研究仅仅有60余年。2.1国内重力测量精度的发展在1933年，法国科学院院士PierreLejay与北平研究院物理研究所合作，应用Holweek-Lejay倒摆型相对重力仪，以上海徐家汇天文台为原点，在中国共测208个测点。1938年方俊教授发表了中国地