懸錘和鐘擺無疑是科學(xué)研究使用的各種儀器當(dāng)中最簡單的（至少在原理上可以這樣認(rèn)為）。令人奇怪的是，人們?cè)诶眠@樣簡單的儀器時(shí)竟能得出神話般的結(jié)果：借助于它們的幫助，人們可以深入到地球的核心，測(cè)出我們腳下幾十千米深的地方的情況。只要我們想起世界上最深的鉆井的深度還未超過3/4千米，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)不及地面上懸錘和鐘擺所探測(cè)的深度，我們就會(huì)完全肯定這門科學(xué)的功績。

懸錘這種功能的力學(xué)原理并不難理解，假如地球的結(jié)構(gòu)全部是均勻的，那么懸錘在任何地點(diǎn)上的方向就能計(jì)算出來，但是地球淺層和深層的質(zhì)量分布并不均勻，這就改變了懸錘理論上的方向（圖15）。例如，在高山附近懸錘會(huì)稍稍向山的一方傾斜，與山靠得越近，山的質(zhì)量越大，懸錘就傾斜得越厲害（圖16）。相反，地層內(nèi)的空隙則會(huì)對(duì)懸錘產(chǎn)生一種接近于排斥的作用；懸錘會(huì)被四周的質(zhì)量吸引向與之相反的方向（此時(shí)排斥力的大小，等于這個(gè)空隙被填滿時(shí)，所有填充物的質(zhì)量所應(yīng)該產(chǎn)生的引力）傾斜。懸錘不僅會(huì)被空隙所排斥，懸錘會(huì)受到所有包含的物質(zhì)的密度比地球基本地層的密度小的地帶的排斥，只不過排斥力量會(huì)較小一些，由此我們看出，懸錘可以作為幫助我們判斷地球內(nèi)部構(gòu)造的儀器。

圖15　地層里的空隙A和密實(shí)的B都可以使懸錘產(chǎn)生偏移

圖16　地表剖面圖與懸錘的方向

鐘擺在這方面的用途更大。這種儀器具有以下功能：如果擺動(dòng)的幅度只有幾度，那么它每一次擺動(dòng)的時(shí)間幾乎與擺幅的大小無關(guān)，無論擺幅大小，擺動(dòng)的時(shí)間都是相同的。擺動(dòng)的時(shí)間是與其他一些因素有關(guān)的。比如擺的長度和地球在這個(gè)地點(diǎn)上的重力加速度，擺動(dòng)小的情況下，每次全擺（一去一回）所需的時(shí)間，即鐘擺擺動(dòng)的周期T，同擺長l和重力加速度g之間的關(guān)系可以用下式表示：

研究地層結(jié)構(gòu)時(shí)如果使用“秒擺”，即每秒擺動(dòng)一次（向一個(gè)方向擺動(dòng)一次）的鐘擺，那就應(yīng)該有下面的關(guān)系：

顯然，重力的一切改變都會(huì)影響到這種擺的長度：為了能準(zhǔn)確地在一秒鐘擺動(dòng)一次，就必須增加或減少擺的長度，采用這種方法能夠探測(cè)到哪怕是重力千分之一的變化。

在這里我們不再敘述如何利用懸錘和鐘擺來進(jìn)行相關(guān)研究的方法（這個(gè)方法要遠(yuǎn)比我們所想象的復(fù)雜得多）。這里我們只想列舉幾個(gè)最有趣的現(xiàn)象。

如果懸錘在海岸邊的重力作用要比遠(yuǎn)離大海的陸地上大，這說明什么呢？顯然，這說明大陸下面地層結(jié)構(gòu)的組成物質(zhì)要比海底層結(jié)構(gòu)的組成物質(zhì)輕。地質(zhì)學(xué)家就是根據(jù)這些物理學(xué)事實(shí)所提供的寶貴資料來推測(cè)組成我們這個(gè)星球外殼的巖石結(jié)構(gòu)的。

實(shí)踐中基本是采用了被稱為“地磁異常”的類似方法對(duì)此進(jìn)行研究。它的研究者之一報(bào)告了一些這方面的內(nèi)容4。

圖17是扭力天平示意圖。細(xì)鋁管做的搖桿M₁E長度為40厘米：梁一端連接金屬圓柱M₁（30克），另一根導(dǎo)線EM₂的金屬墜M₂也是30克。搖桿上面懸著一根非常薄的鉑銥絲AO，長度為60～70厘米。為了防止空氣對(duì)流產(chǎn)生影響，用帶有雙層金屬的外殼包圍住扭力天平，扭力天平在這個(gè)儀器上有兩對(duì)，它們成180度相互旋轉(zhuǎn)：S是一個(gè)平面鏡。

通過這種儀器可以測(cè)出地磁異常，在采礦中有重大作用。

現(xiàn)在，科學(xué)上發(fā)明了另外一種能更精確記錄重力異常的方法。地球并非標(biāo)準(zhǔn)圓形，構(gòu)造也不是絕對(duì)均勻的，這些因素都影響著人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行，因此，當(dāng)人造衛(wèi)星飛過山脈或巖層密度很大的地方時(shí)，從理論上說它會(huì)受到該地方大質(zhì)量物質(zhì)引力的作用，高度應(yīng)略有下降，而飛行速度略有加大。但實(shí)際上，只有當(dāng)衛(wèi)星為了不使大氣阻力影響其正常運(yùn)行，飛行達(dá)到極大高度時(shí)，這些效應(yīng)才可能被記錄下來。

圖17 右上角為可變電感器，左上角為儀器設(shè)備圖