ما هو وزن الأرض؟

أمضى الخبراء مئات السنين في تقدير كتلة الأرض، وحتى الآن، لا يوجد إجماع على الرقم الدقيق.

من الصعب للغاية حساب الكتلة الدقيقة للأرض. الصورة: ساينس تايمز — من الصعب للغاية حساب الكتلة الدقيقة للأرض. الصورة: *ساينس تايمز*

تحتوي الأرض على كل شيء، من الصخور الصلبة والمعادن إلى ملايين الكائنات الحية، كما أنها مغطاة بعدد لا يحصى من التكوينات الطبيعية والصناعية. لذلك، لا توجد إجابة دقيقة لسؤال وزن الأرض. يعتمد وزن الأرض على قوة الجاذبية المؤثرة عليها، مما يعني أن وزنها قد يصل إلى تريليونات الكيلوغرامات أو قد لا يكون لها وزن على الإطلاق، وفقًا لموقع لايف ساينس .

بحسب وكالة ناسا، تبلغ كتلة الأرض 5.9722 × 10²⁴ كيلوغرام، أي ما يعادل تقريبًا 13 كوادريليون هرم من أهرامات خفرع في مصر (يبلغ وزن كل هرم 4.8 مليار كيلوغرام). وتتذبذب كتلة الأرض بشكل طفيف نتيجة للغبار الكوني والغازات المتسربة من الغلاف الجوي، إلا أن هذه التغيرات الطفيفة لا تؤثر على الكوكب لمليارات السنين.

مع ذلك، لا يزال الفيزيائيون حول العالم يختلفون حول هذا الرقم، وعملية الحساب ليست بالمهمة السهلة. ولأنه من المستحيل وزن الأرض بأكملها على ميزان، يضطر العلماء إلى استخدام التثليث لحساب كتلتها.

يُعدّ قانون نيوتن للجاذبية الكونية المكوّن الأول في عملية القياس، وفقًا لستيفان شلامينجر، عالم القياسات في المعهد الوطني للمعايير والتكنولوجيا (NIAST). فكل جسم له كتلة يخضع لقوة الجاذبية، ما يعني أن أي جسمين يؤثران دائمًا بقوة على بعضهما البعض. وبحسب قانون نيوتن للجاذبية الكونية، يمكن تحديد قوة الجاذبية بين جسمين (F) بضرب كتلتيهما (m₁ و m₂) في مربع المسافة بين مركزيهما (r²)، ثم ضرب الناتج بثابت الجاذبية (G)، أي: F = G × ((m₁ × m₂) / r²).

باستخدام هذه المعادلة، نظريًا، يستطيع العلماء قياس كتلة الأرض بقياس قوة جاذبيتها على جسم على سطحها. لكن المشكلة تكمن في عدم وجود من حسب القيمة الدقيقة لـ G. في عام ١٧٩٧، بدأ الفيزيائي هنري كافنديش تجربة كافنديش. باستخدام أداة تُسمى ميزان الالتواء، تتكون من قضيبين دوارين مُثبت عليهما كرتان من الرصاص، وجد كافنديش قوة الجاذبية بينهما بقياس الزاوية على القضيبين، والتي تتغير بتغير قوة جذب الكرة الأصغر بواسطة الكرة الأكبر.

بمعرفة كتل الكرات والمسافات بينها، حسب كافنديش قيمة ثابت الجاذبية G = 6.74 × 10⁻¹¹ م³ كجم⁻¹ ث⁻². حاليًا، تُعرّف لجنة البيانات التابعة للمجلس الدولي للعلوم قيمة G = 6.67430 × 10⁻¹¹ م³ كجم⁻¹ ث⁻²، وهي تختلف اختلافًا طفيفًا عن قيمة كافنديش الأصلية. لاحقًا، استخدم العلماء قيمة G لحساب كتلة الأرض، بالاستعانة بالكتل المعروفة لأجسام أخرى، وتوصلوا إلى القيمة المعروفة اليوم وهي 5.9722 × 10²⁴ كجم.

مع ذلك، يؤكد شلامينجر أنه على الرغم من أهمية معادلات نيوتن وميزان الالتواء، إلا أن القياسات المستندة إليها ظلت عرضة للخطأ البشري. فعلى مدى قرون بعد تجربة كافنديش، قام علماء مختلفون بقياس تسارع الجاذبية الأرضية عشرات المرات، وكانت النتائج في كل مرة مختلفة قليلاً. ورغم ضآلة هذه الاختلافات، إلا أنها كانت كافية لتغيير حسابات كتلة الأرض وشغلت العلماء الساعين إلى قياس هذا التسارع.

آن خانغ (بحسب موقع لايف ساينس )

رابط المصدر