Wie schwer ist die Erde?

Seit Jahrhunderten versuchen Experten, die Masse der Erde zu schätzen, und selbst heute noch herrscht kein Konsens über den genauen Wert.

Es ist sehr schwierig, die genaue Masse der Erde zu berechnen. Foto: Science Times — Es ist sehr schwierig, die genaue Masse der Erde zu berechnen. Foto: *Science Times*

Die Erde enthält alles von festen Gesteinen und Mineralien bis hin zu Millionen von Lebewesen und ist zudem von unzähligen natürlichen und künstlichen Strukturen bedeckt. Daher gibt es keine exakte Antwort auf die Frage nach dem Gewicht der Erde. Laut Live Science hängt ihr Gewicht von der auf sie wirkenden Gravitationskraft ab, was bedeutet, dass die Erde Billionen von Kilogramm wiegen oder gar nichts wiegen könnte.

Laut NASA beträgt die Masse der Erde 5,9722 × 10²⁴ kg, was etwa 13 Billiarden Pyramiden des Chephren in Ägypten entspricht (jede Pyramide wiegt 4,8 Milliarden kg). Die Erdmasse schwankt geringfügig aufgrund von kosmischem Staub und aus der Atmosphäre austretenden Gasen, doch diese kleinen Veränderungen haben über Milliarden von Jahren keine Auswirkungen auf den Planeten.

Weltweit sind sich Physiker über diese Zahl jedoch noch immer uneinig, und die Berechnung ist keine leichte Aufgabe. Da es unmöglich ist, die gesamte Erde auf einer Waage zu wiegen, müssen Wissenschaftler die Triangulation nutzen, um ihre Masse zu bestimmen.

Die erste Komponente der Messung ist laut Stephan Schlamminger, Metrologe am National Institute of Standards and Technology (NIAST), Isaac Newtons Gravitationsgesetz. Alles, was Masse besitzt, besitzt Gravitation, das heißt, zwei beliebige Objekte üben stets eine Kraft aufeinander aus. Gemäß Newtons Gravitationsgesetz lässt sich die Gravitationskraft (F) zwischen zwei Objekten bestimmen, indem man die jeweiligen Massen der Objekte (m₁ und m₂) mit dem Quadrat des Abstands zwischen ihren Mittelpunkten (r²) und anschließend mit der Gravitationskonstante (G) multipliziert, also: F = G × ((m₁ × m₂)/r²).

Theoretisch konnten Wissenschaftler mithilfe dieser Gleichung die Masse der Erde bestimmen, indem sie die Gravitationskraft des Planeten auf ein Objekt an seiner Oberfläche maßen. Das Problem war jedoch, dass noch niemand den genauen Wert von G berechnet hatte. 1797 begann der Physiker Henry Cavendish das Cavendish-Experiment. Mithilfe einer sogenannten Torsionswaage, bestehend aus zwei rotierenden Stäben mit daran befestigten Bleikugeln, ermittelte Cavendish die Gravitationskraft zwischen ihnen, indem er den Winkel zwischen den Stäben maß, der sich veränderte, wenn die kleinere Kugel von der größeren angezogen wurde.

Aus den bekannten Massen und Abständen der Kugeln berechnete Cavendish G = 6,74 × 10⁻¹¹ m³ kg⁻¹ s⁻². Das Datenkomitee des Internationalen Wissenschaftsrats (ICS) definiert G heute als 6,67430 × 10⁻¹¹ m³ kg⁻¹ s⁻², was nur geringfügig von Cavendishs ursprünglichem Wert abweicht. Wissenschaftler nutzten G später, um die Masse der Erde anhand der bekannten Massen anderer Objekte zu berechnen und gelangten so zu dem heute bekannten Wert von 5,9722 × 10²⁴ kg.

Schlamminger betont jedoch, dass Newtons Gleichungen und die Torsionswaage zwar wichtige Hilfsmittel waren, die darauf basierenden Messungen aber dennoch durch menschliche Fehler beeinflusst wurden. Jahrhundertelang nach Cavendishs Experiment maßen verschiedene Wissenschaftler die Erdbeschleunigung G dutzende Male, jedes Mal mit leicht unterschiedlichen Ergebnissen. Obwohl diese Abweichungen minimal waren, reichten sie aus, um Berechnungen der Erdmasse zu verändern und Wissenschaftler, die diese Zahl messen wollten, zu beschäftigen.

An Khang (laut Live Science )

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