Wie schwer ist die Erde?

Experten brauchten Hunderte von Jahren, um die Masse der Erde zu schätzen, und bis heute besteht 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 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 das Gewicht der Erde von der auf sie wirkenden Schwerkraft 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 ägyptischen Chephren-Pyramiden 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 herrscht unter Physikern jedoch noch keine Einigkeit über die oben genannte Zahl, und die Berechnung gestaltet sich schwierig. Da es unmöglich ist, die gesamte Erde auf die Waage zu legen, müssen Wissenschaftler die Masse mittels Triangulation berechnen.

Die erste Voraussetzung für Messungen ist laut Stephan Schlamminger, Metrologe am US-amerikanischen National Institute of Standards and Technology (NIST), Isaac Newtons Gravitationsgesetz. Jeder Körper mit Masse übt eine Gravitationskraft aus, das heißt, zwischen zwei Objekten wirkt stets eine Kraft. Gemäß Newtons Gravitationsgesetz lässt sich die Gravitationskraft (F) zwischen zwei Objekten berechnen, indem man die jeweiligen Massen (m₁ und m₂) multipliziert, durch das Quadrat des Abstands ihrer Mittelpunkte (r²) dividiert und anschließend mit der Gravitationskonstante (G) multipliziert: F = G × ((m₁ × m₂)/r²).

Mithilfe dieser Gleichung konnten Wissenschaftler theoretisch 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 einen exakten Wert für G berechnet hatte. 1797 begann der Physiker Henry Cavendish das Cavendish-Experiment. Mit einer sogenannten Torsionswaage, bestehend aus zwei rotierenden Stäben mit daran befestigten Bleikugeln, ermittelte Cavendish die Gravitationskraft zwischen ihnen, indem er den Winkel am Stab maß, der sich veränderte, wenn die kleinere Kugel von der größeren angezogen wurde.

Ausgehend von den bekannten Massen und Abständen der Kugeln berechnete Cavendish G = 6,74 × 10⁻¹¹ m³ kg⁻¹ s⁻². Heute ermittelt das Datenkomitee des Internationalen Wissenschaftsrats (ICS) einen Wert von G = 6,67430 × 10⁻¹¹ m³ kg⁻¹ s⁻², der nur geringfügig von Cavendishs ursprünglichem Wert abweicht. Mithilfe von G und den bekannten Massen anderer Objekte berechneten Wissenschaftler anschließend die Masse der Erde und erhielten den heute bekannten Wert: 5,9722 × 10⁻²⁴ kg.

Schlamminger betont jedoch, dass Newtons Gleichungen und die Torsionswaage zwar wichtige Instrumente sind, ihre Messungen aber dennoch fehleranfällig sind. In den Jahrhunderten seit Cavendishs Experiment haben verschiedene Wissenschaftler die Erdbeschleunigung G dutzende Male gemessen, jedes Mal mit leicht unterschiedlichen Ergebnissen. Obwohl die Unterschiede minimal sind, reichen sie aus, um die Berechnung der Erdmasse zu verändern und Wissenschaftler, die sie messen wollen, vor Herausforderungen zu stellen.

An Khang (laut Live Science )

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