専門家たちは何百年もかけて地球の質量を推定してきたが、今でも正確な数字についてはまだ合意が得られていない。
地球の正確な質量を計算するのは非常に困難です。写真:サイエンスタイムズ
地球は、固体の岩石や鉱物から数百万の生物まで、あらゆるものを含んでおり、また無数の自然構造物や人工構造物に覆われています。そのため、地球の重さはどれくらいかという問いに正確な答えはありません。Live Scienceによると、地球の重さは地球に作用する重力によって決まり、数兆キログラムにもなることもあれば、全くないこともあるそうです。
NASAによると、地球の質量は5.9722 × 10²⁴ kgで、エジプトのカフラー王のピラミッド約13京個(各ピラミッドの重量は48億kg)に相当します。地球の質量は宇宙塵や大気圏から漏れ出るガスの影響でわずかに変動しますが、これらの小さな変化は数十億年の間、地球に影響を与えることはありません。
しかし、世界中の物理学者の間では依然としてこの数値について意見が一致しておらず、計算プロセスは容易ではありません。地球全体を秤で計量することは不可能であるため、 科学者は三角測量を用いて質量を算出しなければなりません。
アメリカ国立標準技術研究所(NIAST)の計量学者、ステファン・シュラミンガー氏によると、測定の第一要素はアイザック・ニュートンの万有引力の法則です。質量を持つものはすべて重力を持ち、つまり2つの物体は常に互いに力を及ぼし合います。ニュートンの万有引力の法則によれば、2つの物体間の重力(F)は、それぞれの質量(m₁とm₂)に中心間の距離(r²)の2乗を掛け、さらに重力定数(G)を掛けることで求められます。つまり、F = Gx((m₁xm₂)/r²)となります。
この式を用いれば、理論的には、地球表面の物体に対する惑星の重力の引力を測定することで、地球の質量を測定できるはずでした。しかし問題は、まだ誰もGの正確な値を計算していなかったことです。1797年、物理学者ヘンリー・キャベンディッシュはキャベンディッシュの実験を開始しました。ねじり天秤と呼ばれる物体(鉛の球が取り付けられた2本の回転棒でできたもの)を用いて、キャベンディッシュは、小さい方の球が大きい方の球に引っ張られることで棒の角度が変化することを測定することから、棒の間に働く重力の大きさを算出しました。
キャベンディッシュは、球の質量と球間の距離から、G = 6.74 × 10⁻¹¹ m³ kg⁻¹ s⁻² と計算しました。現在、国際科学会議データ委員会は、G = 6.67430 × 10⁻¹¹ m³ kg⁻¹ s⁻² と定義しており、これはキャベンディッシュの当初の数値とわずかに異なるだけです。その後、科学者たちはGを用いて他の天体の既知の質量から地球の質量を計算し、今日私たちが知っている5.9722 × 10²⁴ kg という数値に至りました。
しかし、シュラミンガーは、ニュートンの方程式とねじり天秤は重要なツールであったものの、それらに基づく測定は依然として人為的誤差の影響を受けていたと強調する。キャベンディッシュの実験後、数世紀にわたり、様々な科学者が重力加速度(G)を数十回測定し、そのたびにわずかに異なる結果を得た。これらの差はごくわずかであったが、地球の質量の計算に変化をもたらし、その数値を測定しようとする科学者たちの頭を悩ませるには十分だった。
アン・カン( Live Scienceによると)
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