전문가들은 수백 년 동안 지구의 질량을 추정해 왔지만, 지금도 정확한 수치에 대해서는 의견 일치가 이루어지지 않고 있습니다.
지구의 정확한 질량을 계산하는 것은 매우 어렵습니다. 사진: 사이언스 타임스
지구는 단단한 암석과 광물부터 수백만 생명체에 이르기까지 모든 것을 포함하고 있으며, 수많은 자연 및 인공 구조물로 덮여 있습니다. 따라서 지구의 무게에 대한 정확한 답은 없습니다. 지구의 무게는 지구에 작용하는 중력에 따라 달라지기 때문에 지구의 무게는 수조 킬로그램일 수도 있고, 전혀 없을 수도 있다고 Live Science 는 설명합니다.
NASA에 따르면 지구의 질량은 5.9722 × 10²⁴ kg으로, 이집트 카프레 왕조의 피라미드 약 13경 개(각 피라미드 무게 48억 kg)의 질량에 해당합니다. 지구의 질량은 우주 먼지와 대기에서 새어 나오는 가스 때문에 약간씩 변동하지만, 이러한 작은 변화는 수십억 년 동안 지구에 영향을 미치지 않습니다.
하지만 전 세계 물리학자들은 여전히 이 수치에 대해 의견이 분분하며, 계산 과정 또한 간단하지 않습니다. 지구 전체의 무게를 저울로 재는 것은 불가능하기 때문에 과학자들은 삼각측량법을 사용하여 질량을 계산해야 합니다.
미국 국립표준기술연구소(NIAST)의 계측학자 스테판 슐라밍거에 따르면, 측정의 첫 번째 구성 요소는 아이작 뉴턴의 만유인력 법칙입니다. 질량을 가진 모든 물체는 중력을 가지며, 이는 두 물체가 항상 서로에게 힘을 가한다는 것을 의미합니다. 뉴턴의 만유인력 법칙에 따르면, 두 물체 사이의 중력(F)은 각 물체의 질량(m₁과 m₂)에 두 물체 중심 사이 거리의 제곱(r²)을 곱한 다음, 중력 상수(G)를 곱하여 구할 수 있습니다. 즉, F = G x ((m₁ x m₂) / r²)입니다.
이론적으로 과학자들은 이 방정식을 이용하여 지구 표면의 물체에 작용하는 지구의 중력을 측정함으로써 지구의 질량을 측정할 수 있었습니다. 하지만 문제는 그 당시에는 아무도 중력 상수 G의 정확한 값을 계산하지 못했다는 것이었습니다. 1797년, 물리학자 헨리 캐번디시는 캐번디시 실험을 시작했습니다. 캐번디시는 납 구체가 달린 두 개의 회전하는 막대로 이루어진 비틀림 저울이라는 장치를 사용하여, 큰 구체가 작은 구체를 잡아당길 때 막대 사이의 각도가 변하는 것을 측정함으로써 두 구체 사이의 중력을 알아냈습니다.
캐번디시는 구체들의 질량과 구체 사이의 거리를 알고 있었기 때문에 중력 가속도 G = 6.74 × 10⁻¹¹ m³ kg⁻¹ s⁻²를 계산했습니다. 현재 국제과학협의회 데이터 위원회는 G를 6.67430 × 10⁻¹¹ m³ kg⁻¹ s⁻²로 정의하고 있는데, 이는 캐번디시의 원래 값과 약간의 차이만 있습니다. 이후 과학자들은 G를 이용하여 다른 물체들의 알려진 질량을 바탕으로 지구의 질량을 계산했고, 오늘날 우리가 알고 있는 5.9722 × 10²⁴ kg이라는 값을 얻었습니다.
하지만 슐라밍거는 뉴턴의 방정식과 비틀림 저울이 중요한 도구였지만, 이를 기반으로 한 측정값 역시 인간의 오차에 영향을 받았다고 강조합니다. 캐번디시의 실험 이후 수 세기 동안 여러 과학자들이 중력 가속도 G를 수십 차례 측정했는데, 매번 약간씩 다른 결과가 나왔습니다. 이러한 차이가 아주 미미했음에도 불구하고, 지구 질량 계산에 영향을 미치고 그 값을 측정하려는 과학자들을 끊임없이 고민하게 만들기에 충분했습니다.
안캉 ( 라이브 사이언스 에 따르면)
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