Hoe zwaar is de aarde?

Deskundigen hebben honderden jaren besteed aan het schatten van de massa van de aarde, en zelfs nu bestaat er nog geen consensus over het exacte getal.

Het is erg moeilijk om de exacte massa van de aarde te berekenen. Foto: Science Times — Het is erg moeilijk om de exacte massa van de aarde te berekenen. Foto: *Science Times*

De aarde bevat alles, van vaste gesteenten en mineralen tot miljoenen levende organismen, en is bovendien bedekt met talloze natuurlijke en door de mens gemaakte structuren. Daarom is er geen precies antwoord op de vraag hoeveel de aarde weegt. Het gewicht van de aarde hangt af van de zwaartekracht die erop inwerkt, wat betekent dat de aarde triljoenen kilogrammen zou kunnen wegen, of helemaal niets, aldus Live Science .

Volgens NASA bedraagt de massa van de aarde 5,9722 × 10²⁴ kg, wat overeenkomt met ongeveer 13 quadriljoen piramides van Khafre in Egypte (elke piramide weegt 4,8 miljard kg). De massa van de aarde schommelt licht door kosmisch stof en gassen die uit de atmosfeer ontsnappen, maar deze kleine veranderingen hebben pas na miljarden jaren invloed op de planeet.

Natuurkundigen over de hele wereld zijn het echter nog steeds oneens over dit getal, en de berekening is geen eenvoudige opgave. Omdat het onmogelijk is om de hele aarde op een weegschaal te wegen, moeten wetenschappers triangulatie gebruiken om de massa te berekenen.

Het eerste onderdeel van de meting is de wet van de universele zwaartekracht van Isaac Newton, aldus Stephan Schlamminger, metroloog bij het National Institute of Standards and Technology (NIAST). Alles met massa heeft zwaartekracht, wat betekent dat twee willekeurige objecten altijd een kracht op elkaar uitoefenen. Volgens Newtons wet van de universele zwaartekracht kan de zwaartekracht tussen twee objecten (F) worden bepaald door de respectievelijke massa's van de objecten (m₁ en m₂) te vermenigvuldigen met het kwadraat van de afstand tussen hun middelpunten (r²), en vervolgens te vermenigvuldigen met de gravitatieconstante (G), oftewel F = G x ((m₁ x m₂) / r²).

Met behulp van deze vergelijking zouden wetenschappers theoretisch de massa van de aarde kunnen meten door de zwaartekracht van de planeet op een object aan het aardoppervlak te bepalen. Het probleem was echter dat niemand de exacte waarde van G nog had berekend. In 1797 begon natuurkundige Henry Cavendish met het Cavendish-experiment. Met behulp van een torsiebalans, bestaande uit twee roterende staven met loden bollen, bepaalde Cavendish de zwaartekracht tussen de staven door de hoek te meten die veranderde naarmate de kleinere bol door de grotere werd aangetrokken.

Met de bekende massa's en afstanden tussen de bollen berekende Cavendish G = 6,74 × 10⁻¹¹ m³ kg⁻¹ s⁻². Momenteel definieert het Data Committee van de International Council for Science G = 6,67430 × 10⁻¹¹ m³ kg⁻¹ s⁻², wat slechts een klein verschil is met Cavendish' oorspronkelijke waarde. Wetenschappers gebruikten G later om de massa van de aarde te berekenen, gebruikmakend van de bekende massa's van andere objecten, en kwamen zo tot de waarde van 5,9722 × 10²⁴ kg zoals we die nu kennen.

Schlamminger benadrukt echter dat, hoewel Newtons vergelijkingen en de torsiebalans belangrijke instrumenten waren, metingen die daarop gebaseerd waren nog steeds beïnvloed werden door menselijke fouten. Eeuwenlang na het experiment van Cavendish hebben verschillende wetenschappers G tientallen keren gemeten, telkens met enigszins verschillende resultaten. Hoewel deze verschillen klein waren, waren ze voldoende om berekeningen van de massa van de aarde te beïnvloeden en wetenschappers die het getal wilden meten bezig te houden.

An Khang (volgens Live Science )

Bronlink