Hoe zwaar is de aarde?

Deskundigen hebben honderden jaren nodig gehad om de massa van de aarde te schatten. Over het exacte getal bestaat tot op de dag van vandaag nog steeds geen consensus.

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 rotsen en mineralen tot miljoenen levende organismen, en is bedekt met talloze natuurlijke en door de mens gemaakte structuren. Daarom is er geen exact antwoord op de vraag hoeveel de aarde weegt. Het gewicht van de aarde hangt af van de zwaartekracht, wat betekent dat de aarde biljoenen kilo's of niets kan wegen, aldus Live Science .

Volgens NASA bedraagt de massa van de aarde 5,9722 × 10 tot 24 kg, wat overeenkomt met ongeveer 13 biljard Egyptische piramiden van Chefren (elke piramide weegt 4,8 miljard kg). De massa van de aarde fluctueert lichtjes door kosmisch stof en gassen die uit de atmosfeer lekken, maar deze kleine veranderingen hebben pas na miljarden jaren invloed op de planeet.

Natuurkundigen over de hele wereld zijn het echter nog niet eens over bovenstaande getallen en de berekening is geen eenvoudige opgave. Omdat het onmogelijk is om de hele aarde op de schaal te zetten, moeten wetenschappers triangulatie gebruiken om de massa ervan te berekenen.

Het eerste ingrediënt van meten is Isaac Newtons wet van universele gravitatie, volgens Stephan Schlamminger, metroloog bij het National Institute of Standards and Technology. Alles wat massa heeft, oefent zwaartekracht uit, wat betekent dat twee objecten altijd een kracht op elkaar uitoefenen. Volgens Newtons wet van universele gravitatie kan de zwaartekracht tussen twee objecten (F) worden bepaald door de respectievelijke massa's van de objecten (m₁ en m₂) te vermenigvuldigen, te delen door het kwadraat van de afstand tussen hun middelpunten (r²) en vervolgens te vermenigvuldigen met de gravitatieconstante (G), namelijk F = Gx((m₁xm₂)/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 op het oppervlak te meten. Maar het probleem was dat nog niemand een exact getal voor G had berekend. In 1797 begon natuurkundige Henry Cavendish met het Cavendish-experiment. Met behulp van een object genaamd een torsiebalans, bestaande uit twee roterende staven met daaraan loden ballen, vond Cavendish de zwaartekracht tussen de staven door de hoek te meten die veranderde naarmate de kleinere bal door de grotere werd aangetrokken.

Met de massa's en afstanden tussen de bollen berekende Cavendish G = 6,74 × 10−11 m3 kg–1 s–2. Tegenwoordig bepaalt de Datacommissie van de International Council for Science G = 6,67430 × 10−11 m3 kg–1 s–2, net iets anders dan Cavendish' oorspronkelijke berekening. Wetenschappers gebruikten G vervolgens om de massa van de aarde te berekenen, gebruikmakend van de bekende massa's van andere objecten, en leidden het getal af dat we nu kennen als 5,9722 × 10−24 kg.

Schlamminger benadrukt echter dat hoewel Newtons vergelijkingen en de torsiebalans belangrijke hulpmiddelen zijn, de metingen ervan nog steeds vatbaar zijn voor menselijke fouten. In de eeuwen sinds Cavendish' experiment hebben verschillende wetenschappers G tientallen keren gemeten, telkens met licht afwijkende resultaten. Hoewel de verschillen klein zijn, zijn ze voldoende om de berekeningen van de massa van de aarde te veranderen en wetenschappers die het getal proberen te meten, in verwarring te brengen.

An Khang (volgens Live Science )

Bronlink