Jak ciężka jest Ziemia?

Eksperci potrzebowali setek lat, aby oszacować masę Ziemi i do dziś nie ma jednomyślności co do dokładnej liczby.

Bardzo trudno jest obliczyć dokładną masę Ziemi. Zdjęcie: Science Times

Ziemia zawiera wszystko, od skał stałych i minerałów po miliony żywych organizmów, i jest pokryta niezliczonymi strukturami naturalnymi i stworzonymi przez człowieka. W rezultacie nie ma jednoznacznej odpowiedzi na pytanie, ile Ziemia waży. Waga Ziemi zależy od siły grawitacji działającej na nią, co oznacza, że ​​według Live Science może ważyć biliony kilogramów lub nic.

Według NASA masa Ziemi wynosi 5,9722×10 do potęgi 24 kg, co odpowiada około 13 biliardom egipskich piramid Chefrena (każda piramida waży 4,8 miliarda kg). Masa Ziemi ulega niewielkim wahaniom z powodu ulatniania się pyłu i gazów kosmicznych z atmosfery, ale te drobne zmiany nie wpływają na planetę przez miliardy lat.

Jednak fizycy na całym świecie nie doszli jeszcze do porozumienia co do powyższej wartości, a proces obliczeniowy nie jest łatwym zadaniem. Ponieważ nie da się umieścić całej Ziemi na wadze, naukowcy muszą użyć triangulacji, aby obliczyć jej masę.

Według Stephana Schlammingera, metrologa z Narodowego Instytutu Norm i Technologii, pierwszym składnikiem pomiaru jest prawo powszechnego ciążenia Isaaca Newtona. Wszystko, co ma masę, ma siłę grawitacji, co oznacza, że ​​dowolne dwa obiekty zawsze będą na siebie oddziaływać siłą. Zgodnie z prawem powszechnego ciążenia Newtona, siłę grawitacji między dwoma obiektami (F) można wyznaczyć, mnożąc odpowiednie masy obiektów (m₁ i m₂), dzieląc ją przez kwadrat odległości między ich środkami (r²), a następnie mnożąc przez stałą grawitacji (G), która wynosi F = Gx((m₁xm₂)/r²).

Korzystając z tego równania, naukowcy mogli teoretycznie zmierzyć masę Ziemi, mierząc siłę przyciągania grawitacyjnego planety na obiekt na jej powierzchni. Problem polegał jednak na tym, że nikt jeszcze nie obliczył dokładnej wartości siły grawitacji (G). W 1797 roku fizyk Henry Cavendish rozpoczął eksperyment Cavendisha. Używając obiektu zwanego wagą torsyjną, składającego się z dwóch obracających się prętów z przymocowanymi do nich ołowianymi kulkami, Cavendish wyznaczył siłę grawitacji między nimi, mierząc kąt między prętami, który zmieniał się, gdy mniejsza kulka była przyciągana do większej.

Znając masy i odległości między kulami, Cavendish obliczył G = 6,74×10−11 m³ kg–1 s–2. Obecnie Komitet Danych Międzynarodowej Rady Nauki określa G = 6,67430 × 10−11 m³ kg–1 s–2, co jest wartością nieznacznie różniącą się od pierwotnej wartości Cavendisha. Następnie naukowcy wykorzystali G do obliczenia masy Ziemi, wykorzystując znane masy innych obiektów, i wyprowadzili wartość, którą znamy dzisiaj jako 5,9722×10−24 kg.

Schlamminger podkreśla jednak, że chociaż równania Newtona i bilans torsyjny są ważnymi narzędziami, ich pomiary wciąż są podatne na błędy ludzkie. W ciągu wieków od eksperymentu Cavendisha różni naukowcy mierzyli siłę G dziesiątki razy, za każdym razem uzyskując nieco inne wyniki. Choć różnice są niewielkie, wystarczają, by zmienić obliczenia masy Ziemi i wprowadzić w błąd naukowców próbujących zmierzyć tę wartość.

An Khang (według Live Science )

Link źródłowy: https://vnexpress.net/trai-dat-nang-toi-muc-nao-4728864.html