Jak ciężka jest Ziemia?

Eksperci poświęcili setki lat na oszacowanie masy Ziemi, lecz nawet teraz nie ma jednomyślności co do dokładnej wartości.

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

Ziemia zawiera wszystko, od skał stałych i minerałów po miliony organizmów żywych, a także jest pokryta niezliczonymi strukturami naturalnymi i sztucznymi. Dlatego nie ma precyzyjnej odpowiedzi na pytanie, ile Ziemia waży. Waga Ziemi zależy od działającej na nią siły grawitacji, co oznacza, że ​​według Live Science może ważyć biliony kilogramów lub wcale.

Według NASA masa Ziemi wynosi 5,9722 × 10²⁴ kg, co odpowiada około 13 biliardom piramid Chefrena w Egipcie (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 wciąż nie są zgodni co do tej wartości, a proces obliczeniowy nie jest łatwym zadaniem. Ponieważ nie da się zważyć całej Ziemi na wadze, naukowcy muszą użyć triangulacji, aby obliczyć jej masę.

Pierwszym elementem pomiaru jest prawo powszechnego ciążenia Isaaca Newtona, według Stephana Schlammingera, metrologa z Narodowego Instytutu Norm i Technologii (NIAST). Wszystko, co ma masę, ma grawitację, co oznacza, że ​​dowolne dwa obiekty zawsze wywierają na siebie siłę. Zgodnie z prawem powszechnego ciążenia Newtona, siłę grawitacji między dwoma obiektami (F) można wyznaczyć, mnożąc odpowiednie masy obiektów (m₁ i m₂) przez kwadrat odległości między ich środkami (r²), a następnie mnożąc przez stałą grawitacji (G), tj. F = Gx((m₁xm₂)/r²).

Teoretycznie, wykorzystując to równanie, naukowcy mogliby 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. W 1797 roku fizyk Henry Cavendish rozpoczął eksperyment Cavendisha. Używając przedmiotu zwanego wagą torsyjną, zbudowanego z dwóch obracających się prętów z przymocowanymi do nich ołowianymi kulami, Cavendish wyznaczył siłę grawitacji między nimi, mierząc kąt między prętami, który zmieniał się, gdy mniejsza kula była przyciągana przez większą.

Znając masy i odległości między kulami, Cavendish obliczył G = 6,74 × 10⁻¹¹ m³ kg⁻¹ s⁻². Obecnie Komitet Danych Międzynarodowej Rady Nauki definiuje G = 6,67430 × 10⁻¹¹ m³ kg⁻¹ s⁻², co różni się tylko nieznacznie od pierwotnej wartości Cavendisha. Naukowcy później wykorzystali G do obliczenia masy Ziemi, wykorzystując znane masy innych obiektów, i doszli do wartości 5,9722 × 10²⁴ kg, jaką znamy dzisiaj.

Schlamminger podkreśla jednak, że chociaż równania Newtona i bilans torsyjny były ważnymi narzędziami, pomiary oparte na nich wciąż obarczone były błędem ludzkim. Przez wieki po eksperymencie Cavendisha różni naukowcy mierzyli siłę G dziesiątki razy, za każdym razem uzyskując nieco inne wyniki. Choć te różnice były niewielkie, wystarczyły, by zmienić obliczenia masy Ziemi i zaprzątnąć uwagę naukowców próbujących zmierzyć tę wartość.

An Khang (według Live Science )

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