Насколько тяжела Земля?

Эксперты потратили сотни лет на оценку массы Земли, и даже сейчас нет единого мнения относительно точной цифры.

Вычислить точную массу Земли очень сложно. Фото: Science Times — Вычислить точную массу Земли очень сложно. Фото: *Science Times*

Земля содержит всё: от твёрдых горных пород и минералов до миллионов живых организмов, а также покрыта бесчисленными природными и рукотворными сооружениями. Поэтому точного ответа на вопрос о весе Земли нет. Вес Земли зависит от действующей на неё силы гравитации, а это значит, что Земля может весить триллионы килограммов или не весить ничего, как сообщает Live Science .

По данным НАСА, масса Земли составляет 5,9722 × 10²⁴ кг, что эквивалентно примерно 13 квадриллионам пирамид Хефрена в Египте (каждая пирамида весит 4,8 миллиарда кг). Масса Земли незначительно колеблется из-за космической пыли и газов, проникающих из атмосферы, но эти небольшие изменения не влияют на планету на протяжении миллиардов лет.

Однако физики по всему миру до сих пор расходятся во мнениях по поводу этой цифры, и процесс вычислений — непростая задача. Поскольку невозможно взвесить всю Землю на весах, ученым приходится использовать триангуляцию для расчета ее массы.

Первым компонентом измерения является закон всемирного тяготения Исаака Ньютона, как поясняет Стефан Шламмингер, метролог из Национального института стандартов и технологий (NIAST). Все, что имеет массу, обладает гравитацией, а это значит, что любые два объекта всегда оказывают друг на друга силу. Согласно закону всемирного тяготения Ньютона, гравитационную силу между двумя объектами (F) можно определить, умножив соответствующие массы объектов (m₁ и m₂) на квадрат расстояния между их центрами (r²), а затем умножив на гравитационную постоянную (G), т.е. F = G × ((m₁ × m₂)/r²).

Теоретически, используя это уравнение, ученые могли бы измерить массу Земли, измерив гравитационное притяжение планеты к объекту на ее поверхности. Но проблема заключалась в том, что никто еще не вычислил точное значение G. В 1797 году физик Генри Кавендиш начал эксперимент Кавендиша. Используя так называемые крутильные весы, состоящие из двух вращающихся стержней с прикрепленными к ним свинцовыми шариками, Кавендиш определил гравитационную силу между ними, измерив угол наклона стержней, который изменялся по мере того, как меньший шарик притягивался большим.

Зная массы и расстояния между сферами, Кавендиш рассчитал G = 6,74 × 10⁻¹¹ м³ кг⁻¹ с⁻². В настоящее время Комитет по данным Международного совета по науке определяет G = 6,67430 × 10⁻¹¹ м³ кг⁻¹ с⁻², что лишь немного отличается от первоначальной цифры Кавендиша. Позже ученые использовали G для расчета массы Земли, используя известные массы других объектов, и пришли к значению 5,9722 × 10²⁴ кг, которое мы знаем сегодня.

Однако Шламмингер подчеркивает, что, хотя уравнения Ньютона и крутильные весы были важными инструментами, измерения, основанные на них, все же были подвержены человеческим ошибкам. В течение столетий после эксперимента Кавендиша различные ученые измеряли G десятки раз, каждый раз получая немного отличающиеся результаты. Хотя эти различия были ничтожно малы, их было достаточно, чтобы изменить расчеты массы Земли и заставить ученых, стремящихся измерить это число, задуматься.

Ан Кханг (по данным Live Science )

Ссылка на источник