Насколько тяжела Земля?

Экспертам потребовались сотни лет, чтобы оценить массу Земли, и по сей день нет единого мнения относительно точной цифры.

Точную массу Земли рассчитать очень сложно. Фото: Science Times — Точную массу Земли рассчитать очень сложно. Фото: *Science Times*

Земля содержит в себе всё: от твёрдых горных пород и минералов до миллионов живых организмов, и покрыта бесчисленными природными и искусственными образованиями. Поэтому нет точного ответа на вопрос о весе Земли. Вес Земли зависит от силы тяжести, действующей на неё, то есть, по данным журнала Live Science , Земля может весить триллионы килограммов или вообще ничего.

По данным НАСА, масса Земли составляет 5,9722×1024 кг, что эквивалентно примерно 13 квадриллионам египетских пирамид Хефрена (каждая из которых весит 4,8 млрд кг). Масса Земли незначительно колеблется из-за утечек космической пыли и газов из атмосферы, но эти небольшие изменения не оказывают влияния на планету в течение миллиардов лет.

Однако физики всего мира до сих пор не пришли к единому мнению по поводу этой цифры, и процесс расчёта — непростая задача. Поскольку всю Землю невозможно измерить, учёным приходится использовать триангуляцию для расчёта её массы.

По словам Стефана Шламмингера, метролога Национального института стандартов и технологий США, первым элементом измерения является закон всемирного тяготения Исаака Ньютона. Любое тело, обладающее массой, обладает силой тяготения, то есть на любые два объекта всегда будет действовать сила. Согласно закону всемирного тяготения Ньютона, сила тяготения между двумя объектами (F) может быть определена путём умножения соответствующих масс объектов (m₁ и m₂), деления на квадрат расстояния между их центрами (r²) и последующего умножения на гравитационную постоянную (G), то есть F = Gx((m₁xm₂)/r²).

Используя это уравнение, учёные теоретически могли измерить массу Земли, измеряя силу гравитационного притяжения планеты к объекту на её поверхности. Но проблема заключалась в том, что никто ещё не вычислил точное значение G. В 1797 году физик Генри Кавендиш начал свой эксперимент. Используя крутильные весы, состоящие из двух вращающихся стержней с закреплёнными на них свинцовыми шариками, Кавендиш определил силу гравитационного притяжения между ними, измеряя угол между стержнями, который изменялся по мере притяжения меньшего шарика к большему.

Зная массы и расстояния между сферами, Кавендиш вычислил G = 6,74×10−11 м3·кг−1·с−2. Сегодня Комитет по данным Международного совета по науке определяет G = 6,67430×10−11 м3·кг−1·с−2, что лишь немного отличается от первоначального значения Кавендиша. Затем учёные использовали G для расчёта массы Земли, используя известные массы других тел, и получили значение, известное нам сегодня: 5,9722×10−24 кг.

Однако Шламмингер подчёркивает, что, хотя уравнения Ньютона и крутильные весы являются важными инструментами, их измерения всё ещё подвержены человеческим ошибкам. За столетия, прошедшие после эксперимента Кавендиша, разные учёные измеряли G десятки раз, каждый раз получая немного разные результаты. Хотя эти различия и незначительны, они достаточны, чтобы изменить расчёт массы Земли и запутать учёных, пытающихся её измерить.

Ан Кханг (по данным Live Science )

Ссылка на источник