โลกหนักเท่าไหร่?

ผู้เชี่ยวชาญใช้เวลานับร้อยปีในการประมาณมวลของโลกและจนถึงทุกวันนี้ก็ยังไม่มีข้อสรุปที่แน่ชัดเกี่ยวกับตัวเลขที่แน่นอน

การคำนวณมวลที่แน่นอนของโลกเป็นเรื่องยากมาก ภาพ: Science Times — การคำนวณมวลที่แน่นอนของโลกเป็นเรื่องยากมาก ภาพ: *Science Times*

โลกประกอบด้วยทุกสิ่งตั้งแต่หินแข็งและแร่ธาตุไปจนถึงสิ่งมีชีวิตนับล้าน และถูกปกคลุมด้วยโครงสร้างทั้งจากธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้นนับไม่ถ้วน ดังนั้นจึงไม่มีคำตอบที่แน่ชัดสำหรับคำถามที่ว่าโลกมีน้ำหนักเท่าใด น้ำหนักของโลกขึ้นอยู่กับแรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อโลก ซึ่งหมายความว่าโลกอาจมีน้ำหนักหลายล้านล้านกิโลกรัมหรือไม่มีเลยก็ได้ ตามข้อมูลของ Live Science

นาซาระบุว่ามวลของโลกอยู่ที่ 5.9722×1024 กิโลกรัม ซึ่งเทียบเท่ากับพีระมิดคาเฟรของอียิปต์ประมาณ 13 ล้านล้านองค์ (พีระมิดแต่ละองค์มีน้ำหนัก 4.8 พันล้านกิโลกรัม) มวลของโลกมีความผันผวนเล็กน้อยเนื่องจากฝุ่นและก๊าซจากชั้นบรรยากาศที่รั่วไหลออกมา แต่การเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยเหล่านี้ไม่ส่งผลกระทบต่อโลกเป็นเวลาหลายพันล้านปี

อย่างไรก็ตาม นักฟิสิกส์ทั่วโลกยังไม่สามารถสรุปตัวเลขข้างต้นได้ และกระบวนการคำนวณก็ไม่ใช่เรื่องง่าย เนื่องจากไม่สามารถวัดมวลของโลกทั้งใบบนมาตราส่วนได้ นักวิทยาศาสตร์ จึงต้องใช้การสามเหลี่ยมเพื่อคำนวณมวลของโลก

องค์ประกอบแรกในการวัดคือกฎแรงโน้มถ่วงสากลของไอแซก นิวตัน ตามแนวคิดของสเตฟาน ชแลมมิงเกอร์ นักมาตรวิทยาจากสถาบันมาตรฐานและเทคโนโลยีแห่งชาติสหรัฐอเมริกา วัตถุใดๆ ที่มีมวลย่อมมีแรงโน้มถ่วง ซึ่งหมายความว่าวัตถุสองชิ้นใดๆ จะมีแรงกระทำต่อวัตถุนั้นเสมอ ตามกฎแรงโน้มถ่วงสากลของนิวตัน แรงโน้มถ่วงระหว่างวัตถุสองชิ้น (F) สามารถคำนวณได้โดยการคูณมวลของวัตถุ (m₁ และ m₂) หารด้วยกำลังสองของระยะห่างระหว่างจุดศูนย์กลางของวัตถุ (r²) แล้วคูณด้วยค่าคงที่แรงโน้มถ่วง (G) นั่นคือ F = Gx((m₁xm₂)/r²)

การใช้สมการนี้ นักวิทยาศาสตร์สามารถวัดมวลของโลกในทางทฤษฎีได้โดยการวัดแรงดึงดูดโน้มถ่วงของดาวเคราะห์ที่มีต่อวัตถุบนพื้นผิว แต่ปัญหาคือยังไม่มีใครคำนวณค่า G ที่แน่นอนได้ ในปี ค.ศ. 1797 นักฟิสิกส์ เฮนรี คาเวนดิช ได้เริ่มการทดลองของคาเวนดิช โดยใช้วัตถุที่เรียกว่า เครื่องชั่งแรงบิด ซึ่งประกอบด้วยแท่งเหล็กสองแท่งหมุนที่มีลูกบอลตะกั่วติดอยู่ คาเวนดิชสามารถหาแรงโน้มถ่วงระหว่างแท่งเหล็กทั้งสองได้โดยการวัดมุมบนแท่งเหล็ก ซึ่งมุมนี้จะเปลี่ยนไปเมื่อลูกบอลขนาดเล็กถูกดึงดูดเข้าหาลูกบอลขนาดใหญ่

เมื่อทราบมวลและระยะห่างระหว่างทรงกลมแล้ว คาเวนดิชคำนวณ G = 6.74×10−11 m3/kg–1 s–2 ปัจจุบัน คณะกรรมการข้อมูลของสภาวิทยาศาสตร์ระหว่างประเทศ (ICC) กำหนด G = 6.67430 x 10−11 m3/kg–1 s–2 ซึ่งแตกต่างจากตัวเลขดั้งเดิมของคาเวนดิชเพียงเล็กน้อย นักวิทยาศาสตร์จึงใช้ G เพื่อคำนวณมวลของโลกโดยใช้มวลที่ทราบของวัตถุอื่นๆ และได้ตัวเลขที่เราทราบในปัจจุบันคือ 5.9722×10−24 kg

อย่างไรก็ตาม ชลัมมิงเงอร์เน้นย้ำว่าแม้สมการของนิวตันและสมดุลแรงบิดจะเป็นเครื่องมือสำคัญ แต่การวัดค่าเหล่านี้ยังคงมีความเสี่ยงต่อความผิดพลาดของมนุษย์ ตลอดหลายศตวรรษนับตั้งแต่การทดลองของคาเวนดิช นักวิทยาศาสตร์หลายคนได้วัดค่า G หลายสิบครั้ง โดยแต่ละครั้งให้ผลลัพธ์ที่แตกต่างกันเล็กน้อย แม้จะมีค่าเพียงเล็กน้อย แต่ความแตกต่างก็เพียงพอที่จะเปลี่ยนการคำนวณมวลของโลก และสร้างความสับสนให้กับนักวิทยาศาสตร์ที่พยายามวัดค่านี้

อันคัง (อ้างอิงจาก Live Science )

ลิงค์ที่มา