Как ученые подсчитали массу Земли и сколько в итоге она весит?
Задумывались ли вы когда-нибудь о том, какова масса нашей планеты? Она удерживает на себе все — от твердых пород и минералов до миллионов видов живых существ. Она покрыта бесчисленным количеством природных и созданных человеком структур. Чтобы оценить вес Земли, понадобились сотни лет, и даже сейчас эксперты не пришли к согласию относительно точной цифры.
Вряд ли мы когда-нибудь найдем очень точный ответ на этот вопрос, однако ничто не мешает оценить хотя бы приблизительную массу нашего дома. Подобно тому, как люди весят на Луне гораздо меньше, чем дома, Земля не имеет только одного веса. Вес Земли зависит от гравитационной силы, которая на нее действует, а это означает, что она может весить триллионы килограммов или вообще ничего не весить, говорят ученые.
Сколько весит Земля
Ученые пытались определить массу нашей родной планеты веками. По официальным данным, которые приводятся сегодня, число равно 5,9722×1024 килограммам, или около 13,1 септильйона фунтов. Это равно примерно 13 квадриллионам египетской пирамиды Хафре, которая сама весит около 4,8 миллиарда килограммов. При этом масса Земли несколько колеблется из-за добавления космической пыли и газов, вытекающих из нашей атмосферы, но это крошечные изменения не имеют большого влияния в течение миллиардов лет.
Однако физики всего мира до сих пор не могут прийти к согласию относительно десятичных знаков. Да и добраться до этой общей цифры было непростой задачей. Поскольку невозможно положить Землю на весы, ученым пришлось узнавать ее массу с помощью других объектов, которые можно измерить.
Первым компонентом был закон всемирного тяготения Исаака Ньютона. Все, что имеет массу, также имеет силу притяжения, то есть любые два объекта всегда будут иметь определенную силу между собой.
Закон всемирного тяготения Ньютона утверждает, что силу притяжения между двумя объектами (F) можно определить, умножив соответствующие массы объектов (m1 и m2), разделив на расстояние между центрами объектов в квадрате (r2), а затем умножив это число на гравитационную постоянную (G), иначе известную как внутренняя сила притяжения. В общем это выглядит так: F = G((m1*m2)/r2).Используя это уравнение, ученые могли бы теоретически измерить массу Земли, измерив силу гравитации планеты на объект на поверхности Земли. Но была проблема: никто не мог определить число для G.
Шаг второй
В 1797 году физик Генри Кавендиш начал то, что стало известным как "эксперименты Кавендиша". Используя объект под названием "торсионный баланс", состоящий из двух вращающихся стержней с прикрепленными к ним свинцовыми шарами, Кавендиш нашел величину гравитационной силы между двумя наборами, измерив угол на стержнях, который менялся, когда меньшие шары притягивались к большим. Его работа была очень оригинальной и оказала большое влияние на то время.
Зная массу и расстояние между сферами, Кавендиш вычислил, что G = 6,74×10-11 м3 кг-1 с-2. Сегодня Комитет по данным Международного научного совета называет число, что лишь на несколько десятичных знаков отличается от первоначального числа Кавендиша – 6,67430 х 10-11 м3 кг-1 с-2.
С тех пор ученые использовали G для вычисления массы Земли, применяя другие объекты с известной массой, и дошли до известного нам сегодня числа 13,1 септильйона фунтов.
Хотя со времени эксперимента Кавендиша прошло более двух столетий, его метод торсионных весов используется и сегодня. Однако хотя уравнения Ньютона и торсионные весы являются важными инструментами, все же измерения, которые они дают, остаются подверженными человеческой ошибке. За столетия, прошедшие со времен экспериментов Кавендиша, разные ученые измеряли G десятки раз, и каждый из них получал несколько иной результат. Числа отличаются лишь на тысячные доли десятичных знаков, но этого достаточно, чтобы изменить расчет массы Земли, и достаточно, чтобы беспокоить ученых, которые ее измеряют.