Скільки насправді важить Земля? Відповідь розділила вчених

Вирахувати масу Землі – задача доволі складна. Планета містить усе: від твердих порід і мінералів до мільйонів видів живих істот, і вкрита незліченною кількістю природних і створених людиною структур. Тож вчені кажуть, що немає однозначної та точної відповіді на питання: скільки важить Земля.

В астрономії маса Землі використовується як позасистемна одиниця маси. Вона, за приблизно дорівнює 5,97219 × 10 у 24 степені кг. Про спроби визначити вагу Землі та суперечки між вченими, розповіло видання Live Science.

Яка маса Землі

За даними NASA, маса Землі становить 5,97219 × 10 у 24 степені кг. Це дорівнює приблизно 13 квадрильйонам мас єгипетсько\ піраміди Хефрена, яка сама по собі важить близько 4,8 мільярда кг. Маса Землі дещо коливається через додавання космічного пилу та газів, що витікають з атмосфери, але ці крихітні зміни не вплинуть на Землю протягом мільярдів років.

Сила тяжіння

Фізики і досі не дійшли згоди щодо десяткових дробів, а отримати попереднє загальне значення маси було доволі непросто. Оскільки масштабувати Землю неможливо, вченим довелося провести тріангуляцію її маси за допомогою інших вимірюваних об’єктів.

Стефан Шламмінгер, метролог з Національного інституту стандартів і технологій США, розповів, що насамперед вчені керувалися законом всесвітнього тяжіння Ісаака Ньютона. Все, що має масу, також має силу тяжіння, тобто будь-які два об’єкти завжди будуть мати певну силу між собою.

Закон всесвітнього тяжіння Ньютона стверджує, що силу тяжіння між двома об’єктами (F) можна визначити, помноживши відповідні маси об’єктів (m₁ і m₂), поділивши їх на квадрат відстані між центрами об’єктів (r²), а потім помноживши це число на гравітаційну постійну (G), також відому як власна сила тяжіння, або F=G((m₁*m₂)/r²).

Використовуючи це рівняння, вчені могли б теоретично виміряти масу Землі, вимірявши силу тяжіння планети на об’єкт на поверхні Землі. Але була проблема: ніхто не міг знайти число для G.

Експерименти Кавендіша

У 1797 році, фізик Генрі Кавендіш розпочав дослідження, що стали відомі як "експерименти Кавендіша". Використовуючи предмет під назвою торсійні ваги, що складається з двох обертових стержнів із прикріпленими до них свинцевими кулями, Кавендіш знайшов величину сили тяжіння між двома наборами, вимірявши кут на стрижнях, який змінювався, коли менші сфери притягувалися до більші.

"Його робота була дуже оригінальною і мала великий вплив у той час", – зазначив Джон Вест, фізіолог з Каліфорнійського університету в Сан-Дієго.

Знаючи масу та відстань між кулями, Кавендіш підрахував, що G = 6,74×10−11 м3 кг–1 с−2. Комітет з даних Міжнародної наукової ради наразі вказує G як 6,67430 x 10-11 м3 кг-1 с-2, що лише на кілька десяткових знаків відрізняється від початкового числа Кавендіша. Відтоді вчені використовували G для обчислення маси Землі з використанням інших об’єктів із відомою масою та дійшли до числа 5,97219 × 10 у 24 степені кг, яке ми знаємо сьогодні.

Незважаючи на те, що з моменту експерименту Кавендіша минуло більше двох століть, його метод торсійної рівноваги все і досі використовується. Проте Шламмінгер підкреслив, що хоча рівняння Ньютона та торсійні ваги є важливими інструментами, вимірювання, які вони забезпечують, залишаються залежними від людської помилки. Протягом століть після експериментів Кавендіша різні вчені вимірювали G десятки разів, і кожен отримав дещо інший результат. Числа відрізняються лише на тисячні долі десяткового знаку, але цього достатньо, щоб змінити обчислення маси Землі, та викликати суперечки між ученими.

Раніше OBOZ.UA розповідав, чи може Земля перестати обертатись і що тоді станеться

Підписуйтесь на канали OBOZ.UA в Telegram і Viber, щоб бути в курсі останніх подій.