От триллионов килограмм до ничего: сколько на самом деле весит наша Земля
Сотни лет потребовались ученым для оценки массы Земли, и даже сейчас эксперты не пришли к единому мнению относительно этой цифры. Наша планета является домом для миллионов живых существ и твердых пород, а также она покрыта множеством структур, как природных, так и искусственных. Все это влияет на ее массу, пишет Live Science.
Так сколько же на самом деле весит наша планета? На этот вопрос все еще нет однозначного ответа, ведь вес Земли зависит от действующей на нее гравитационной силы, а значит она может весить триллионы килограмм или не весить ничего вообще.
И все же столетия работы по определению массы Земли, которая представляет собой ее сопротивление движению против приложенной силы, не прошли даром. Данные NASA свидетельствуют о том, что масса нашей планеты составляет 5,9722×1024 килограмма. Для сравнения, это соответствует примерно 13 квадриллионам египетской пирамиды Хаффа, чей вес составляет около 4,8 миллиарда килограммов.
Ученые отмечают, что масса нашей планеты немного колеблется из-за добавления космической пыли и газа, вытекающих из ее атмосферы, однако эти крошечные изменения едва ли влияют на Землю в разрезе миллиардов лет. Впрочем, физики из разных уголков мира все еще не пришли к единому знаменателю относительно десятичных дробей, а потому вычисление этой общей суммы оказалось непростой добычей. Поскольку измерить Землю не представляется возможным, ученым пришлось триангулировать ее массу, используя другие измеримые объекты.
По словам метролога из Национального института стандартов и технологий США Стефана Шламмингера, первым компонентом является закон всемирного тяготения Исаака Ньютона. Все, что имеет массу, также обладает и гравитационной силой, то есть — между любыми двумя объектами всегда будет некоторая сила.
Закон всемирного тяготения Ньютона гласит, что силу гравитации между двумя объектами (F) можно определить, умножив соответствующие массы объектов (m₁ и m₂), разделив их на квадрат расстояния между центрами объектов (r²), а затем умножив это число на гравитационную постоянную (G), также известную как внутренняя сила гравитации, или F = G((m₁*m₂)/r²).
В результате, используя это уравнение, ученые могли бы измерить массу Земли, измерив гравитационную силу планеты, действующую на объект на поверхности Земли. Однако тут возникла проблема: никто не мог рассчитать гравитационную постоянную.
Все изменилось в 1797 году, когда физик Генри Кавендиш смог рассчитать, что G = 6,74×10–11 м3 кг–1 с–2. Отметим, что в настоящее время Международный научный совет рассчитывает G как 6,67430 x 10-11 м3 кг-1 с-2, что всего на несколько десятичных знаков отличается от первоначального числа Кавендиша. В результате с тех пор ученые по всему миру используют для расчета массы Земли G. В результате физики пришли к 5,972E24 кг (13,1 септиллиона фунтов), которые нам известны сегодня.
Таким образом, со времен эксперимента Кавендиша прошло более 200 лет, а ученые по-прежнему используют его метод торсионных весов. Однако, по словам Шламмингера, хотя уравнение Ньютона и торсионные весы сегодня являются важными инструментами, они, увы, не застрахованы от человеческих ошибок. Например, за столетия множество ученых десятки раз измеряли G, и каждый раз получили разные результаты. Числа различаются всего на тысячные доли после запятой, но этого достаточно, чтобы изменить расчет массы Земли, и достаточно, чтобы беспокоить ученых, которые ее измеряют.