Від трильйонів кілограмів до нічого: скільки насправді важить наша Земля

Сотні років знадобилися вченим для оцінки маси Землі, і навіть зараз експерти не дійшли єдиної думки щодо цієї цифри. Наша планета є домом для мільйонів живих істот і твердих порід, а також вона покрита безліччю структур, як природних, так і штучних. Усе це впливає на її масу, пише Live Science.

Так скільки ж насправді важить наша планета? На це запитання все ще немає однозначної відповіді, адже вага Землі залежить від гравітаційної сили, що діє на неї, а отже, вона може важити трильйони кілограмів або не важити нічого взагалі.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

І все ж століття роботи з визначення маси Землі, яка являє собою її опір руху проти прикладеної сили, не минули дарма. Дані NASA свідчать про те, що маса нашої планети становить 5,9722×1024 кілограми. Для порівняння, це відповідає приблизно 13 квадрильйонам єгипетської піраміди Хаффа, чия вага становить приблизно 4,8 мільярдів кілограмів.

Науковці зазначають, що маса нашої планети дещо коливається через додавання космічного пилу та газу, що випливають з її атмосфери, однак ці крихітні зміни навряд чи впливають на Землю в розрізі мільярдів років. Утім, фізики з різних куточків світу все ще не дійшли єдиного знаменника щодо десяткових дробів, а тому обчислення цієї загальної суми виявилося непростою здобиччю. Оскільки виміряти Землю не є можливим, ученим довелося тріангулювати її масу, використовуючи інші вимірювані об'єкти.

За словами метролога з Національного інституту стандартів і технологій США Стефана Шламмінгера, першим компонентом є закон всесвітнього тяжіння Ісаака Ньютона. Усе, що має масу, також володіє і гравітаційною силою, тобто — між будь-якими двома об'єктами завжди буде деяка сила.

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

У результаті, використовуючи це рівняння, вчені могли б виміряти масу Землі, вимірявши гравітаційну силу планети, що діє на об'єкт на поверхні Землі. Однак тут виникла проблема: ніхто не міг розрахувати гравітаційну постійну.

Усе змінилося 1797 року, коли фізик Генрі Кавендіш зміг розрахувати, що G = 6,74×10-11 м3 кг-1 с-2. Зазначимо, що наразі Міжнародна наукова рада розраховує G як 6,67430 x 10-11 м3 кг-1 с-2, що всього на кілька десяткових знаків відрізняється від первісного числа Кавендіша. Відтоді вчені по всьому світу використовують для розрахунку маси Землі G. У результаті фізики прийшли до 5,972E24 кг (13,1 септильйона фунтів), які нам відомі сьогодні.

Так, з часів експерименту Кавендіша минуло понад 200 років, а вчені, як і раніше, використовують його метод торсіонних ваг. Однак, за словами Шламмінгера, хоча рівняння Ньютона і торсіонні ваги сьогодні є важливими інструментами, вони, на жаль, не застраховані від людських помилок. Наприклад, за століття безліч учених десятки разів вимірювали G, і щоразу отримали різні результати. Числа відрізняються всього на тисячні частки після коми, але цього достатньо, щоб змінити розрахунок маси Землі, і достатньо, щоб турбувати вчених, які її вимірюють.

Раніше Фокус писав про те, що маса Чумацького Шляху набагато менша, ніж вважалося: скільки важить наша галактика насправді.