Сколько весит Земля?

Однозначного ответа на этот вопрос нет. Например, человек на Земле и на Луне весит по-разному. Аналогично и вес Земли зависит от действующей на нее силы притяжения, а это значит, что она может весить триллионы тонн или вообще ничего не весить.

Ученые потратили столетия на определение массы Земли, которая представляет собой ее сопротивление движению против приложенной силы. По данным НАСА, масса Земли составляет 5,9722 × 1024 килограмма. Это соответствует примерно 13 квадриллионам египетских пирамид Хефрена, которые сами по себе весят около 4,8 миллиарда килограммов. Масса Земли слегка колеблется из-за космической пыли и газов, просачивающихся сквозь атмосферу, но это крошечные изменения, которые заметно скажутся на массе не ранее чем через миллиарды лет.

Поскольку Землю невозможно измерить на весах, ученым пришлось триангулировать ее массу, используя другие компоненты.

Первым компонентом был закон всемирного тяготения Исаака Ньютона, поясняет Стефан Шламмингер, метролог Национального института стандартов и технологий США. Все, что имеет массу, также обладает гравитационной силой, что означает, что любые два объекта всегда будут иметь некоторое взаимодействие между собой.

Закон всемирного тяготения Ньютона гласит, что силу притяжения между двумя объектами (F) можно определить путем умножения соответствующих масс объектов (M₁ и M₂), деления на расстояние между центрами объектов в квадрате (r2), а затем умножения этого числа на гравитационную постоянную (G), иначе известную как собственная сила притяжения, или F = G ((m₁ * m₂) / r2).

Используя это уравнение, ученые теоретически могли бы измерить массу Земли, измерив силу притяжения планеты к объекту на поверхности Земли. Но возникла проблема: никто не мог вычислить число для G.

Затем, в 1797 году, физик Генри Кавендиш начал "эксперименты Кавендиша". Используя объект, называемый торсионными весами, состоящий из двух вращающихся стержней с прикрепленными к ним свинцовыми сферами, Кавендиш определил величину силы притяжения между двумя объектами, измерив угол наклона стержней, который менялся по мере того, как меньшие сферы притягивались к большим. 

"Его работа была очень оригинальной и оказала большое влияние на развитие физики", - говорит Джон Уэст из Калифорнийского университета в Сан-Диего.

Зная массу и расстояние между сферами, Кавендиш вычислил, что G = 6,74 × 10-11 м3 кг–1 с−2. Комитет Международного научного совета по данным в настоящее время определяет G как 6.67430 x 10-11 м3 кг-1 с-2, что всего на несколько десятичных знаков отличается от первоначального числа Кавендиша. 

Хотя с момента эксперимента Кавендиша прошло более двух столетий, его метод крутильных весов используется до сих пор. Но, по словам Шламмингера, хотя уравнение Ньютона и крутильные весы являются важными инструментами, результаты измерений, которые они дают, по-прежнему подвержены человеческим ошибкам. За столетия, прошедшие после экспериментов Кавендиша, разные ученые измеряли G десятки раз, и каждый из них получал немного отличающийся результат. Цифры различаются всего на тысячные доли десятичного знака, но этого достаточно, чтобы изменить расчет массы Земли.