وزن زمین چقدر است؟

به گزارش هیچ یک : سیاره ما همان جایی است که میلیون‌ها جانور، اجرام و مواد مختلف را در خود جای داده‌است؛ می‌پرسید وزن همه اینها چقدر است؟ در واقع، هیچ پاسخ واحدی برای این سوال وجود ندارد. درست مانند وزن انسان که در برخی سیارات کمتر و در برخی سیارات بیشتر است، زمین هم فقط یک وزن ندارد. وزن زمین بستگی به نیروی گرانشی دارد که به آن وارد می‌شود، به این معنی که می‌تواند تریلیون‌ها کیلوگرم باشد یا اصلاً وزن نداشته باشد.

با این حال، آنچه دانشمندان قرن‌ها صرف تعیین جرم زمین کرده‌اند، به گفته ناسا، جرم زمین ۵.۹۷۲۲×۱۰۲۴ کیلوگرم یا حدود ۱۳.۱ سپتیلیون پوند است. این معادل حدود ۱۳ کوادریلیون هرم خفره مصر است که حدود ۴.۸ میلیارد کیلوگرم وزن دارد. جرم زمین به دلیل اضافه شدن غبار و گازهای فضایی که از جو ما به بیرون نشت می‌کند، اندکی نوسان دارد، اما این تغییرات کوچک تا میلیاردها سال روی زمین تأثیر نمی‌گذارد.

فیزیکدانان در سراسر جهان هنوز در مورد اعشار موافق نیستند و رسیدن به یک عدد کل کار آسانی نبوده است. از آنجایی که قرار دادن زمین در مقیاس نیز غیرممکن است، دانشمندان مجبور شدند جرم آن را با استفاده از سایر اجرام قابل اندازه گیری بسنجند. به گفته یک مترولوژیست از موسسه ملی استاندارد و فناوری ایالات متحده، در این سنجش اولین جزء، قانون گرانش جهانی نیوتن بود. هر چیزی که جرم دارد نیروی گرانشی نیز دارد، یعنی هر دو جسم همیشه مقداری نیروی بین خود خواهند داشت.

قانون گرانش جهانی نیوتن بیان می‌کند که نیروی گرانش بین دو جسم (F) را می‌توان با ضرب جرم مربوطه اجسام (m۱ و m۲) و تقسیم بر فاصله بین مراکز اجسام به مربع (r۲) و سپس ضرب این عدد در ثابت گرانشی (G)، که در غیر این صورت به عنوان قدرت ذاتی گرانش شناخته می شود، یا همان F=G((m۱*m۲)/r²) مشخص کرد. با استفاده از این معادله، دانشمندان می‌توانستند جرم زمین را با اندازه‌گیری نیروی گرانشی سیاره بر روی جسمی در سطح زمین، به صورت نظری اندازه‌گیری کنند. اما یک مشکل وجود داشت:

هیچ کس نمی‌توانست عددی برای G پیدا کند!

در سال ۱۷۹۷، فیزیکدان هنری کاوندیش چیزی را آغاز کرد که به آزمایش‌های کاوندیش معروف شد. کاوندیش با استفاده از جسمی به نام تعادل پیچشی که از دو میله دوار با کره‌های سربی متصل به آنها تشکیل شده است، با اندازه‌گیری زاویه روی میله‌ها، مقدار نیروی گرانشی بین دو مجموعه را یافت که با جذب کره‌های کوچک‌تر به سمت میله‌ها تغییر کرد. دانشمندان معتقدند که کار او بسیار بدیع بود و در آن زمان تأثیر زیادی گذاشت.

کاوندیش با دانستن جرم و فاصله بین کره‌ها محاسبه کرد که G= ۶.۷۴×۱۰-۱۱ m۳ kg-۱ s-۲ . کمیته داده‌های شورای بین‌المللی علوم در حال حاضر G را به‌عنوان ۶.۶۷۴۳۰ x ۱۰-۱۱ m۳ kg-۱ s-۲ می‌شناسد که تنها چند نقطه اعشار با عدد اصلی کاوندیش فاصله دارد. از آن زمان دانشمندان از G برای محاسبه جرم زمین با استفاده از اجسام دیگر با جرم شناخته شده استفاده کردند و به عدد ۱۳.۱ سپتیلیون پوندی رسیدند که امروزه می‌شناسیم.

اگرچه بیش از دو قرن از آزمایش کاوندیش می‌گذرد، روش تعادل پیچشی او هنوز هم امروزه مورد استفاده قرار می‌گیرد. با این حال، اگرچه معادله نیوتن و ترازوی پیچشی ابزارهای مهمی هستند، اما اندازه‌گیری‌هایی که انجام می‌دهند در معرض خطای انسانی قرار دارند. در قرن‌هایی که از آزمایش‌های کاوندیش می‌گذرد، دانشمندان مختلف G را ده‌ها بار اندازه‌گیری کرده‌اند و هر کدام به نتایج کمی متفاوت رسیده‌اند.

اعداد فقط با هزارم رقم اعشار متفاوت هستند، اما برای تغییر محاسبه جرم زمین همین ارقام کوچک هم کافی است و دانشمندان را آزار می‌دهد. اما با وجود ناامیدی‌ها در مورد G، به نظر نمی‌رسد که اختلاف در این عدد لزوماً بد باشد. گاهی اوقات این شکاف‌ها و اختلاف نظرات باعث می‌شود که به درک علمی بیشتری برسیم.