専門家が地球の質量を推定するのに何百年もかかり、今日に至るまで正確な数値についての合意は得られていません。
地球の正確な質量を計算するのは非常に困難です。写真:サイエンスタイムズ
地球には、固い岩石や鉱物から何百万もの生物に至るまであらゆるものが含まれており、無数の自然構造物と人工構造物で覆われています。したがって、地球の重さはどれくらいかという質問に対する正確な答えはありません。 Live Scienceによると、地球の重さは地球に作用する重力の力によって決まり、つまり地球の重さは何兆キログラムにもなり得るという。
NASAによると、地球の質量は5.9722×10の24乗kgで、エジプトのカフラー王のピラミッド約13京個分に相当する(ピラミッド1基あたりの重さは48億kg)。地球の質量は宇宙塵や大気圏から漏れ出るガスによってわずかに変動しますが、こうした小さな変化は数十億年の間は地球に影響を与えません。
しかし、世界中の物理学者は上記の数値についてまだ合意に達しておらず、計算プロセスは簡単な作業ではありません。地球全体を同じ大きさに測ることは不可能なので、科学者は三角測量法を使って質量を計算しなければなりません。
米国立標準技術研究所の計量学者ステファン・シュラミンガー氏によると、測定の第一の要素はアイザック・ニュートンの万有引力の法則である。質量を持つものはすべて重力を持ちます。つまり、2 つの物体は常に互いに作用する力を持っています。ニュートンの万有引力の法則によれば、2 つの物体間の重力 (F) は、それぞれの物体の質量 (m₁ と m₂) を掛け、その中心間の距離の 2 乗 (r²) で割り、さらに重力定数 (G) を掛けることによって決定できます。つまり、F = Gx((m₁xm₂)/r²) です。
この方程式を使用すると、科学者は理論的には地球表面の物体に対する地球の重力を測定することで地球の質量を測定できる。しかしここでの問題は、誰もまだ G の正確な数値を計算していないことです。1797 年、物理学者ヘンリー・キャベンディッシュがキャベンディッシュの実験を始めました。キャベンディッシュは、鉛の球に取り付けられた2本の回転する棒でできたねじり天秤と呼ばれる物体を使って、小さい方の球が大きい方の球に引き寄せられるときに変化する棒の角度を測定することで、2つの球の間に働く重力を発見しました。
球の質量と距離がわかっているので、キャベンディッシュはG = 6.74×10−11 m3 kg–1 s−2を計算しました。国際科学会議のデータ委員会は現在、G = 6.67430 x 10-11 m3 kg-1 s-2 に設定しており、これはキャベンディッシュの元の数値とわずかに異なるだけです。その後、科学者たちは G を使って他の物体の既知の質量を基に地球の質量を計算し、5.9722×10 という数値を導き出し、現在知られている 24 kg に至りました。
しかし、シュラミンガー氏は、ニュートンの方程式とねじり天秤は重要なツールではあるものの、それらに基づく測定は依然として人為的ミスの影響を受けやすいと強調している。キャベンディッシュの実験以来数世紀にわたり、さまざまな科学者が G を何十回も測定してきましたが、そのたびに結果はわずかに異なっています。この差はわずかではあるが、地球の質量の計算を変え、その数値を測定しようとしている科学者たちを悩ませるには十分だった。
アン・カン( Live Scienceによると)
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