Tranh cãi Trái đất nặng bao nhiêu?

Hành tinh của chúng ta chứa đựng mọi thứ từ đá cứng và khoáng chất cho đến hàng triệu loài sinh vật và được bao phủ bởi vô số cấu trúc tự nhiên và nhân tạo.

Vậy tất cả những thứ đó nặng bao nhiêu? Không có câu trả lời duy nhất cho câu hỏi đó. Giống như con người trên mặt trăng có trọng lượng nhẹ hơn nhiều so với ở nhà, Trái đất không chỉ có một trọng lượng. Trọng lượng của Trái đất phụ thuộc vào lực hấp dẫn kéo nó, có nghĩa là nó có thể nặng hàng nghìn tỷ pound hoặc không nặng gì cả.

Tuy nhiên, điều mà các nhà khoa học đã mất hàng thế kỷ để xác định là khối lượng của Trái đất, tức là khả năng chống lại chuyển động của nó trước một lực tác dụng. Theo NASA , khối lượng Trái đất là 5,9722×1024 kg, tương đương khoảng 13,1 tỷ pound. Con số này tương đương với khoảng 13 triệu triệu kim tự tháp Khafre của Ai Cập, bản thân nó nặng khoảng 10 tỷ pound (4,8 tỷ kg). Khối lượng Trái đất dao động nhẹ do có thêm bụi không gian và khí thoát ra khỏi bầu khí quyển của chúng ta , nhưng những thay đổi nhỏ này sẽ không ảnh hưởng đến Trái đất trong hàng tỷ năm.

Tuy nhiên, các nhà vật lý trên khắp thế giới vẫn không đồng ý về số thập phân và việc đạt được tổng số đó không phải là một nhiệm vụ dễ dàng. Vì không thể đặt Trái đất lên bàn cân nên các nhà khoa học phải đo khối lượng của nó bằng các vật thể đo lường khác.

Thành phần đầu tiên là định luật vạn vật hấp dẫn của Isaac Newton, Stephan Schlamminger , nhà đo lường học tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ Quốc gia Hoa Kỳ, nói với Live Science. Mọi thứ có khối lượng đều có lực hấp dẫn, nghĩa là hai vật bất kỳ sẽ luôn có một lực nào đó giữa chúng.

Định luật vạn vật hấp dẫn của Newton phát biểu rằng lực hấp dẫn giữa hai vật (F) có thể được xác định bằng cách nhân khối lượng tương ứng của các vật (m₁ và m₂), chia cho khoảng cách giữa tâm của hai vật bình phương (r²), và sau đó nhân số đó với hằng số hấp dẫn (G), hay còn gọi là cường độ nội tại của trọng lực , hoặc F=G((m₁*m₂)/r²).

Sử dụng phương trình này, về mặt lý thuyết, các nhà khoa học có thể đo khối lượng Trái đất bằng cách đo lực hấp dẫn của hành tinh lên một vật thể trên bề mặt Trái đất. Nhưng có một vấn đề: Không ai có thể tìm ra con số của G.

Sau đó, vào năm 1797, nhà vật lý Henry Cavendish bắt đầu cái được gọi là “thí nghiệm Cavendish”. Sử dụng một vật gọi là cân xoắn, được tạo thành từ hai thanh quay có gắn các quả cầu chì, Cavendish đã tìm ra độ lớn lực hấp dẫn giữa hai bộ bằng cách đo góc trên các thanh , góc này thay đổi khi các quả cầu nhỏ hơn bị hút vào những cái lớn hơn.

John West , nhà sinh lý học tại Đại học California, San Diego, nói với Live Science:“Công trình của ông ấy rất độc đáo và có tác động lớn vào thời điểm đó”.

Biết khối lượng và khoảng cách giữa các quả cầu, Cavendish tính được G = 6,74×10−11 m3 kg–1 s−2 . Ủy ban Dữ liệu của Hội đồng Khoa học Quốc tế hiện liệt kê G là 6,67430 x 10-11 m3 kg-1 s-2 , chỉ sai lệch vài điểm thập phân so với số ban đầu của Cavendish. Kể từ đó, các nhà khoa học đã sử dụng G để tính khối lượng Trái đất bằng cách sử dụng các vật thể khác có khối lượng đã biết và đạt được con số 13,1 tỷ pound mà chúng ta biết ngày nay.

West cho biết, mặc dù đã hơn hai thế kỷ kể từ thí nghiệm của Cavendish nhưng phương pháp cân bằng xoắn của ông vẫn được sử dụng cho đến ngày nay. Tuy nhiên, Schlamminger nhấn mạnh rằng mặc dù phương trình Newton và cân xoắn là những công cụ quan trọng nhưng các phép đo mà chúng mang lại vẫn có sai số do con người gây ra. Trong nhiều thế kỷ kể từ thí nghiệm của Cavendish, các nhà khoa học khác nhau đã đo G hàng chục lần và mỗi người đều đưa ra một kết quả hơi khác nhau . Những con số chỉ khác nhau đến phần nghìn chữ số thập phân nhưng cũng đủ làm thay đổi cách tính khối lượng Trái đất và đủ khiến các nhà khoa học đo đạc phải bận tâm.

Bất chấp những thất vọng xung quanh G, Schlamminger không cho rằng sự khác biệt về con số đó nhất thiết là xấu. Ông nói:“Đôi khi, chính những vết nứt mà vũ trụ mang lại cho chúng ta mà chúng ta có thể áp dụng đòn bẩy của mình và có được những hiểu biết khoa học hơn”. “Đây có thể là một vết nứt mà vũ trụ đang mang lại cho chúng ta và chúng ta không muốn để cơ hội đó trôi qua.”