Масса Земли не является постоянной величиной. В настоящее время наблюдается, что потеря массы Земли превышает ее прирост. Это снижение массы приводит к ослаблению её гравитационного поля, что, в свою очередь, уменьшает способность планеты удерживать свою атмосферу.
Вес планеты Земля
Известный британский ученый Генри Кавендиш (1731-1811) стал первым, кто в 1798 году смог определить вес Земли. Он воспользовался законом всемирного тяготения, установленным Исааком Ньютоном, и применил простое устройство, известное как весы, для этого измерения. Учитывая его основные открытия, Кавендиш продемонстрировал, как можно использовать физические принципы для вычисления массы нашей планеты.
Генри Кавендиш впервые измерил массу планеты Земля с помощью специфических тегов, также известных как торсионные весы, которые имели возможность обнаруживать даже незначительные изменения в гравитационном воздействии.
На основе принципов его работы были созданы современные гравитационные барометры. Эти устройства отличаются высокой чувствительностью и используются в различных геологических исследованиях, позволящих изучать изменения в земной коре и измерять гравитационные поля планеты.
Размеры планеты Земля
Земля — это относительно крупное небесное тело в нашем宇宙. Её размеры можно описать следующими параметрами:
- Полярный радиус составляет 6 357 км.
- Экваториальный радиус чуть больше 6 378 км.
- Полярный диаметр равен 12 000714 км.
- Экваториальный диаметр составляет 12 757 км.
- Длина меридиана, или окружности, проходящей через оба полюса, равна 44 000 километров.
- Длина экватора составляет 40 755 километров.
- Общая поверхность планеты занимает около 510 миллионов квадратных километров.
- Из этой площади около 148 миллионов квадратных километров занимают суша.
- Океаны и моря охватывают площадь примерно 362 миллионов квадратных километров.
- Объем всей планеты составляет приблизительно 1 083 миллиарда кубических километров.
- Плотность Земли в 5.5 раз превышает плотность воды.
- Масса Земли приближается к 600 триллионам тонн, а точнее это число составляет 5 989 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 000 тонн.
Если бы всю массу Земли можно было поместить в составной вагон, каждый из которых способен удерживать по 50 тонн, то длина получившегося поезда составила бы целых 8 миллиардов раз больше расстояния от Земли до Солнца. Это подчеркивает огромные размеры и массу нашей планеты!
Плотность планеты Земля
Средняя плотность Земли в четыре раза превосходит среднюю плотность Солнца и в 5,5 раз больше плотности воды. В недрах Земли существуют металлы с еще более высокой плотностью. Например, платина в 21 раз плотнее воды, что говорит о разнообразии как в составе, так и в структуре внутренних компонентов планеты. Однако даже эта плотность может показаться низкой по сравнению с некоторыми другими веществами, о которых известно в астрономии.
Плотность других планет
Проанализировав плотность других объектов в космосе, можно сказать, что плотность спутников Сириуса, например, в 40 000 раз превышает плотность воды. Когда масса звезд или других космических объектов помещается на весы, становится понятно, что для уравновешивания необходимо учитывать вес, эквивалентный 15 человекам в другой чаше весов. Некоторые звезды, обнаруженные астрономами, имеют такие удивительные характеристики плотности, что они значительно превышают известные нам пределы.
Маленькая звезда, обнаруженная астрономом Кайнером, показала еще более экстремальные уровни плотности, поскольку её состав в 10 000 раз плотнее платины. Если взять спичечный коробок, наполненный таким материалом, его вес составит около 50 тонн! Такой объект не получится просто положить в карман. Тем не менее, следует заметить, что существует множество звезд с плотностью, равной всего 1/100 плотности воздуха, что демонстрирует огромную разницу в плотности среди звезд.
Закон всемирного тяготения
Вопрос о том, как наша планета существует в бескрайности космоса, долгое время оставался неразрешенным и актуальным. Какая сила удерживает Землю на её орбите так, чтобы она не была унесена в бездну космоса? Ответ на этот вопрос был найден благодаря открытиям Исаака Ньютона (1643-1727), который стал величайшим математиком, физиком и астрономом своего времени. Он сформулировал закон всемирного тяготения, который говорит о том, что все объекты во Вселенной взаимно притягиваются друг к другу.
Сила взаимного притяжения между двумя телами зависит от их массы и расстояния между ними: чем меньше расстояние между ними и чем больше их вес, тем сильнее сила притяжения. Согласно законам Ньютона, каждая материальная частица привлекает другую с силой, пропорциональной её массе и обратно пропорциональной квадрату расстояния между ними. Эти закономерности показывают, что для удержания планет на орбите центральным телом (например, Солнцем), необходима значительная масса.
Научные исследования показывают, что масса Солнца, являясь центральной звездой нашей солнечной системы, в 750 раз превышает общую массу всех планет и их спутников, а также в 330 000 раз больше массы самой Земли.
Солнце путем своего тяготения удерживает планеты на орбите. Например, если бы не было никаких сил, притягивающих планеты к Солнцу, то планета, движущаяся в определенном направлении, продолжала бы двигаться равномерно и прямолинейно, следуя принципу инерции. На протяжении первой секунды, например, она переместилась бы от точки P в точку K и могла бы покинуть Солнечную систему.
С другой стороны, если бы планеты притягивались только к Солнцу, они переместились бы от точки P к точке L в течение первой секунды. Но поскольку это огромное тело продолжает притягивать планету, она также перемещается и по диагонали, образуя некоторый параллелограмм с их перемещениями.
В итоге, в конце первой секунды планеты переместились не в точку K или L, а по диагонали в точку A. Если продолжить эти мысли, во вторую секунду планета будет находиться в точке B, в третью — в точке C, и так далее, создавая сложный путь вокруг Солнца.
Эта сила продолжает поддерживать наши планеты в стабильном движении вокруг Солнца, без каких-либо заметных колебаний или вибраций в гигантском космическом пространстве. Многим из вас, возможно, знакома игра с резинкой и камешком, когда резинка напряжена, и камешек вращается. Однако, если резинка прекращает движение, камешек возвращается ближе к началу движения, что наглядно иллюстрирует, что происходит с планетами, если Солнце вдруг перестанет привлекать их.
Возникает вопрос: увеличится ли масса Земли в результате изменений, связанных с расширением и перемещением континентов? С одной стороны, если проанализировать контур континентальных окраин Африки, Европы и Америки, можно предположить возможность соединения их в единый континент.
Как менялись представления о колыбели человечества
В древние времена люди представляли тогдашнюю планету как плоскую, которая находилась на спинах трех китов или гигантской черепахи. Эта концепция позволяла наделить Землю естественным преимуществом среди других небесных тел.
В Средние века форма, размер и масса планеты начали проявляться более четко. Исследования, проведенные Йордано Бруно, показали, что Земля имеет круглую форму, что стало основой его бедственного положения — в конечном итоге он был казнен через сожжение за свои убеждения. Эти истину впоследствии подтвердил мореплаватель Фернандо Магеллан во время своих кругосветных путешествий, предоставив конкретные доказательства.
Эратосфен, великий ученый из Древней Греции, стал первым, кто попытался определить размеры нашей планеты, измеряя длины теней, падающих от объектов в различных греческих полисах. Сравнив полученные результаты, он оказался в состоянии вычислить необходимость и отношения между удаленными точками.
В этом отношении много значимого было достигнуто и Г.Галилеем в 17 веке с его законом свободного падения, а также Дж. Ньютоном, сформулировавшим закон всемирного тяготения, который позволил формализовать притяжение объектов.
Шотландский ученый Н. Маккелин, проведя исследования в 1774 году, был первым, кто оценил массу Земли, равную 5,879 sextillion тонн. Однако на текущий момент эта цифра возросла почти до 60 миллионов, благодаря тому, что ежегодно на планету оседает около 30 000 тонн космической пыли.
Мера энергии есть, веса нет
Все физические объекты обладают определенными свойствами, такими как гравитационные и весовые характеристики. Тем не менее, вопрос о том, сколько точно весит Земля, оказывается довольно сложным. На первый взгляд это может показаться странным, но это лишь отражает истинную природу вещей. Наша планета движется в космосе в условиях свободного падения, что приводит к потере понятия веса в физическом смысле. Тем не менее, количество материи в данной системе всегда будет продукции важным.
Самый простой способ определения массы Земли — это использование гравитации. Небольшая груза может быть подвешена на нитке рядом с массивным телом, и согласно законам Ньютона, легкий груз отклонится от вертикали, при этом расстояние между телами уменьшится на незначительную величину. Если мы измерим это отклонение, используя известную величину ускорения силы тяжести на Земле, равную 9,81 м/с², мы сможем вычислить массу нашей планеты.
Зависимость для вычисления меры инертности «дома людей»
Для гравитационного взаимодействия сфер, согласно законам Ньютонской механики, можно считать, что материя этих тел сосредоточена в их центрах. Теперь вопрос о том, какая масса Земли, может быть решен с помощью классической теории гравитации Ньютона:
F — сила взаимного притяжения между телами,
G — гравитационная постоянная, равная 6,67408(31) × 10⁻¹¹ м³/(кг·с²),
m1 и M2 — взаимодействующие массы,
R — расстояние между центрами этих тел.
Если представить одну массу как массу Земли, а другую как массу в 1 кг, то взаимодействие станет равным 9,8 кг·м/с². Если радиус нашего дома составляет 6,4 миллиона метров и подставить эти данные в выше указанную формулу, проведя некоторые математические расчеты, мы рассчитываем массу Земли как 6 × 10²⁴ кг.
Тема о том, как наша планета находится в ограниченном пространстве во всех направлениях, была широко обсуждаема. Какие силы удерживают Землю на орбите? Этот вопрос долго оставался открытым и актуальным.
Распределение массы Земли
Известно, что состав Земли неоднороден, и вот примерное распределение её общей массы (по убыванию):
- Мантия, состоящая из силикатов железа, кальция и магния, составляют массу около 4,043 x 10²⁴ кг.
- Ядро, составленное из железа и никеля, имеет массу около 1,93 x 10²⁴ кг.
- Земная кора, как среда обитания для человечества, весит около 0,026 x 10²⁴ кг.
- Гидросфера, состоящая из водной массы нашей планеты, составляет примерно 0,0014 x 10²⁴ кг.
- Атмосфера, представляющая тонкий газовый слой, имеет массу около 0,0000051 x 10²⁴ кг.
Сколько весит Земля – по сравнению с другими планетами?
Земля является самой большой из планет в земной группе. Например, масса Марса составляет лишь около 0,108 массы Земли, масса Венеры — 0,815, а Меркурий имеет массу всего 0,055 от массы Земли.
Газовые планеты-гиганты значительно превышают Землю как в размерах, так и в массе. В сравнении с Юпитером, Земля легче в 317,8 раз, хотя и этот гигант не является наиболее массивным объектом в нашей солнечной системе. Сатурн является в 95,1 раз тяжелее Земли, Нептун — в 17,2 раза, а Уран — в 14,5 раз тяжелее.
Теперь, зная, сколько весит Земля, мы также можем понять соотношение ее массы в контексте других планет нашей Солнечной системы.
На протяжении многих веков никто не мог решить, какие силы действуют на нашу планету. Наконец, гениальный Исаак Ньютон (1643-1727) открыл закон всемирного тяготения, который доказал, что все объекты во Вселенной притягиваются друг к другу.
Что принято понимать под «земной массой»
Масса планеты Земля представляет собой понятие, которое не всегда легко уяснить. Структурный анализ показывает, что поверхность Земли покрыта достаточно прочной и твердой скалистой корой, в недрах которой находится твёрдая мантия, а в самом центре расположен расплавленный материал ядра.
Среди научного сообщества велись дебаты о том, расширяется ли Земля, движутся ли континенты или находятся в состоянии покоя. Например, увеличится ли масса планеты из-за этого расширения и перемещения континентов? С одной стороны, анализируя края континентов — например, Африки, Европы и Америки, можно предположить, что их можно соединить в единый континент.
Эти наблюдения основаны на математическом анализе, и результаты указывают на вероятность того, что некогда существовал единый континент. Такие техногенные изменения влияют на глобальное изменение формы планеты и могут в какой-то степени оказывать влияние на её массу.
Еще одним аргументом в пользу данной гипотезы является сходство геологических структур на различных континентах. Эти вопросы находят объяснение в теории тектоники плит, согласно которой произошло расширение океанов и затопление континентов.
Υ.Γ. Эта статья посвящена вопросу: Сколько весит Земля?
