Masa Ziemi jest jedną z jednostek masy stosowanych w astronomii. Jest ona około 3 miliony razy mniejsza od masy Słońca i około 80 razy większa od masy Księżyca. Wynosi ok. 6*1024 kg i używamy jej głównie jako punkt odniesienia w porównywaniu mas innych planet Układu Słonecznego oraz pozasłonecznych, skalistych planet. Co poza tym o niej wiemy? Jak starano się ją obliczyć w dawnych czasach? Te tematy poruszymy w niniejszym artykule.
Na masę Ziemi w głównej mierze składają się tlen i żelazo (łącznie stanowią około 64% tej masy), następnie magnez i krzem (każde po 15% masy) i po 1,5% wapnia, glinu i niklu. Rozpatrując masę z Ziemi z poziomu związków chemicznych, po 30% stanowią dwutlenek krzemu (jedną z jego form jest piasek) oraz stop żelaza i niklu. Jest on głównym składnikiem jądra Ziemi. A czy masa Ziemi może się zmieniać? Oczywiście, że tak. Nasza planeta może „utyć” wskutek spadania na nią meteorytów, pyłu kosmicznego, i tym podobnych. Niemniej jednak Ziemia bardziej traci na masie, niż zyskuje. Wynika to z faktu, że z atmosfery uciekają aż 3 kilogramy wodoru na sekundę! Ponadto, masa Ziemi się zmniejsza z powodu wysyłania przez ludzkość statków kosmicznych oraz z powodu globalnego ocieplenia, i to o 160 ton rocznie.
Jak sprawdzaliśmy masę Ziemi?
Archimedes, wynalazca dźwigni, miał powiedzieć „daj mi punkt podparcia, a poruszę Ziemię”. Nie wiemy niestety, jaką wiedzę ówcześni ludzie mieli na temat masy naszego globu. Póki nie zmierzyliśmy stałej grawitacyjnej, próbowaliśmy ustalić masę planety na podstawie jej gęstości. Isaac Newton założył, że gęstość planety jest 5-6 razy większa od gęstości wody. Było to całkiem trafne przybliżenie, gdyż dziś wiemy, że jest ona ok. 5,5 raza większa. Natomiast w swoich przypuszczeniach znacząco, bo aż o 30% odchudził Ziemię. Pod koniec XVIII w. Henry Cavendish, brytyjski naukowiec wyznaczył stałą grawitacyjną. Eksperyment został przeprowadzony za pomocą wagi skręceń, która ma nitki z zawieszonymi na nich niewielkimi kulkami. Bardzo mała siła potrzebna do skręcenia kuli redukowała błąd pomiaru. Potem umieścił w pobliżu kul dwie inne, ołowiane o znanej masie i zmierzył, o ile wychyliły się nitki. Na podstawie wyników, mógł policzyć stałą grawitacyjną, a tym samym masę Ziemi z nadzwyczajną na te czasy dokładnością – obecna wartość stałej G różni się tylko o 1%. Dziś znamy masę naszej planety z dokładnością do 5 * 10-4. Na chwilę obecną nie możemy uzyskać większej precyzji, gdyż nie pozwala na to błąd pomiaru przy wyznaczaniu stałej grawitacyjnej.
