Trái Đất nặng bao nhiêu kg và làm cách nào để cân được nó?

Trái đất là hành tinh thứ 3 trong Hệ Mặt trời, hình thành cách đây 4,6 tỷ năm và là hành tinh duy nhất có sự sống. Nhưng làm thế nào để đo đạc kích thước của Trái đất?

Hành tinh của chúng ta chứa mọi thứ từ những khối đá đến các loại khoáng sản và hàng triệu loài sinh vật, được bao phủ bởi vô số cấu trúc do tự nhiên và con người tạo ra.

Vậy thì tất cả những thứ đó nặng bao nhiêu? Trên thực tế, không có một câu trả lời cụ thể cho câu hỏi này. Giống như trọng lượng của con người trên Mặt trăng nhẹ hơn so với trên Trái đất, hành tinh của chúng ta không chỉ có một trọng lượng. Trọng lượng của Trái đất phụ thuộc vào lực hấp dẫn tác động lên nó, tức là nó có thể nặng hàng nghìn tỷ kg hoặc không nặng chút nào.

Hiện nay, có hai phương pháp chính để tính khối lượng của Trái đất. Cách đơn giản nhất là đo trọng lượng của một đối tượng trên bề mặt Trái đất rồi suy ra khối lượng bằng công thức nổi tiếng của Isaac Newton năm 1687 về định luật vạn vật hấp dẫn, kết nối khoảng cách và khối lượng của hai đối tượng với lực hấp dẫn mà chúng tạo ra.

Isaac Newton Jr. (1643 - 1727) là một nhà vật lý, nhà thiên văn học, nhà triết học, nhà toán học, nhà thần học và nhà giả kim thuật lỗi lạc người Anh, được nhiều người cho rằng là nhà khoa học vĩ đại và có tầm ảnh hưởng còn lớn hơn cả Einstein.

Bằng phương pháp của Newton, cho thấy khối lượng của Trái đất là khoảng 6,102 x 10^24kg.

Trong cuốn luận thuyết Philosophiae Naturalis Principia Mathematica (Các Nguyên lý Toán học của Triết học Tự nhiên) xuất bản năm 1687, ông đã mô tả về luật vạn vật hấp dẫn và đưa ra 3 định luật Newton, được coi là nền tảng của cơ học cổ điển, đã thống trị các quan niệm về vật lý, khoa học trong suốt 3 thế kỷ tiếp theo.

Bằng phương pháp của Newton, cho thấy khối lượng của Trái đất là khoảng 6,102 x 10^24kg. Tuy nhiên, phép đo này chỉ là gần đúng, do vì Trái đất không hoàn toàn hình cầu nên bán kính không đồng nhất. Vì vậy, con số khối lượng này hiện chỉ được sử dụng như một tài liệu tham khảo cho các nhà nghiên cứu.

Phương pháp thứ hai phức tạp hơn, dựa trên định luật thứ ba của Kepler từ thế kỷ XVII. Johannes Kepler (1571 - 1630), là một nhà toán học, thiên văn học và chiêm tinh học người Đức. Là một trong những đại diện của cuộc cách mạng khoa học thế kỷ 17, Kepler được biết đến nhiều nhất bởi các định luật về chuyển động thiên thể mang tên ông. Phương pháp này kết nối các thông số quỹ đạo của vệ tinh (thời gian di chuyển và hình dạng của quỹ đạo) với khối lượng của đối tượng mà nó quay quanh.

Để thực hiện điều này, năm 1976, NASA đã đưa lên quỹ đạo vệ tinh Lageos-1, là một quả cầu lớn bằng hợp kim đồng - kẽm được bao phủ với những mặt lõm phản xạ có đường kính 60 cm. Thời gian trễ giữa đường truyền và phản xạ của tia laser được ghi nhận nhằm suy ra khoảng cách của vệ tinh với Trái đất gần như chính xác tuyệt đối giúp thiết lập được giá trị của khối lượng Trái đất chính xác 5,972 x 10^24 kg.

Con số này tương đương 13 triệu tỷ Kim tự tháp Khafre của Ai Cập, nặng khoảng 4,8 tỷ kg. Khối lượng Trái đất dao động nhẹ do sự gia tăng của bụi vũ trụ và khí thoát khỏi bầu khí quyển của chúng ta nhưng những thay đổi nhỏ này sẽ không ảnh hưởng tới Trái đất trong hàng tỷ năm.

Theo cách tính của Kepler, khối lượng Trái đất chính xác 5,972 x 10^24kg.

Tuy nhiên, đối với khoa học, vẫn luôn cần tới những con số chính xác tuyệt đối, do vậy hiện nay các phương pháp đo lường mới vẫn đang được nghiên cứu. Vì nếu có được con số chính xác vể khối lượng của Trái đất là điều rất quan trọng, nhờ đó có thể hiểu được cấu trúc bên trong của Trái đất, sự tương tác giữa các hành tinh với nhau hoặc dự đoán được quỹ đạo các vệ tinh.

• Bạn có biết Trái đất nhẹ hơn 50.000 tấn mỗi năm?
• Phương pháp cân các hành tinh ngoài Trái đất
• Tuổi của vũ trụ là khoảng 13,8 tỷ năm nhưng tại sao chúng ta lại có thể quan sát được 93 tỷ năm ánh sáng?

Từ khóa liên quan:

cân nặng của trái đất

cách cân trái đất

định luật Newton

khối lượng của trái đất

định luật vạn vật hấp dẫn

định luật 3 của kepler