Ile waży Ziemia? Poznaj masę naszej planety

Masa Ziemi wynosi około 5,972 × 10²⁴ kg, czyli 5,972 × 10²¹ ton. W języku potocznym mówi się „ile waży Ziemia”, ale fizyka określa tę wartość jako masę planety. Nie zmierzono jej na wadze – obliczono ją na podstawie oddziaływań grawitacyjnych.

Ile waży Ziemia?

Liczba 5,972 × 10²⁴ kg oznacza około 5,972 kwadryliona kwadrylionów kilogramów. W zapisie dziesiętnym byłaby to jedynka z 24 zerami przy wartości rzędu kilku jednostek, dlatego notacja naukowa jest znacznie czytelniejsza.

Podana wartość obejmuje całą planetę: jądro, płaszcz, skorupę, oceany i atmosferę. Jest to wartość przyjęta na podstawie pomiarów grawitacyjnych, obserwacji ruchu satelitów oraz danych geofizycznych.

Masa a ciężar – jaka jest różnica?

Masa opisuje ilość materii w obiekcie i nie zależy od miejsca, w którym obiekt się znajduje. Ciężar jest natomiast siłą, z jaką grawitacja działa na ciało. Zależy więc od lokalnego pola grawitacyjnego.

Przykładowo człowiek o masie 70 kg ma taką samą masę na Ziemi i na Księżycu. Na Księżycu jego ciężar jest jednak około sześć razy mniejszy, ponieważ grawitacja tego ciała niebieskiego jest słabsza. W przypadku planety poprawne pytanie brzmi zatem: „jaka jest masa Ziemi?”, a nie „jaki jest jej ciężar?”.

Jak obliczono masę Ziemi?

Naukowcy wykorzystują fakt, że każde ciało przyciąga inne obiekty. Podstawą obliczeń jest prawo powszechnego ciążenia sformułowane przez Isaaca Newtona. Zgodnie z nim siła grawitacji zależy od mas obu ciał i maleje wraz z kwadratem odległości między ich środkami.

W uproszczeniu, znając przyspieszenie grawitacyjne przy powierzchni Ziemi, jej promień oraz stałą grawitacyjną, można wyznaczyć masę planety. Stała grawitacyjna ma wartość około G = 6,67 × 10⁻¹¹ m³/(kg·s²). Nie trzeba jednak prowadzić pełnych obliczeń samodzielnie. Współczesne pomiary pozwalają wyznaczać parametry grawitacyjne z bardzo dużą dokładnością.

Rozwój tej metody przebiegał w kilku etapach:

1. Newton opisał zależność między masą, odległością i siłą grawitacji.
2. Henry Cavendish w 1798 roku wykorzystał wagę skręceń do pomiaru niezwykle słabego przyciągania między znanymi masami. Jego doświadczenie pozwoliło wyznaczyć wartość stałej grawitacyjnej i oszacować średnią gęstość Ziemi.
3. Obserwacje satelitów pozwalają dziś bardzo precyzyjnie badać ruch obiektów krążących wokół planety. Z ich orbit wyznacza się parametr GM, czyli iloczyn stałej grawitacyjnej i masy Ziemi. Po uwzględnieniu wartości G otrzymuje się masę planety.

W praktyce współczesna astronomia często korzysta bezpośrednio z parametru GM, ponieważ ruch satelitów można obserwować dokładniej niż samą stałą G. Dzięki temu obliczenia orbitalne są bardzo precyzyjne.

Czy masa Ziemi jest stała?

Masa planety nie zmienia się całkowicie w czasie, choć w skali życia człowieka można traktować ją jako stałą. Ziemia stale wymienia materię z otoczeniem. Na jej powierzchnię dociera pył kosmiczny i materia mikrometeorytów, a z górnych warstw atmosfery uciekają przede wszystkim wodór i hel.

Najważniejsze źródła tych zmian to:

• pył kosmiczny i mikrometeoryty dostarczające materii z przestrzeni międzyplanetarnej,
• ucieczka wodoru i helu z atmosfery w przestrzeń kosmiczną,
• zmiany rozmieszczenia lodu, wody i skał, które zmieniają lokalne pole grawitacyjne, ale nie muszą zmieniać całkowitej masy planety.

Szacunki rocznych przepływów materii różnią się zależnie od przyjętej metody i zakresu pomiaru. Zestawienie ich ogólnego kierunku wygląda następująco:

Bilans jest niewielki w porównaniu z masą całej Ziemi. Nawet tysiące czy dziesiątki tysięcy ton stanowią zaledwie znikomą część wartości 5,972 × 10²⁴ kg.

Ile to jest 6 ronnagramów?

W 2022 roku do układu SI dodano przedrostek ronna-, oznaczający 10²⁷. Jeden ronnagram to 10²⁷ gramów, czyli 10²⁴ kilogramów. Masa Ziemi wynosi więc w przybliżeniu 6 ronnagramów.

To wygodny skrót dla ogromnej liczby, ale zapis 5,972 × 10²⁴ kg pozostaje bardziej precyzyjny. Ronna nie zastępuje wartości naukowej, tylko ułatwia jej przedstawienie w dużych jednostkach.

Ziemi nie da się postawić na tradycyjnej wadze. Jej masę wyznacza się z tego, jak silnie przyciąga inne ciała, jak poruszają się satelity oraz jak zachowuje się pole grawitacyjne planety. Dlatego odpowiedź na pytanie „ile waży Ziemia?” brzmi: około 5,972 × 10²⁴ kg.