地球質量是多少,第一個算出地球質量的人是誰?

2021-01-15 艾伯史密斯

地球質量為5.965*10^24千克,也就是大約60萬億億噸,英國科學家卡文迪許號稱「第一個稱量地球的人」,因為他首先通過實驗得到了萬有引力常數的值。

早在公元200多年前,古希臘數學家埃塞託色尼就利用太陽光直射原理,估算出了地球的直徑,得到的數值和實際值非常接近。

理論上加上地球平均密度就可以得到地球質量,但是直到20世紀以前,人類都不知道地球內部的結構,地表巖石的平均密度在3g/cm^3左右,地球平均密度為5.5g/cm^3,因為地球內部有著緻密的鐵鎳核心,密度高達10g/cm^3。

在17世紀,牛頓建立萬有引力定律,理論上利用地球半徑和表面重力加速度,就可以計算出地球質量。

根據:GMm/R^2=mg;

得到:M=gR^2/G;

但是利用萬有引力計算地球質量的方法,依賴於萬有引力常數G的數值,牛頓雖然提出了萬有引力定律,但是萬有引力的強度實在太微弱了,當時的條件很難利用實驗得出G的數值。

直到100多年後的1789年,英國科學家卡文迪許利用精密的扭秤實驗,首次得到了萬有引力常數的值,當時得到的數值為G=6.754×10^-11N·m^2/kg^2,這個測量精度一直保持到1969年,而現在最精確的數值為G=6.67259×10^-11N·m^2/kg^2。

有了萬有引力常數的值,我們就可以計算地球質量了:

M=gR^2/G

=9.8*6370^2/6.67259×10^-11

≈5.96*10^24千克

雖然表面重力加速度並不完全等於地球引力產生的加速度,但是計算結果基本與美國物理協會公布的數值5.965×10^24kg基本一致,說明這個計算方法還是有著很高精度的。

值得一提的是,卡文迪許是一位淡泊名利的「科學怪人」,在當時,他的父輩給他留下了一大筆財產,可以說他是一位大富豪,然而他根本不在意這點,甚至金錢對他來說猶如糞土,他本人不善交際,不好言談,而且終身未婚,唯一的愛好就是做科學研究,把一生獻給了科學事業。

傳說他的一個朋友,向他介紹了一位貧困潦倒的老者來給他整理圖書,希望完事之後給予一定報酬,然而卡文迪許完全忘了付酬金的事,直到朋友提醒他,卡文迪許才急忙解釋忘了這事,隨即寫下一張2萬英鎊的支票讓朋友轉交,並詢問「2萬英鎊夠嗎?」當時就把他朋友嚇到了,因為當時2萬英鎊可以買下一座不錯的3層房!

在1871年,卡文迪許的親戚出資建立了卡文迪許實驗室,截至目前為止,該實驗室出過30多位諾貝爾獎獲得者,有過許多重大的科學發現,比如電子、中子、康普頓效應、電子幹涉、脈衝星、超流體、DNA雙螺旋的發現等等。

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