Các nhà khoa học đã làm thế nào để 'cân' Trái đất?

Trái đất nặng bao nhiêu vẫn còn là một vấn đề gây tranh cãi - Ảnh: 24K-PRODUCTION

Trái đất là nhà của hàng triệu sinh vật cũng như vô số cấu trúc tự nhiên và nhân tạo. Tất cả những thứ này đều sở hữu khối lượng riêng và thay đổi tùy theo trọng lực.

Chẳng hạn, trọng lượng của con người trên Mặt trăng nhẹ hơn khi ở trên Trái đất.

Do đó, khối lượng của Trái đất phụ thuộc vào lực hấp dẫn tác động lên chính hành tinh này. Điều này đồng nghĩa với việc hành tinh xanh có thể nặng tới hàng nghìn tỉ kg hoặc bằng không.

Theo Cơ quan Hàng không và vũ trụ Mỹ (NASA), khối lượng của Trái đất là 5.9722×10^24kg. Con số này tương đương với khoảng 13 triệu kim tự tháp Khafre của Ai Cập cộng lại, mỗi kim tự tháp nặng khoảng 4,8 tỉ kg.

Khối lượng này thay đổi đôi chút theo thời gian do bụi không gian và khí thoát khỏi bầu khí quyển của chúng ta. Tuy nhiên, những thay đổi nhỏ này sẽ không gây ảnh hưởng đến Trái đất trong hàng tỉ năm.

Thế nhưng, nhiều nhà vật lý trên thế giới không đồng tình với con số nói trên. Do không thể tính trọng lượng Trái đất theo cách thông thường, họ sử dụng một “công thức” đặc biệt.

Ông Stephan Schlamminger, chuyên gia đo lường tại Viện Tiêu chuẩn và Công nghệ quốc gia Mỹ, cho biết thành phần đầu tiên của công thức là định luật vạn vật hấp dẫn của nhà khoa học Isaac Newton.

Theo đó, mọi thứ có khối lượng đều có lực hấp dẫn, nghĩa là giữa hai vật bất kỳ sẽ có một lực nào đó gọi là F.

Theo định luật vạn vật hấp dẫn, lực F có thể được tính bằng cách nhân khối lượng tương ứng của 2 vật (m₁ và m₂), chia cho khoảng cách giữa 2 vật đó bình phương (r²), và nhân với hằng số lực hấp dẫn (G) - F=G((m₁ x m₂)/r²).

Về mặt lý thuyết, các nhà khoa học có thể dễ dàng đo được khối lượng Trái đất bằng phương trình này, họ chỉ cần đo lực hấp dẫn của một vật bất kỳ. Nhưng vấn đề là lúc này vẫn chưa có ai tìm ra hằng số G.

Đến năm 1797, nhà vật lý học Henry Cavendish mới tìm ra G thông qua một thí nghiệm phức tạp.

Ông gắn 2 viên bi kim loại vào hai đầu của một thanh gỗ dài 1,8m, sau đó dùng một sợi dây treo toàn bộ hệ thống lên và giữ cho thanh gỗ nằm ngang.

Ông tiếp tục dùng 2 quả cầu làm bằng chì, mỗi quả nặng 159kg, tịnh tiến gần 2 viên bi kim loại.

Để tránh gió thổi gây ra sai số, ông đặt hệ thống này bên trong một căn phòng kín và quan sát bằng kính viễn vọng.

Ảnh minh họa thí nghiệm của Cavendish - Ảnh: SHUTTERSTOCK

Lực hấp dẫn của 2 quả cầu chì tác dụng vào 2 viên bi làm thanh gỗ xoay một góc nhỏ. Ông Cavendish đo góc này và tính ra mômen lực tác động lên lò xo xoắn, từ đó suy ra hằng số G và gia tốc trọng trường (g) dựa vào khối lượng quả cầu chì và viên bi.

Hằng số G do ông Cavendish tính là 6,74×10−11 m3 kg–1 s−2, chỉ sai rất lệch nhỏ so với con số 6.6743×10-11 m3 kg-1 s-2 hiện nay của Hội đồng Khoa học quốc tế tính toán.

Cuối cùng, nhà vật lý học tính được khối lượng của Trái đất là 6x10^24kg.

Ông trình bày kết quả chi tiết lên Hiệp hội Hoàng gia Anh vào tháng 6-1798. Kể từ đó, thí nghiệm của ông được gọi là “thí nghiệm Cavendish” hay “thí nghiệm cân Trái đất”.

Ông John West, nhà sinh lý học tại Trường đại học California (Mỹ), chia sẻ với trang Live Science: “Công trình của ông ấy rất độc đáo và có tác động lớn vào thời điểm đó”.

Ông West cho biết nhiều nhà khoa học khác đã đo đạc lại G kể từ thí nghiệm của ông Cavendish. Mỗi người lại tính ra một con số khác nhau.

Dù chỉ khác nhau ở phần nghìn của chữ số thập phân nhưng chúng cũng đủ làm thay đổi trọng lượng của Trái đất, ông nói thêm.

Tuy nhiên, ông Schlamminger lại nghĩ rằng sự khác biệt này không hề xấu.

“Đôi khi chính những sai sót mà vũ trụ mang đến cho chúng ta giúp chúng ta có được hiểu biết khoa học hơn. Đây có thể là một trong những sai sót như vậy và chúng ta không nên để cơ hội đó trôi đi”, ông nói./.

Theo tuoitre.vn

Nguồn: https://tuoitre.vn/cac-nha-khoa-hoc-da-lam-the-nao-de-can-trai-dat-20240402132938191.htm