لقد خضع كوكبنا الأرض للدراسة والبحث من قبل العلماء على مر التاريخ. ومن أبرز خصائص هذا الكوكب كتلته . ولأن قياسها لا يمكن أن يكون مباشراً، فإن استخدام طرق قياس غير مباشرة متعددة ضروري.
لهذا السبب ، سنخصص هذه المقالة لإخبارك بكل ما تحتاج لمعرفته حول كتلة الأرض ، وكيف تمكنوا من حسابها وما هي خصائصها.
كوكب الأرض وخصائصه
هو الكوكب الثالث من الشمس في نظامنا الشمسي، بين الزهرة والمريخ . ووفقًا لمعرفتنا الحالية، فهو الكوكب الوحيد في النظام الشمسي المعروف باحتوائه على حياة. اسمه مشتق من الكلمة اللاتينية "تيرا"، وهي إلهة رومانية، تُعادل غايا في الأساطير اليونانية القديمة، وترتبط بالخصوبة والوفرة. يُطلق عليه غالبًا اسم "تيلوس ماتر" أو "تيرا ماتر" (الأرض الأم) لأن جميع الكائنات الحية تنشأ من رحمها.
منذ العصور القديمة ، كان البشر يحلمون باكتشاف حدود الأرض واستكشاف جميع أركانها. اعتقدت الثقافات القديمة أنه كان لانهائيًا ، أو قد ينتهي به الأمر إلى السقوط في الهاوية. حتى اليوم ، هناك أناس يصرون على أن الأرض مسطحة ، وأنها جوفاء وغيرها من نظريات المؤامرة.
لكن بفضل العلم والتكنولوجيا، أصبح لدينا الآن صور رائعة لكوكبنا. كما نعرف تركيب طبقاته الداخلية وما كان موجوداً قبل ظهور البشر على سطحه.
الأصل والتكوين
تشكلت الأرض قبل حوالي 4550 مليار سنة من المواد التي تُكوّن بقية النظام الشمسي، وكانت في البداية سحابة نجمية من الغاز والغبار الكوني. استغرق تكوين الكوكب ما بين 10 إلى 20 مليون سنة، حيث تراكمت سحب الغاز حوله مع برودة سطحه وتكوين غلافه الجوي الحالي.
في النهاية ، من خلال النشاط الزلزالي المطول ، ربما بسبب التأثير المستمر للشهب ، تمتلك الأرض العناصر الضرورية والظروف المادية اللازمة لظهور الماء السائل.
بفضل هذا ، يمكن أن تبدأ الدورة الهيدرولوجية ، مما يساعد الكوكب على البرودة بشكل أسرع إلى مستوى يمكن أن تبدأ فيه الحياة. بمرور الوقت ، تؤدي وفرة الماء السائل على السطح إلى ظهور كوكبنا باللون الأزرق عند رؤيته من الفضاء.
كتلة الأرض
الأرض هي خامس أكبر كوكب في المجموعة الشمسية، والكوكب الوحيد القادر على دعم الحياة. وهي كروية الشكل، ذات قطبين مفلطحين قليلاً، ويبلغ قطرها 12.756 كيلومترًا عند خط الاستواء (نصف قطرها 6.378,1 كيلومترًا عند خط الاستواء). تبلغ كتلتها 5,9736 × 10²⁴ كيلوغرام، وكثافتها 5,515 غرام/سم³، وهي الأعلى في المجموعة الشمسية. كما يبلغ تسارع جاذبيتها 9,780327 متر/ثانية².
مثل الكواكب الداخلية الأخرى مثل المريخ وعطارد ، فإن الأرض عبارة عن كوكب صخري بسطح صلب ولب معدني سائل (بسبب حرارة وضغط جاذبيته) ، على عكس الكواكب الغازية الأخرى مثل كوكب الزهرة أو المشتري. ينقسم سطحه إلى الغلاف الجوي الغازي والغلاف المائي السائل والغلاف الأرضي الصلب.
كيف تم حساب كتلة الأرض؟
من الواضح أن هذا لا يتم بمجرد وضع الكوكب على ميزان، على الأقل ليس على ميزان واقعي. بل تم استخدام مقياس الكون، أو مقياس كافنديش . وكافنديش هو اسم عائلة العالم الذي قاس كتلة الأرض بدقة لأول مرة.
لقد فعل ذلك في عام 1798 ، وبعد 113 عامًا ، صاغ إسحاق نيوتن العظيم (1643-1727) قانونه للجاذبية الكونية (LGU) في عام 1685. وبعد 189 عامًا ، وجه جاليليو العظيم تلسكوبه إلى السماء. لقد فعل ذلك في عام 1609. والمثير للدهشة أن هنري كافنديش (1731-1810) حدد كتلة كوكبنا دون أن يغادر منزله.
في الواقع، بالكاد غادر الغابة. كان كافنديش رجلاً كئيباً، عابساً، وغريب الأطوار، ولكنه كان عبقرياً. نظرياً، يبدأ الأمر بقانون نيوتن للجاذبية الكونية، الذي ينص على أن "أي جسمين، يُعتبران كتلتين نقطيتين، يجذبان بعضهما البعض بقوة تعتمد مباشرةً على كتلتيهما مضروبة في ثابت مجهول القيمة، يُعرف اليوم بثابت الجاذبية. هذا الثابت يتناسب عكسياً مع مربع المسافة النيوتونية بينهما".
كقاعدة عامة، استخدم جهازًا صممه جزئيًا صديقه جون ميتشل. توفي ميتشل، وهو رجل دين لامع وجيولوجي بارع، قبل أن يتمكن من إجراء تجربة لتحديد كثافة الأرض. من وجهة نظر جيولوجية، يُعد هذا الرقم من أكثر الأرقام إثارة للاهتمام. حينها اشترى كافنديش معداته ونصبها في أحد منازله في لندن.
المقاييس والثوابت
يتكون الجهاز من كرتين من الرصاص، قطرهما 30 سم، معلقتين من إطار فولاذي، وكرتين صغيرتين، قطرهما 5 سم ، معلقتين بالقرب من الكرة الأولى ومتصلتين ببعضهما البعض بواسطة أسلاك نحاسية رفيعة.
تم تصميم موازين الالتواء بشكل أساسي لقياس حركة الالتواء الناتجة عن سحب الجاذبية على البكرات التي تبقيها طافية عندما تتحرك الكرات الكبيرة فوق الكرات الصغيرة.
تكمن المشكلة في أن الجاذبية ضعيفة للغاية لدرجة أن أي عامل غير متوقع قد يؤثر على النتائج. لهذا السبب، يُجري كافنديش التجربة عن بُعد. ولمنع تأثير قرب الباحثين على معايرة الجهاز، استخدم تلسكوبًا نصبه خارج الغرفة. استخدمه لقراءة المقياس بدقة، مُضاءً بشعاع ضوئي ضيق ينبعث من خارج الغرفة.
نحن نتحدث عن حساسية من أجل 0,025 سم ، وهي ليست سيئة على الإطلاق. تجربة دقيقة للغاية. كما هو متوقع ، بدأت الكرة الصغيرة في الدوران ، مجذبة بالكرة الأكبر. بعد بعض الحسابات ، تمكن كافنديش من معرفة قيمة ثابت الجاذبية من كتلهم وتذبذباتهم. هذه هي الخطوة الأولى ، تليها تحديد متوسط كثافة الأرض ثم تحديد كتلة الأرض لحساب ثابت الجاذبية G.
بفضل تحديد قيمة تسارع الجاذبية الأرضية (G)، أصبح من الممكن حساب كتلة الأرض. وبمعرفة قطرها وقوة جاذبيتها وأقرب قيمة لـ G، أجرى كافنديش هذه الحسابات. وكانت النتائج مذهلة.
آمل أن تتمكن من خلال هذه المعلومات من معرفة المزيد عن كتلة الأرض وخصائصها.
