Άνοιγμα κυρίου μενού

Η μάζα της Γης ή αλλιώς γήινη μάζα, (M⊕ όπου ⊕ είναι το πρότυπο αστρονομικό σύμβολο για τον πλανήτη Γη) είναι μονάδα μάζας ίση με αυτή της Γης. Η τρέχουσα καλύτερη εκτίμηση για τη μάζα της Γης είναι M = 5,9722×1024 kg, με μια τυπική αβεβαιότητα των 6×1020 kg (σχετική αβεβαιότητα 10−4).[1] Είναι ισοδύναμη με μια μέση πυκνότητα των 5.515 kg⋅m−3.

Η γήινη μάζα είναι μια τυπική μονάδα μάζας της Αστρονομίας που χρησιμοποιείται για να μετρήσει τις μάζες άλλων πλανητών, συμπεριλαμβανομένων βραχωδών επίγειων πλανητών και εξωπλανητών. Η ηλιακή μάζα είναι ίση με 333.000 μάζες Γης. Η γήινη μάζα δεν περιλαμβάνει τη μάζα της Σελήνης. Η μάζα της Σελήνης είναι περίπου 1,2% της Γης, έτσι ώστε η μάζα του συστήματος «Γη και Σελήνη» είναι κοντά στα 6.0456×1024 kg.

Η περισσότερη από τη μάζα συντίθεται από σίδηρο και οξυγόνο (32% το καθένα), μαγνήσιο και πυρίτιο (15% το καθένα), ασβέστιο, αλουμίνιο και νικέλιο (1,5% το καθένα).

Η ακριβής μέτρηση της γήινης μάζας είναι δύσκολη, όπως είναι ισοδύναμη με τη μέτρηση της σταθεράς της παγκόσμιας έλξης, η οποία είναι η θεμελιώδης φυσική σταθερά, γνωστή με αρκετή ακρίβεια, λόγω της σχετικής αδυναμίας της βαρυτικής δύναμης. Η μάζα της Γης ήταν η πρώτη που μετρήθηκε με σχετική ακρίβεια στο πείραμα Schiehallion τη δεκαετία του 1770, και με διαφορά μόλις 1% από το σύγχρονο υπολογισμό, στο πείραμα του Κάβεντις του 1798.

Πίνακας περιεχομένων

Μονάδα μάζας στην αστρονομίαΕπεξεργασία

Η μάζα της Γης υπολογίζεται σε:

 

το οποίο μπορεί να εκφράζεται σε όρους της ηλιακής μάζας σε:

 .

Η αναλογία της γήινης με τη σεληνιακή μάζα έχει μετρηθεί με μεγάλη ακρίβεια. Η τρέχουσα καλύτερη εκτίμηση είναι:

  [2][3]
Πίνακας μαζών ουράνιων αντικειμένων σε σχέση με τη μάζα της Γης
Αντικείμενο Γήινη μάζα Ref
Σελήνη 0,0123000371 [2]
Ήλιος 332946,0487
Ερμής 0,0553 [4]
Αφροδίτη 0,815
Γη 1 Εξ ορισμού
Άρης 0,107
Δίας 317,8
Κρόνος 95,2
Ουρανός 14,5
Ποσειδώνας 17,1
Gliese 667 Cc 3,8 [5]
Κέπλερ-442b 1,0 – 8,2 [6]
 
Ο δορυφόρος LAGEOS χρησιμοποιήθηκε για να μετρηθεί με ακρίβεια η βαρύτητα της Γης, και ως εκ τούτου, η μάζα της.

ΣύνθεσηΕπεξεργασία

Η πυκνότητα της Γης ποικίλλει σημαντικά μεταξύ των τιμών από 2700 kg⋅m−3 στον άνω γήινο φλοιό μέχρι 13000 kg⋅m−3 στο εσωτερικό του πυρήνα. Ο πυρήνας της Γης, αντιπροσωπεύει το 15% του όγκου της Γης αλλά περισσότερο από το 30% της μάζας, ο μανδύας το 84% του όγκου και το 70% της μάζας, ενώ η γήινος φλοιός αντιπροσωπεύει λιγότερο από το 1% της μάζας.[7] Περίπου το 90% της μάζας της Γης αποτελείται από κράματα σιδήρου νικελίου (95% σίδηρος) και στον πυρήνα (30%), και διοξείδια του πυριτίου (περίπου 33%) και οξείδιο του μαγνησίου ( 27%) στον μανδύα και τον φλοιό. Υπάρχουν επίσης από οξείδιο του σιδήρου (5%), οξείδιο αλουμινίου (3%) και οξείδιο του ασβεστίου (2%),[8] εκτός από τις πολυάριθμα ιχνοστοιχεία (σε στοιχειώδεις όρους: σίδηρος και οξυγόνο 32% το κάθε ένα, μαγνήσιο και πυρίτιο περίπου 15% το κάθε ένα, ασβέστιο, αλουμίνιο και νικέλιο 1,5% το καθένα.Ο άνθρακας υπολογίζεται στο 0,03%, το νερό στο 0,02%, και η ατμόσφαιρα στο ένα εκατομμυριοστό της συνολικής μάζας[9]

Η ιστορία της μέτρησηςΕπεξεργασία

Η μάζα της Γης μετριέται έμμεσα με τον προσδιορισμό και άλλων ποσοτήτων της Γης όπως η πυκνότητα, η βαρύτητα, ή βαρυτική σταθερά. Η πρώτη μέτρηση στη δεκαετία του 1770 (πείραμα Schiehallion) είχε ως αποτέλεσμα μια τιμή περίπου 20% χαμηλότερη. Το πείραμα του Κάβεντις του 1798 βρήκε τη σωστή τιμή με προσέγγιση 1%. Η αβεβαιότητα μειώθηκε σε περίπου στο 0,2% το 1890,[10] 0,1% από το 1930,[11] και 0,01% (10−4) από το 2000. Το σχήμα της Γης έχει γίνει γνωστό με ακρίβεια τεσσάρων σημαντικών ψηφίων από το 1960 (WGS66), έτσι ώστε από εκείνη τη στιγμή, η αβεβαιότητα της γήινης μάζας καθορίζεται ουσιαστικά από την αβεβαιότητα στη μέτρηση της σταθεράς της παγκόσμιας έλξης.

Διακύμανση της μάζας της ΓηςΕπεξεργασία

Η μάζα της Γης είναι μεταβαλλόμενη, με κέρδη και απώλειες, λόγω της προσαύξησης της από μικρομετεωρίτες και κοσμική σκόνη και απώλειες από υδρογόνο και ήλιο, αντίστοιχα. Το συνδυασμένο αποτέλεσμα είναι η καθαρή απώλεια υλικού, η οποία εκτιμάται σε 5,5×107 kg (54.000 τόνοι) ανά έτος. Το ποσό αυτό είναι 10-17 της συνολικής γήινης μάζας. Τα 5,5×107 kg, ετήσια καθαρή απώλεια, οφείλονται κυρίως σε 100.000 τόνους που χάνονται λόγω της ατμοσφαιρικής διαφυγής, και κατά μέσο όρο στους 45.000 τόνους που αποκτούνται από την πτώση σκόνης και τους μετεωρίτες. Αυτή είναι εντός της μάζας αβεβαιότητα 0,01% (6×1020 kg), έτσι ώστε η εκτιμώμενη ποσότητα της μάζας της Γης δεν επηρεάζεται από αυτό τον παράγοντα.

Η απώλεια μάζας που οφείλεται στην ατμοσφαιρική διαφυγή αερίων υπολογίζεται περίπου στους 95.000 τόνους υδρογόνου[12] (3 kg/s) και 1.600 τόνους ηλίου ανά έτος.[13] Ο κύριος παράγοντας αύξησης της γήινης μάζας είναι από πτώσεις υλικών, κοσμική σκόνη, κοσμικές ακτίνες, μετεωρίτες, κομήτες, κ. λπ. είναι οι πιο σημαντικοί παράγοντες για την αύξηση της μάζας. Το σύνολο του υλικού υπολογίζεται από 37.000 έως 78.000 τόνους ετησίως.[14][15]

Πρόσθετες αλλαγές στη μάζα οφείλονται στην ισοδυναμία μάζας–ενέργειας, αν και αυτές οι αλλαγές είναι σχετικά αμελητέες. Μια άλλη αύξηση της μάζας έχει αποδοθεί στην άνοδο της θερμοκρασίας (υπερθέρμανση του πλανήτη) και υπολογίζεται σε 160 τόνους ανά έτος από το 2016.[16] Επίσης χάνονται 16 τόνοι ανά έτος με τη μορφή περιστροφικής κινητικής ενέργειας , εξαιτίας της επιβράδυνσης της περιστροφής της Γης στον εσωτερικό πυρήνα.[εκκρεμεί παραπομπή] Αυτή η ενέργεια μετατρέπεται σε ενέργεια περιστροφής του ηλιακού συστήματος, και η τάση αυτή θα μπορούσε επίσης να είναι αναστρέψιμη, όπως η ταχύτητα περιστροφής έχει αποδειχθεί ότι παρουσιάζει διακυμάνσεις με την πάροδο δεκαετιών.[17] Απώλεια μάζας λόγω της πυρηνικής σχάσης εκτιμάται ότι ανέρχεται σε 16 τόνους ανά έτος.[αμφίβολο ]

Επιπλέον απώλεια υπάρχει λόγω εκτόξευσης διαστημόπλοιων σε τροχιές, έχει υπολογιστεί σε 65 τόνους ανά έτος από τα μέσα του 20ου αιώνα. Η Γη έχασε περίπου 3.473 τόνους στα πρώτα 53 χρόνια της διαστημικής εποχής, αλλά η τάση αυτή σήμερα μειώνεται.[18]

Δείτε επίσηςΕπεξεργασία

ΠαραπομπέςΕπεξεργασία

  1. "2016 Selected Astronomical Constants" in The Astronomical Almanac Online, USNOUKHO, http://asa.usno.navy.mil/ 
  2. 2,0 2,1 Pitjeva, E.V.; Standish, E.M. (2009-04-01). «Proposals for the masses of the three largest asteroids, the Moon-Earth mass ratio and the Astronomical Unit». Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy 103 (4): 365–372. doi:10.1007/s10569-009-9203-8. Bibcode2009CeMDA.103..365P. https://link.springer.com/article/10.1007%2Fs10569-009-9203-8. Ανακτήθηκε στις 2016-02-12. 
  3. Luzum, Brian; Capitaine, Nicole; Fienga, Agnès και άλλοι. (10 July 2011). «The IAU 2009 system of astronomical constants: the report of the IAU working group on numerical standards for Fundamental Astronomy». Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy 110 (4): 293–304. doi:10.1007/s10569-011-9352-4. Bibcode2011CeMDA.110..293L. 
  4. «Planetary Fact Sheet – Ratio to Earth». nssdc.gsfc.nasa.gov. Ανακτήθηκε στις 2016-02-12. 
  5. «The Habitable Exoplanets Catalog – Planetary Habitability Laboratory @ UPR Arecibo». 
  6. «HEC: Data of Potential Habitable Worlds». 
  7. See structure of the Earth: inner core volume 0.7%, density 12,600–13,000, mass c. 1.6%; outer core vol. 14.4%, density 9,900–12,200 mass c. 28.7–31.7%. Hazlett, James S.; Monroe, Reed; Wicander, Richard (2006). Physical geology : exploring the earth (6. ed.). Belmont: Thomson. p. 346.
  8. Jackson, Ian (1998). The Earth's Mantle - Composition, Structure, and Evolution. Cambridge University Press. pp. 311–378.
  9. The hydrosphere (Earth's oceans) account for about 0.02% 2.3×10−4 of total mass, Carbon for about 0.03% of the crust, or 3×10−6 of total mass, Earth's atmosphere for about 8.6×10−7 of total mass. Biomass is estimated at 10−10 (5.5×1014 kg, see Bar-On, Yinon M.; Phillips, Rob; Milo, Ron. "The biomass distribution on Earth" Proc. Natl. Acad. Sci. USA., 2018).
  10. Poynting, J.H. (1913). The Earth: its shape, size, weight and spin. Cambridge, σελ. 50–56. https://books.google.com/books?id=whA9AAAAIAAJ&pg=PA50. 
  11. P. R. Heyl, A redetermination of the constant of gravitation, National Bureau of Standards Journal of Research 5 (1930), 1243–1290.
  12. «Fantasy and Science Fiction: Science by Pat Murphy & Paul Doherty». 
  13. «Earth Loses 50,000 Tonnes of Mass Every Year». SciTech Daily. 
  14. "Spacecraft Measurements of the Cosmic Dust Flux", Herbert A. Zook. doi:10.1007/978-1-4419-8694-8_5
  15. Carter, Lynn. «How many meteorites hit Earth each year?». Ask an Astronomer. The Curious Team, Cornell University. Ανακτήθηκε στις 6 February 2016. 
  16. McDonald, Charlotte (31 January 2012). «Who, What, Why: Is the Earth getting lighter?». BBC Magazine. BBC News. Ανακτήθηκε στις 9 February 2016. 
  17. Tkalčić, Hrvoje; Young, Mallory; Bodin, Thomas; Ngo, Silvie; Sambridge, Malcolm (12 May 2013). «The shuffling rotation of the Earth’s inner core revealed by earthquake doublets». Nature Geoscience 6: 497–502. doi:10.1038/ngeo1813. Bibcode2013NatGe...6..497T. 
  18. Saxena, Shivam; Chandra, Mahesh (May 2013). «Loss in Earth Mass due to Extraterrestrial Space Exploration Missions». International Journal of Scientific and Research Publications 3 (5): 1. http://www.ijsrp.org/research-paper-0513.php?rp=P171213. Ανακτήθηκε στις 9 February 2016.