Маса Землі становить 5,9722 × 10²⁴ кілограмів. Це число, яке вчені використовують як базову одиницю в астрономії, позначаючи її символом M🜨. Воно включає ядро, мантію, кору, океани, атмосферу і все, що є на поверхні — від гір до живих організмів.
У повсякденній мові ми часто кажемо «вага», але фізика розрізняє масу і вагу. Маса — це кількість речовини, вона постійна. Вага — це сила, з якою тіло притягується до іншого тіла під дією гравітації. На Місяці вага людини менша, а маса залишається тією ж. Тому питання «скільки важить Земля» у науці означає саме визначення її маси.
Це значення підтверджене багаторічними вимірюваннями орбіт супутників, гравітаційних полів і лабораторними експериментами. Воно залишається стабільним у межах похибки, хоча планета повільно втрачає незначну частину речовини.
Точне значення маси Землі
За даними NASA Planetary Fact Sheet, маса Землі дорівнює 5,9722 × 10²⁴ кг. Це відповідає приблизно 5,9722 секстильйона кілограмів, або 5,9722 × 10²¹ тонн. Середня щільність планети становить 5513 кг/м³ — майже вп’ятеро більше за щільність води.
Маса Землі в 81,3 раза перевищує масу Місяця і становить лише 1/332 946 маси Сонця.
Об’єм планети — близько 1,08321 × 10¹² км³. Якщо розділити масу на об’єм, отримуємо ту саму середню щільність. Ця цифра показує, що всередині Землі зосереджена значна частина важких елементів, передусім заліза і нікелю.
Порівняно з іншими планетами Сонячної системи Земля займає проміжне положення серед кам’яних тіл. Меркурій має лише 0,055 маси Землі, Венера — 0,815, Марс — 0,107. Газові гіганти значно важчі: Юпітер перевищує Землю приблизно в 318 разів.
Як вимірюють масу Землі
Прямо зважити планету неможливо. Вчені використовують закон всесвітнього тяжіння Ньютона. Сила тяжіння між двома тілами дорівнює F = G × (M × m) / R², де G — гравітаційна стала, M і m — маси тіл, R — відстань між їхніми центрами.
На поверхні Землі прискорення вільного падіння g ≈ 9,82 м/с². Якщо відомий радіус планети (середній 6371 км) і значення G, масу можна обчислити за формулою M = (g × R²) / G. Головна складність полягала в точному визначенні G.
У 1798 році Генрі Кавендіш провів експеримент із торсійними терезами. Він виміряв слабке притягання між свинцевими кулями відомої маси. Це дозволило вперше оцінити щільність Землі як 5,48 г/см³ — дуже близько до сучасного значення. Відтоді метод удосконалювали, але принцип залишився тим самим.
Сьогодні точність забезпечують орбітальні вимірювання. Супутники фіксують варіації гравітаційного поля з високою роздільною здатністю. Місії на кшталт GRACE і GRACE-Follow-On дозволяють уточнювати розподіл маси всередині планети і стежити за її змінами в часі. Геоцентрична гравітаційна стала GM визначена з відносною похибкою порядку 10⁻⁹, а сама маса — з похибкою, що залежить переважно від невизначеності G.
Розподіл маси всередині Землі
Маса розподілена нерівномірно. Найбільшу частку становить мантія — приблизно 67 % (близько 4,043 × 10²⁴ кг). Вона складається переважно з силікатів магнію, заліза і кальцію. Ядро містить близько 32 % загальної маси: зовнішнє ядро — приблизно 1,835 × 10²⁴ кг, внутрішнє — 9,675 × 10²² кг. Кора і океани разом дають лише кілька відсотків.
| Шар | Маса, кг | Частка від загальної маси |
|---|---|---|
| Мантія | 4,043 × 10²⁴ | ~67 % |
| Зовнішнє ядро | 1,835 × 10²⁴ | ~31 % |
| Внутрішнє ядро | 9,675 × 10²² | ~1,6 % |
| Кора | 2,6 × 10²² | ~0,4 % |
| Океани | 1,4 × 10²¹ | ~0,02 % |
| Атмосфера | 5,1 × 10¹⁸ | менше 0,0001 % |
Дані таблиці базуються на моделях NASA. Висока щільність ядра (до 13 г/см³ у центрі) пояснює, чому середня щільність планети значно перевищує щільність поверхневих порід.
Чи змінюється маса Землі
Маса планети не є абсолютно постійною. Щорічно на поверхню потрапляє близько 40–50 тисяч тонн космічного пилу і метеоритів. Водночас атмосфера втрачає водень і гелій: приблизно 95 тисяч тонн водню та 1,6 тисячі тонн гелію на рік. Чиста втрата становить близько 50–60 тисяч тонн щороку.
За 4,5 мільярда років існування Землі ця втрата становить лише близько 45 частин на мільярд від загальної маси — величина, якою можна знехтувати для більшості розрахунків.
Додаткові фактори — запуск космічних апаратів, що залишають гравітаційне поле Землі (кілька десятків тонн на рік), і незначні зміни через фотосинтез. Усі ці процеси не впливають на орбітальні параметри чи клімат у вимірюваних масштабах.
Порівняння з іншими тілами Сонячної системи
Щоб краще відчути масштаб, варто зіставити масу Землі з масами сусідів. Нижче наведена таблиця з актуальними значеннями.
| Об’єкт | Маса, × 10²⁴ кг | Відносно Землі |
|---|---|---|
| Місяць | 0,0735 | 0,0123 |
| Меркурій | 0,330 | 0,055 |
| Марс | 0,642 | 0,107 |
| Венера | 4,87 | 0,815 |
| Земля | 5,9722 | 1 |
| Уран | 86,8 | 14,5 |
| Нептун | 102 | 17,1 |
| Сатурн | 568 | 95 |
| Юпітер | 1898 | 318 |
Джерело даних — NASA Planetary Fact Sheet. Земля є наймасивнішою серед кам’яних планет, але навіть вона виглядає легкою порівняно з газовими гігантами. Маса Сонця перевищує земну приблизно в 333 000 разів.
Практичне значення точного знання маси
Знання маси Землі критично важливе для навігації супутників, розрахунку траєкторій міжпланетних апаратів і моделювання клімату. Гравітаційне поле, яке визначається масою і її розподілом, впливає на рівень моря, рух льодовиків і навіть на точність систем GPS.
У геофізиці маса використовується для побудови моделей внутрішньої будови. Сейсмічні хвилі дають інформацію про щільність шарів, а загальна маса слугує контрольним параметром: сума мас усіх шарів має збігатися з відомою величиною.
Для астрономії земна маса є зручною одиницею вимірювання. Маси екзопланет часто виражають у масах Землі, щоб одразу зрозуміти, чи йдеться про кам’яну планету, суперземлю чи міні-Нептун.
Сучасні оцінки маси Землі залишаються стабільними вже кілька десятиліть. Подальші уточнення можливі лише за рахунок точнішого визначення гравітаційної сталої G у лабораторних умовах. Поки що значення 5,9722 × 10²⁴ кг є консенсусним і достатнім для всіх практичних і наукових завдань.
Маса Землі — не просто велике число. Це фундаментальна характеристика, яка визначає силу тяжіння, утримує атмосферу, формує орбіти Місяця і штучних супутників і дозволяє життю існувати на цій планеті. Точність, з якою ми її знаємо сьогодні, — результат понад двох століть вимірювань, від експерименту Кавендіша до сучасних гравітаційних місій.
