FoodPro Preloader

Hvordan måler eller beregner vitenskapen vekten av en planet?


Barry Lienert, geofysiker ved University of Hawaii, gir følgende forklaring. Vi starter med å bestemme jordens masse. Issac Newtons universelle gravitasjonslove forteller oss at tiltrekningskraften mellom to objekter er proporsjonal, produktet av deres masser divideres med kvadratet av avstanden mellom deres massesenter.

Barry Lienert, geofysiker ved University of Hawaii, gir følgende forklaring.

Vi starter med å bestemme jordens masse. Issac Newtons universelle gravitasjonslove forteller oss at tiltrekningskraften mellom to objekter er proporsjonal, produktet av deres masser divideres med kvadratet av avstanden mellom deres massesenter. For å oppnå en rimelig tilnærming antar vi at deres geografiske sentre er deres massesentre.

Fordi vi kjenner jordens radius, kan vi bruke Universal Gravitationsloven til å beregne jordens masse når det gjelder gravitasjonskraften på en gjenstand (dens vekt) på jordens overflate, ved hjelp av jordens radius som avstand. Vi trenger også Constant of Proportionalality i Universal Gravitation Law, G. Denne verdien ble eksperimentelt bestemt av Henry Cavendish i det 18. århundre for å være den ekstremt lille kraften på 6, 67 x 10-11 Newtons mellom to gjenstander som veide ett kilo hver og skiltes av en meter. Cavendish bestemte dette konstant ved nøyaktig måling av den horisontale kraften mellom metallbobler i et eksperiment som noen ganger referert til som "veier jorden".

Beregning av solens masse

Å kjenne jordens masse og radius og jordens avstand fra solen, kan vi beregne solens masse ( høyre ), igjen ved å bruke loven om universell gravitasjon. Gravitasjonssamarbeidet mellom jorden og solen er G ganger solens masse ganger jordens masse, dividert med avstanden mellom jorden og solen kvadret. Denne attraksjonen må være lik den sentripetale kraften som trengs for å holde jorden i sin (nesten sirkulære) bane rundt solen. Centripetalkraften er jordens masse ganger kvadratet av sin hastighet dividert med avstanden fra solen. Ved å astronomisk bestemme avstanden til solen, kan vi beregne jordens hastighet rundt solen og dermed solens masse.

Når vi har solens masse, kan vi på samme måte bestemme planetens masse ved å astronomisk bestemme planetens orbitale radius og periode, beregne den nødvendige sentripetalkraften og likestille denne kraften til kraften som forutses av universell gravitationsloven ved hjelp av solens masse.

Ytterligere detaljer er gitt av Gregory A. Lyzenga, fysiker ved Harvey Mudd College i Claremont, California.

Vekten (eller massen) av en planet bestemmes av dens tyngdekraftseffekt på andre legemer. Newtons gravitasjonslove sier at hver bit av saken i universet tiltrekker seg hverandre med en tyngdekraft som er proporsjonal med massen. For objekter av den størrelsen vi møter i hverdagen, er denne kraften så liten at vi ikke legger merke til det. Men for objekter størrelsen på planeter eller stjerner, er det av stor betydning.

For å kunne bruke tyngdekraft for å finne massen av en planet, må vi på en eller annen måte måle styrken av dens "slep" på et annet objekt. Hvis planeten har en månen (en naturlig satellitt), så har naturen allerede gjort arbeidet for oss. Ved å observere tiden det tar for satellitten å bane sin primære planet, kan vi bruke Newtons ligninger til å avlede hva massen av planeten må være.

Bilde: NEAR

MASS av asteroide Mathilde ble beregnet ved å måle gravitasjonsforstyrrelser i løpet av passerer NEAR romfartøy.

For planeter uten observerbare naturlige satellitter må vi være klogere. Selv om Merkur og Venus (for eksempel) ikke har måner, utøver de en liten trekk på hverandre, og på de andre planeter av solsystemet. Som et resultat følger planeter banene som er subtilt forskjellige enn de ville være uten denne forstyrrende effekten. Selv om matematikken er litt vanskeligere, og usikkerhetene er større, kan astronomer bruke disse små avvikene for å bestemme hvor massive de måneløse planeter er.

Til slutt, hva med de gjenstandene som asteroider, hvis masser er så små at de ikke målbart forstyrrer baneene til de andre planetene? Inntil de siste årene var massene av slike gjenstander bare estimater, basert på de tilsynelatende diametre og antagelser om den mulige mineralske sminke av disse kroppene.

Nå har imidlertid flere asteroider vært (eller snart vil bli) besøkt av romskip. Akkurat som en naturlig måne, har et romfartøy som flyr av en asteroid sin bane bøyd av en mengde som styres av asteroidens masse. Denne "bøyningen" måles ved nøye sporing og Doppler radiomåling fra jorden. Nylig fløy NEAR-romfartøyet av asteroiden Mathilde, for første gang bestemmer den faktiske massen. Det viste seg å være betydelig lettere og mer "skummelt" i struktur enn det hadde vært forventet, et faktum som utfordrer planetariske forskere til en forklaring.

Opprinnelig publisert 16. mars 1998.

Siste nytt

Anbefalt


Aviation Industry ser ut til å løse et karbonproblemManglende nøytroner kan føre et hemmelig liv som mørk materieKan vi holde flyene trygge uten å drepe så mange fugler?Hva lærer forskere ved å binde fugler?Records from Ancient China Reveal Link Between Epidemics and Climate ChangeMan-Made Genetiske Instruksjoner Yield Living Cells for første gang2017 Var det tredje hotteste året på rekord for USABybeboere Kjør avskoging i 21. århundre