Wie schwer ist die Erde?

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Experten brauchten Hunderte von Jahren, um die Masse der Erde zu schätzen, und bis heute besteht kein Konsens über die genaue Zahl.

Es ist sehr schwierig, die genaue Masse der Erde zu berechnen. Foto: Science Times — Es ist sehr schwierig, die genaue Masse der Erde zu berechnen. Foto: *Science Times*

Die Erde enthält alles von festen Gesteinen und Mineralien bis hin zu Millionen von Lebewesen und ist von unzähligen natürlichen und künstlichen Strukturen bedeckt. Daher gibt es keine genaue Antwort auf die Frage, wie viel die Erde wiegt. Das Gewicht der Erde hängt von der auf sie wirkenden Schwerkraft ab. Laut Live Science könnte die Erde Billionen Kilogramm wiegen oder gar nichts.

Laut NASA beträgt die Masse der Erde 5,9722 × 1024 kg, was etwa 13 Billiarden ägyptischen Chephren-Pyramiden entspricht (jede Pyramide wiegt 4,8 Milliarden kg). Die Masse der Erde schwankt aufgrund von kosmischem Staub und aus der Atmosphäre austretenden Gasen leicht, aber diese kleinen Veränderungen wirken sich Milliarden von Jahren lang nicht auf den Planeten aus.

Allerdings sind sich Physiker weltweit noch nicht über die obige Zahl einig, und der Berechnungsprozess ist keine leichte Aufgabe. Da es unmöglich ist, die gesamte Erde auf die Waage zu bringen, müssen Wissenschaftler zur Berechnung ihrer Masse eine Triangulation durchführen.

Der erste Bestandteil einer Messung ist laut Stephan Schlamminger, Metrologe am US-amerikanischen National Institute of Standards and Technology, Isaac Newtons Gravitationsgesetz. Alles mit Masse übt eine Gravitationskraft aus, d. h. auf zwei beliebige Objekte wirkt immer eine Kraft. Laut Newtons Gravitationsgesetz lässt sich die Gravitationskraft zwischen zwei Objekten (F) bestimmen, indem man die jeweiligen Massen der Objekte (m₁ und m₂) multipliziert, durch das Quadrat des Abstands zwischen ihren Mittelpunkten (r²) dividiert und anschließend mit der Gravitationskonstante (G) multipliziert, d. h. F = Gx((m₁xm₂)/r²).

Mithilfe dieser Gleichung könnten Wissenschaftler theoretisch die Masse der Erde bestimmen, indem sie die Anziehungskraft des Planeten auf ein Objekt auf seiner Oberfläche messen. Das Problem war jedoch, dass noch niemand einen genauen Wert für G berechnet hatte. 1797 begann der Physiker Henry Cavendish mit dem Cavendish-Experiment. Mithilfe einer sogenannten Torsionswaage, die aus zwei rotierenden Stäben mit daran befestigten Bleikugeln bestand, ermittelte Cavendish die Gravitationskraft zwischen den Stäben, indem er den Winkel auf dem Stab maß, der sich änderte, wenn die kleinere Kugel von der größeren angezogen wurde.

Ausgehend von den Massen und Abständen zwischen den Kugeln berechnete Cavendish G = 6,74 × 10−11 m3 kg–1 s–2. Heute ermittelt das Datenkomitee des International Council for Science G = 6,67430 × 10−11 m3 kg–1 s–2, was nur geringfügig von Cavendishs ursprünglichem Wert abweicht. Wissenschaftler berechneten dann mit G die Masse der Erde, indem sie die bekannten Massen anderer Objekte nutzten, und kamen auf den heute bekannten Wert: 5,9722 × 10−24 kg.

Schlamminger betont jedoch, dass Newtons Gleichungen und die Torsionswaage zwar wichtige Instrumente seien, ihre Messungen jedoch immer noch anfällig für menschliche Fehler seien. In den Jahrhunderten seit Cavendishs Experiment haben verschiedene Wissenschaftler die G-Kraft Dutzende Male gemessen, jedes Mal mit leicht unterschiedlichen Ergebnissen. Obwohl diese Unterschiede gering sind, reichen sie aus, um die Berechnung der Erdmasse zu verändern und Wissenschaftler, die versuchen, sie zu messen, zu verwirren.

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