Как учените са претеглили слънцето?

Но как изобщо може да се измери теглото на една звезда, ако тя е някъде далеч в космоса и не може да се постави на кантара? Оказва се, че учените са намерили начин – и не са им били необходими гигантски космически инструменти, за да го направят. Всичко е решено от законите на физиката, открити преди няколко века, и простата, но гениална логика.

Определянето масата на Слънцето е помогнало да се изчислят орбитите на сателитите и сондите, да се разбере еволюцията на звездите и да се изследват други планетни системи
От везните към космическите закони: как се изчислява масата

Хората са теглили предметите още от древността – първо на обикновени лостови везни, после на пружинни везни, а след това и на електронни везни. Но какво да правим, когато обектът е цяла планета или звезда?

Първата стъпка към разгадаването на този проблем са законите на Кеплер, открити през XVII век. Немският астроном Йоханес Кеплер забелязва, че планетите се движат по елипси, и извежда 3 математически закона за тяхното движение.

Най-важен за нас е третият закон: „квадратите на периодите на обикаляне на планетите около Слънцето се отнасят, както кубовете на големите им полуоси до Слънцето“. Казано по-просто, колкото по-далеч от Слънцето се намира една планета, толкова по-бавно се движи тя. Но Кеплер не е знаел защо става това, пише още Kaldata.

Отговорът дава Исак Нютон – той свързва движението на планетите с гравитацията. Неговият закон за всеобщата гравитация и вторият закон за движението (F = ma) обясняват, че орбитата на всяко тяло зависи от масата на обекта, около който то се върти.

Това означава, че колкото по-масивен е обектът (например Слънцето), толкова по-силно той привлича планетите. И колкото по-близо е една планета, толкова по-бързо прелита.

Благодарение на тези закони учените са се научили да изчисляват масата на планетите, като наблюдават техните спътници. Така например, знаейки разстоянието от Земята до Луната (384 400 км), нейната скорост и времето за пълно завъртане около Земята (27,3 дни), е възможно да се изчисли масата на нашата планета.

Точно това са направили първия път. Но е имало проблем: в уравненията масата винаги е била съчетавана с гравитационната константа (G) – неизвестна величина, която никой не е можел да измери.

Един гениален експеримент: как се измерва една невидима сила

Дълго време гравитационната константа остава неизвестна величина. Без нея точните изчисления на масите на планетите са били невъзможни. Всичко това се променя през 1798 г., когато британският учен Хенри Кавендиш провежда хитър експеримент, наречен „претегляне на Земята“.

Той използва торсионна везна – устройство с със закрепено на тънка нишка дървено махало и оловни топчета. Когато по-масивните топчета, които са по-скоро огромни оловни тежести били поставени едно до друго, по-малките топчета били привлечени от тях и везната леко се завъртала. По ъгъла на завъртане Кавендиш за първи път в историята изчислил гравитационната константа:

Знаейки масата на Земята, астрономите успяха да разберат колко тежи Слънцето. В края на краищата нашата планета се върти около него под въздействието на неговата гравитация. И колкото по-масивна е звездата, толкова повече привлича планетите и толкова по-бързо се движат те, за да не паднат върху звездата.

Според закона за гравитацията на Нютон масата на Слънцето е 332 946 пъти по-голяма от тази на Земята. Днес е известно, че: Знаейки масата на Земята, астрономите успяха да разберат колко тежи Слънцето. В крайна сметка нашата планета се върти около него под въздействието на неговата гравитация. А колкото по-масивна е звездата, толкова повече привлича планетите и толкова по-бързо се движат те, за да избегнат падането върху звездата.

Според закона за гравитацията на Нютон масата на Слънцето е 332 946 пъти по-голяма от тази на Земята. Днес е известно, че: Масата на Слънцето = 1,989 × 10³⁰ kg (това са почти 2 нонилиона тона!) То представлява 99,866% от масата на цялата Слънчева система.