1798 年、科学者ヘンリー・キャベンディッシュは暗くて密閉された部屋で球体を使った実験を行い、地球のおおよその密度を計算しました。
地球と月。写真: NASA
1600 年代後半、科学者アイザック・ニュートンは万有引力の法則を提唱しました。宇宙のすべての粒子は、その質量 (M) と物体の中心間の距離の 2 乗 (R) によって決まる力 (F) で他のすべての粒子を引き寄せるという法則です。 G は重力定数なので、この法則の式は F = G(M1xM2/R 2 ) となります。
したがって、物体の 1 つの質量と方程式の他の情報がわかれば、2 番目の物体の質量を計算することができます。質量がわかっている人を考えてみましょう。この人は、自分が地球の中心からどれくらい離れているかがわかれば、地球の質量を計算できます。問題は、ニュートンの時代には科学者がまだ G を決定していなかったため、地球の重さを量ることは不可能だったことです。
地球の質量と密度を知ることは、太陽系の他の天体の質量と密度を計算するのに役立つため、天文学者にとって非常に有用です。 1772年、ロンドン王立協会はこれを研究するために「重力委員会」を設立しました。
1774年、一群の専門家がスコットランドのシーハリオン山で地球の平均密度を測定しようと試みました。彼らは、シーハリオンの巨大な質量が振り子をその方向に引き寄せていると指摘した。そこで彼らは振り子の動きを測定し、山を測量することによって地球の密度を計算しました。しかし、この測定はあまり正確ではありません。
科学者ヘンリー・キャベンディッシュと彼の「地球の重さを量る」実験のイラスト。写真:ウィキメディア
地質学者ジョン・ミッチェル牧師も地球の質量を研究したが、死ぬ前にそれを完了することはできなかった。イギリスの科学者ヘンリー・キャベンディッシュはミッシェルの装置を使って実験を行った。
彼は、長さ183cmの木の棒の両端に幅5cmの鉛の球を取り付けた大きなダンベルを製作しました。木の棒は中央の紐で吊り下げられており、自由に回転できます。次に、重さ159kg、幅30cmの鉛の球を2つ付けた2つ目の重りを最初の重りに近づけ、大きい方の球が小さい方の球を引き寄せ、吊り下げバーにわずかな力をかける。キャベンディッシュ氏は何時間もバーの振動を注意深く観察した。
球体間の重力は非常に弱いため、わずかな空気の流れでもこの繊細な実験を台無しにする可能性があります。キャベンディッシュ氏は外気の流入を避けるため、密閉された部屋に装置を設置した。彼は望遠鏡を使って窓から実験を観察し、重りを外から動かすための滑車システムを設置した。実験に影響を与える、部屋の各部分間の温度差を避けるために、部屋は暗く保たれました。
1798 年 6 月、キャベンディッシュは「地球の密度を決定する実験」と題する研究の結果を、王立協会紀要に発表しました。彼は、地球の密度は水の密度の 5.48 倍、つまり 5.48 g/cm3 であり、これは現代の値 5.51 g/cm3 に非常に近いことを示した。
キャベンディッシュの実験は、地球の密度と質量（推定5974兆キログラム）を測定しただけでなく、ニュートンの万有引力の法則が太陽系の規模よりもはるかに小さい規模でも成り立つことを証明した点でも重要でした。 19 世紀後半以降、G を決定するために、キャベンディッシュ テストの改良版が使用されてきました。
Thu Thao （ IFL Science 、 APSによる）
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