Как учёным удалось взвесить Солнце, ни разу не бывав в космосе

На Земле люди измеряют массу тел при помощи различных физических инструментов (весы, электронные датчики, компараторы и так далее). Но что делать, если объект слишком большой или вообще находится в космосе? Тут на помощь приходит физика. Ещё в начале XVII века Иоганн Кеплер сформулировал законы движения планет, по которым можно было рассчитать массу космического тела, исходя из периода обращения вокруг него другого тела. В 1680-х года Исаак Ньютон описал зависимость ускорения тела от равнодействующей всех приложенных к телу сил и массы тела (a=F/m — второй закон Ньютона, где a — ускорение, F — сила, m — масса). Учёный также вывел математическую связь между массой планеты и периодом обращения тела, которое вокруг неё крутится. Зная, например, расстояние до Луны и период её вращения, можно получить массу Земли.

Однако это будет не «чистая» масса планеты, а умноженная на гравитационную постоянную, которая показывает, какую силу гравитации создает тело определенной массы. По закону всемирного тяготения, сформированному тем же Ньютоном, сила гравитационного притяжения F между двумя материальными точками с массами m1 и m2, разделёнными расстоянием r, действует вдоль соединяющей их прямой, пропорциональна обеим массам и обратно пропорциональна квадрату расстояния. Если убрать из этого уравнения другие тела, то отдельно масса Земли вычисляется по формуле: M = g*R²/G, где g — это ускорение свободного падения, G — коэффициент гравитационной постоянной, R — радиус планеты. Гравитационную постоянную в 1798 году экспериментально вычислил Генри Кавендиш с помощью маятниковых весов, ускорение свободного падения знали ещё со времён Галилея, а радиус Земли и вовсе был посчитан греческим математиком Эратосфеном в III веке до нашей эры.

В итоге впервые массу Земли посчитали ещё под конец XVIII века, что позволило рассчитать массу других космических тел, исходя из уравнений, описанных выше. Хорошо, что учёные сразу предпочли записывать результаты не в килограммах, а в земных массах, потому что иначе им бы пришлось всё пересчитывать, каждый раз, когда данные по массе Земли уточнялись. Ведь только в 2007 году учёным удалось установить окончательное значение (благодаря уточнению радиуса, а также цифр после запятой в используемых коэффициентах), которое равняется 5,97×10²⁴ килограммов (5,976 секстиллиона тонн). Благодаря законам Ньютона, описанным выше, удалось уточнить, что масса Солнца в 330 тысяч раз превышает Земную. На сегодняшний день известно, что солнечная масса приблизительно равняется 332 946 земным массам, что составляет около 99,866% массы Солнечной системы.

💡 Масса Юпитера составляет примерно 68% от всех оставшихся (за исключением Солнца) объектов нашей звёздной системы.