Сколько весит Солнце, и как учёные его взвесили?

Солнце – не просто звезда, это 99,8% массы всей Солнечной системы. Оно в 330 тысяч раз тяжелее Земли, а его гравитация управляет движением планет, комет и даже далёких астероидов. Но как вообще можно измерить вес звезды, если она где-то далеко в космосе и её не положишь на весы? Оказывается, учёные нашли способ – и для этого им не понадобились гигантские космические приборы. Всё решили законы физики, открытые несколько веков назад, и простая, но гениальная логика.

Знание массы Солнца помогло рассчитать орбиты спутников и зондов, понимать эволюцию звёзд, изучать другие планетные системы

Источник изображения: ru.pinterest.com

От рычажных весов до космических законов: как считают массу

Люди с древности взвешивали предметы – сначала на простых рычажных весах, потом на пружинных, электронных. Но как быть, если объект – это целая планета или звезда?

Первым шагом к разгадке стали законы Кеплера, открытые в XVII веке. Немецкий астроном Иоганн Кеплер заметил, что планеты движутся по эллипсам, и вывел 3 математические закономерности их движения.

Самый важный для нас – третий закон: «Квадрат периода обращения планеты пропорционален кубу большой полуоси её орбиты». Проще говоря: чем дальше планета от Солнца, тем медленнее она движется. Но Кеплер не знал почему так происходит.

Расстояние от Солнца до планет солнечной системы. Источник изображения: kasheloff.ru

Ответ дал Исаак Ньютон — он связал движение планет с гравитацией. Его закон всемирного тяготения и второй закон движения (F = ma) объяснили, что орбита любого тела зависит от массы того объекта, вокруг которого оно вращается.

Т. е. чем массивнее объект (например, Солнце), тем сильнее он притягивает планеты. И чем ближе планета, тем быстрее она летит.

Благодаря этим законам учёные научились вычислять массу планет, наблюдая за их спутниками. Например, зная расстояние от Земли до Луны (384,400 км), скорость её движения и время полного обращения вокруг Земли (27.3 дня), можно вычислить массу нашей планеты.

Именно так впервые и поступили. Но была проблема: в уравнениях масса всегда шла в паре с гравитационной постоянной (G) – неизвестной величиной, которую никто не мог измерить.

Гениальный эксперимент: как измерили невидимую силу

Долгое время гравитационная постоянная оставалась неизвестной величиной. Без неё точные расчёты масс планет были невозможны. Всё изменилось в 1798 году, когда британский учёный Генри Кавендиш провёл хитроумный эксперимент, который назвали «взвешиванием Земли».

Он использовал крутильные весы – устройство с подвешенным на тонкой нити деревянным коромыслом и свинцовыми шарами. Когда рядом помещали более массивные шары, а точнее огромные свинцовые гири, маленькие шары начинали к ним притягиваться, и коромысло слегка поворачивалось. По углу поворота Кавендиш впервые в истории вычислил гравитационную постоянную:

G = 6.674×10⁻¹¹ Н·м²/кг² – это очень маленькая величина. Именно поэтому мы не чувствуем притяжение друг к другу.

Ускорение свободного падения на планетах Солнечной системы. Источник изображения: companysec.ru

Теперь у учёных были все данные:

• ускорение свободного падения (g), известное ещё со времён Галилея,
• радиус Земли (R), вычисленный древнегреческим математиком Эратосфеном,
• и новая константа – G.

Оставалось подставить их в формулу M = g × R² / G, и масса Земли была определена. Но цифры уточнялись веками, поэтому окончательное значение установили не так давно — только в 2007 году:

Масса Земли = 5,97 × 10²⁴ кг (это почти 6 секстиллионов тонн!).

Наверное, вы уже задаётесь вопросом — а что же насчёт Солнца?

Это интересно: Какие звуки издает Солнце — послушайте прямо сейчас.

От Земли к Солнцу: как считали массу звезды

Зная массу Земли, астрономы смогли выяснить, сколько весит Солнце. Ведь наша планета вращается вокруг него под действием его гравитации. А чем массивнее звезда, тем сильнее она притягивает планеты и тем быстрее они движутся, чтобы не упасть на звезду.

Согласно закону тяготения Ньютона, масса Солнца оказалась в 332 946 раз больше земной. Сегодня известно, что:

Масса Солнца = 1.989 × 10³⁰ кг (это почти 2 нониллиона тонн!) На него приходится 99,866% массы всей Солнечной системы.

Тела Солнечной системы, расположенные по убыванию массы. Источник изображения: immunocap.ru

А что с остальными планетами? Из оставшихся 0,134% массы Солнечной системы почти всё остальное – это газовые гиганты:

• 68% принадлежит Юпитеру (он один тяжелее всех других планет вместе взятых),
• ещё 30% – это Сатурн, Уран и Нептун,
• и менее 2% — все остальные планеты, включая Землю.

Получается, Меркурий, Венера, Земля, Марс и даже пояс астероидов – это просто «космическая пыль» по сравнению с Солнцем.

Подписывайтесь на наши каналы в Telegram и Дзен, делитесь своим мнением в нашем чате. И читайте следующую статью: Что будет, если Солнце погаснет на 24 часа: сценарий, о котором никто не задумывался.