지구의 질량은 어떻게 알아냈을까?

How was the mass of the Earth measured?

지구를 저울에 올릴 수도 없는데, 지구의 질량은 어떻게 알아냈을까요?

무슨 일이 일어났나

지구의 질량을 알려면 먼저 만유인력 상수 G 를 알아야 합니다. 땅 위 중력 가속도 g 와 지구 반지름 R 은 잴 수 있으니, G 만 알면 M = g·R² ÷ G 로 지구 질량이 나옵니다.

1798 년 헨리 캐번디시는 비틀림 저울로 납공 사이의 아주 작은 끌림을 쟀습니다. NIST 연구자들은 그가 잰 것이 G 자체가 아니라 논문 제목대로 «지구의 평균 밀도» 였다고 설명하는데, 평균 밀도에 지구 부피를 곱하면 바로 질량이 됩니다.

시뮬레이터는 막대가 흔들리다 멈출 각(0.176°)에서 G 를 6.73×10⁻¹¹ m³/(kg·s²) 로 구하고, 그 G 로 지구 질량 5.92×10²⁴ kg 을 냅니다. 어림 식이라 G 가 오늘의 값(6.674 30×10⁻¹¹, CODATA 2022)보다 약 0.8 % 크게 나와, NASA 가 적은 5.9722×10²⁴ kg 보다 조금 작습니다.

NASA 자료표의 지구 평균 밀도 5,513 kg/m³ 에 평균 반지름 6,371 km 로 구한 지구 부피를 곱해도 약 5.97×10²⁴ kg 이 나옵니다.

💡 생활 속 예시

  • 부엌 저울로는 몇 g 을 잴 수 있어도, 두 공이 당기는 167 nN(약 0.017 mg 무게) 같은 힘은 읽을 수 없습니다 — 그래서 아주 작은 비틀림을 크게 보는 장치가 필요했습니다.
  • 놀이터의 기다란 시소는 한쪽 끝을 조금만 눌러도 반대쪽 끝이 크게 움직입니다 — 캐번디시도 긴 막대와 거울로 아주 작은 움직임을 키워 읽었습니다.

확인된 값

지구 질량 (5.9722 × 10²⁴ kg)
5.9722e+24 kg 출처
만유인력 상수 G (CODATA 2022)
6.6743e-11 m³ kg⁻¹ s⁻² 출처
캐번디시가 비틀림 저울 실험을 한 해
1798 출처
캐번디시가 잰 것은 G 가 아니라 지구 평균 밀도
지구 평균 밀도 출처
지구 평균 밀도 (NASA 자료표)
5513 kg/m³ 출처
지구 평균 반지름
6371 km 출처

교육과정에서는

  • 한국 2022 · 통합과학1 · 시스템과 상호작용
  • 한국 2022 · 고급 물리학 · 역학

출처

이어서 보기

같은 단원 · 중력과 궤도

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