Значительно более точный расчет был проведен в самом конце XVIII века. Англичанин Кавендиш ухитрился обнаружить и даже измерить силу взаимного притяжения двух свинцовых шаров. (В возможность проведения столь тонкого эксперимента не верил сам Ньютон.) Кавендиш использовал крутильные весы (с помощью их позже Лебедев «взвесил» солнечные лучи).
А затем стали для определения веса планеты использовать и маятники, и особые весы, чаши которых расположены на разной высоте (то есть на разном расстоянии от центра Земли).
Вы и сами можете взвесить Землю. Для этого достаточно сделать несложный расчет.
Как известно, по закону Ньютона, сила взаимодействия между двумя телами равна: F = KmM/R2, где R — расстояние между центрами этих тел, m и M — массы тел, а K — коэффициент, вычисленный при многочисленных лабораторных проверках закона притяжения (например, опытами Кавендиша), он равен 6,65·10–8.
Представим себе шар массой в 1 грамм, лежащий на поверхности земли. Сила его взаимодействия с Землей выражается формулой Ньютона. При этом масса шара (m) известна — 1 грамм. Известно и то, что масса эта притягивается к Земле (и соответственно, притягивает Землю) с силой, равной 980 динам. Значит,
980 = 6,65·10–81·M/R2.
Отсюда можно приближенно (без учета второстепенных показателей) найти массу Земли, зная ее радиус (R ≈ 6,37·108 см):
M = 980·(6,37·108)2/1·6,65·10–8.
Трудно усмотреть поэзию в опытах ученых. Почти невозможно представить себе массу Земли — цифра тянет за собой длиннейший ряд нулей: 6·1021 тонн. Но именно эти скучные на первый взгляд цифры открывают нам путь в мир действительный, а не созданный одним лишь нашим воображением. Они позволяют ощутить величие Вселенной.
От массы нетрудно перейти к средней плотности (к удельному весу). Для Земли это выразится формулой: M = 4/3πR3 (объем земного шара) × D (средняя плотность). Отсюда D = 3·M/4πR3.
Остается только заменить буквы цифрами.
Сейчас средний удельный вес Земли (ее плотность) принимается равным 5,52 г/см3. Средняя плотность горных пород, распространенных у поверхности, менее 3 г/см3.
Опущенное в море на глубину в несколько километров дерево под давлением воды уплотняется настолько, что не может уже плавать. Оно тонет в воде, как металл.
А в глубинах Земли давление больше, чем на дне океана, в тысячи, в сотни тысяч раз!
Под этим давлением неузнаваемо изменяются свойства вещества Земли. А это, в свою очередь, приводит к совершенно неожиданным последствиям.
На суше, как и в океанах, главным помощником людей стало эхо. Да еще землетрясения — извечные наши недруги. Сила разума даже такого страшного врага обратила в помощника.
Ученые ловят отзвуки ударов. Для этой цели служат сейсмографы — приборы, отмечающие и записывающие малейшие колебания земли. Перо сейсмографа непрерывно чертит полосу на бумаге. Вздрогнет земля, и чуткое перо тотчас метнется, рисуя зигзаг на движущейся бумажной ленте. Чем сильнее толчок, тем резче взмах пера.
Сейсмические волны бывают двух типов. Первые — самые быстрые — продольные волны. Они похожи на колебания пружины: это волны сжатия и растяжения.
Другие волны — поперечные. Они колеблют частички вверх-вниз, как волны воду.
Сейсмические волны ведут себя по-разному. Поперечные не распространяются в жидкой среде, они там «вязнут», быстро угасая. Поэтому границу ядра Земли определить легко: ниже ее нет доступа поперечным волнам. А волны продольные ядро Земли собирает в пучок, словно круглая линза. Но вместе с тем существуют участки, куда никакие волны не достигают: область сейсмической тени.
Итак, при сильных землетрясениях вся планета чуть приметно вздрагивает, колеблется.
Пройдя сложный путь под землей, сейсмические волны достигают поверхности планеты в самых разных местах. Тут их ловят сейсмографы.
Обрабатывая данные сейсмических станций, разбросанных повсюду на земном шаре, ученые прослеживают подземные пути и продольных и поперечных колебаний.
На границе двух каменных сфер упругие подземные волны частично отражаются на поверхность, а частично преломляются. По существу, они ведут себя так же, как звуковые волны или световые лучи.
Отклонения сейсмических волн точно измеряются. В массе цифр, в графиках и картах постепенно вырисовываются показатели свойств недоступных глазу глубин.