Grawitacja jest podstawową siłą fizyki, którą my, Ziemianie, uważamy za pewnik. Naprawdę nie możesz nas winić. Ewoluując przez miliardy lat w środowisku ziemskim, jesteśmy przyzwyczajeni do życia z ciągłym ciągnięciem 1 g (lub 9,8 m / s²). Jednak dla tych, którzy wyruszyli w kosmos lub postawili stopę na Księżycu, grawitacja jest bardzo delikatną i cenną rzeczą.
Zasadniczo grawitacja zależy od masy, w której wszystkie rzeczy - od gwiazd, planet i galaktyk po światło i cząsteczki subatomowe - przyciągają się do siebie. W zależności od wielkości, masy i gęstości obiektu siła grawitacji, którą wywiera, jest różna. A jeśli chodzi o planety naszego Układu Słonecznego, które różnią się wielkością i masą, siła grawitacji na ich powierzchniach jest bardzo różna.
Na przykład grawitacja Ziemi, jak już wspomniano, jest równoważna 9,80665 m / s² (lub 32,174 ft / s²). Oznacza to, że obiekt trzymany nad ziemią i puszczany będzie przyspieszał w kierunku powierzchni z prędkością około 9,8 metra na każdą sekundę swobodnego spadania. Jest to standard pomiaru grawitacji na innych planetach, który jest również wyrażany jako pojedynczy g.
Zgodnie z prawem powszechnej grawitacji Izaaka Newtona przyciąganie grawitacyjne między dwoma ciałami można wyrazić matematycznie jako F = G (m¹m² / r²) - gdziefa jest siła m1 i m2 czy masy obiektów oddziałują na siebie, r to odległość między środkami mas i sol jest stałą grawitacyjną (6,674 × 10-11 N m2/kg2 ).
W oparciu o ich rozmiary i masy grawitacja na innej planecie jest często wyrażana w kategoriach sol jednostki, a także pod względem tempa przyspieszenia swobodnego spadania. Jak więc dokładnie układają się planety Układu Słonecznego pod względem grawitacji w porównaniu z Ziemią? Lubię to:
Grawitacja na rtęci:
O średnim promieniu około 2440 km i masie 3,30 × 1023 kg, Merkury jest około 0,383 razy większy od Ziemi i tylko 0,055 masywny. To sprawia, że Merkury jest najmniejszą i najmniej masywną planetą w Układzie Słonecznym. Jednak dzięki wysokiej gęstości - solidny 5,427 g / cm3, który jest nieco nieco niższy niż 5,514 g / cm na Ziemi3 - Gęstość powierzchniowa rtęci wynosi 3,7 m / s², co odpowiada 0,38 sol.
Grawitacja na Wenus:
Wenus jest pod wieloma względami podobna do Ziemi, dlatego często określa się ją mianem „bliźniaka Ziemi”. Ze średnim promieniem 4,6023 × 108 km2, o masie 4,8675 × 1024 kg, a gęstość 5,233 g / cm3, Wenus ma wielkość równą 0,9499 Ziemiom, 0,815 razy masywniejszą i około 0,95 razy gęstszą. Nic więc dziwnego, że grawitacja na Wenus jest bardzo zbliżona do ziemskiej - 8,87 m / s2lub 0,904 sol.
Grawitacja na Księżycu:
Jest to jedno ciało astronomiczne, w którym istoty ludzkie były w stanie osobiście przetestować wpływ zmniejszonej grawitacji. Obliczenia oparte na jego średnim promieniu (1737 km), masie (7,3477 x 10²² kg) i gęstości (3,3464 g / cm³) oraz misjach prowadzonych przez astronautów Apollo, zmierzono grawitację powierzchniową Księżyca na 1,62 m / s2 lub 0,1654 g.
Grawitacja na Marsie:
Mars jest również podobny do Ziemi pod wieloma kluczowymi względami. Jednak pod względem wielkości, masy i gęstości Mars jest stosunkowo niewielki. W rzeczywistości jego średni promień wynoszący 3,389 km odpowiada w przybliżeniu 0,53 Ziemi, a jego masa (6,4171 × 1023 kg) to zaledwie 0,107 Ziem. Tymczasem jego gęstość wynosi około 71 ziem, osiągając stosunkowo niewielkie 3,93 g / cm3. Z tego powodu Mars ma 0,38-krotność grawitacji Ziemi, co daje 3,711 m / s².
Grawitacja na Jowiszu:
Jowisz jest największą i najbardziej masywną planetą w Układzie Słonecznym. Jego średni promień, wynoszący 69 911 ± 6 km, czyni go 10,97 razy większym od Ziemi, a jego masa (1,8986 × 1027 kg) jest odpowiednikiem 317,8 ziem. Ale będąc gigantem gazowym, Jowisz jest naturalnie mniej gęsty niż Ziemia i inne planety lądowe, o średniej gęstości 1,326 g / cm3.
Co więcej, będąc gigantem gazowym, Jowisz nie ma prawdziwej powierzchni. Gdyby się na nim stanąć, po prostu zatonąłby, aż w końcu dotarłby do (teoretycznego) litego rdzenia. W rezultacie grawitacja powierzchniowa Jowisza (która jest definiowana jako siła grawitacji na jego szczytach chmur), wynosi 24,79 m / s, czyli 2,528 g.
Grawitacja na Saturnie:
Podobnie jak Jowisz, Saturn jest ogromnym gazowym gigantem, który jest znacznie większy i masywniejszy niż Ziemia, ale o wiele mniej gęsty. Krótko mówiąc, jego średni promień wynosi 58232 ± 6 km (9,13 Ziemi), a jego masa to 5,6846 × 1026 kg (95,15 razy masywniejszy) i ma gęstość 0,687 g / cm3. W rezultacie jego grawitacja powierzchniowa (ponownie mierzona od wierzchołka chmur) jest tylko nieco większa niż ziemska, czyli 10,44 m / s² (lub 1,065 g).
Grawitacja na Uranie:
O średnim promieniu 25,360 km i masie 8,68 × 1025 kg, Uran jest około 4 razy większy niż Ziemia i 14.536 razy większy. Jednak jako gazowy gigant jego gęstość (1,27 g / cm3) jest znacznie niższy niż na Ziemi. Dlatego grawitacja powierzchni (mierzona od wierzchołków chmur) jest nieco słabsza niż Ziemi - 8,69 m / s2lub 0,886 g.
Grawitacja na Neptunie:
O średnim promieniu 24 622 ± 19 km i masie 1,0243 × 1026 kg, Neptun jest czwartą co do wielkości planetą w Układzie Słonecznym. Ogólnie rzecz biorąc, jest 3,86 razy większa od Ziemi i 17 razy większa. Ale będąc gigantem gazowym, ma niską gęstość 1,638 g / cm3. Wszystko to działa przy grawitacji powierzchniowej 11,15 m / s2 (lub 1,14 g), co ponownie mierzy się na szczytach chmur Neptuna.
Podsumowując, grawitacja działa tutaj w Układzie Słonecznym, od 0,38 g na Merkurym i Marsie do potężnego 2,528 g na chmurach Jowisza. A na Księżycu, gdyby astronauci zaryzykowali, jest to bardzo łagodny 0,1654 g, co pozwoliło na zabawne eksperymenty w prawie nieważkości!
Zrozumienie wpływu zerowej grawitacji na ludzkie ciało było niezbędne w podróżach kosmicznych, szczególnie w przypadku długotrwałych misji na orbicie i Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. W nadchodzących dziesięcioleciach wiedza, jak je symulować, przyda się, gdy zaczniemy wysyłać astronautów na misje kosmiczne.
I oczywiście wiedza o tym, jak silny jest na innych planetach, będzie niezbędna do załogowych misji (a może nawet osadnictwa) tam. Biorąc pod uwagę, że ludzkość ewoluowała w środowisku 1 g, wiedząc, jak sobie poradzimy na planetach, które mają tylko ułamek grawitacji, może oznaczać różnicę między życiem a śmiercią.
W Space Magazine napisaliśmy wiele interesujących artykułów na temat grawitacji. Oto jak szybka jest grawitacja ?, skąd pochodzi grawitacja? i skąd wiemy, że grawitacja nie jest (tylko) siłą.
A oto czy możemy zrobić sztuczną grawitację? i czy „upiorne działanie” określa grawitację?
Aby uzyskać więcej informacji, sprawdź stronę NASA zatytułowaną „Ciągłe przyciąganie grawitacji” i prawo grawitacji Newtona.
Astronomy Cast ma także odcinek zatytułowany Odcinek 102: Grawitacja.
