Jak silná je gravitace na jiných planetách?
Matt Williams , Universe Today
Gravitace je základní fyzikální silou, kterou my pozemšťané máme tendenci považovat za samozřejmost. Nemůžete nám to mít za zlé. Po miliardách let vývoje v zemském prostředí jsme si zvykli žít s přitažlivostí stálého 1 g (neboli 9,8 m/s2). Pro ty, kteří se vydali do vesmíru nebo vstoupili na Měsíc, je však gravitace velmi slabá a vzácná věc.
Zásadně je gravitace závislá na hmotnosti, kdy se všechny věci – od hvězd, planet a galaxií až po světlo a subatomární částice – vzájemně přitahují. V závislosti na velikosti, hmotnosti a hustotě objektu se mění gravitační síla, kterou působí. A pokud jde o planety naší sluneční soustavy, které se liší velikostí a hmotností, síla gravitace na jejich povrchu se značně liší.
Například gravitace Země, jak již bylo uvedeno, odpovídá 9,80665 m/s2 (neboli 32,174 ft/s2). To znamená, že předmět, pokud jej držíme nad zemí a pustíme, bude zrychlovat směrem k povrchu rychlostí přibližně 9,8 m za každou sekundu volného pádu. To je standard pro měření gravitace na jiných planetách, která se také vyjadřuje jako jediné g.
V souladu s univerzálním gravitačním zákonem Isaaca Newtona lze gravitační přitažlivost mezi dvěma tělesy matematicky vyjádřit jako F = G (m1m2/r2) – kde F je síla, m1 a m2 jsou hmotnosti vzájemně působících objektů, r je vzdálenost mezi středy hmotností a G je gravitační konstanta (6.).674×10-11 N m2/kg2 ).
Na základě jejich rozměrů a hmotností se gravitace na jiné planetě často vyjadřuje v jednotkách g a také v míře zrychlení volného pádu. Jak jsou na tom tedy přesně planety naší sluneční soustavy z hlediska gravitace ve srovnání se Zemí? Asi takto:
Gravitace na Merkuru:
S průměrným poloměrem asi 2 440 km a hmotností 3,30 × 1023 kg je Merkur přibližně 0,383krát větší než Země a jen 0,055krát hmotnější. Merkur je tak nejmenší a nejméně hmotnou planetou sluneční soustavy. Nicméně díky své vysoké hustotě – solidních 5,427 g/cm3, která je jen o málo nižší než zemská 5,514 g/cm3 – má Merkur povrchovou gravitaci 3,7 m/s2, což odpovídá 0,38 g.
Gravitace na Venuši:
Venuše je v mnoha ohledech podobná Zemi, a proto je často označována jako „dvojče Země“. Se středním poloměrem 4,6023×108 km2, hmotností 4,8675×1024 kg a hustotou 5,243 g/cm3 odpovídá Venuše velikostí 0,9499 Země, je 0,815krát hmotnější a zhruba 0,95krát hustší. Proto není překvapením, proč je gravitace na Venuši velmi blízká zemské – 8,87 m/s2, tedy 0,904 g.
Gravitace na Měsíci:
Jedná se o jedno z astronomických těles, kde si lidé mohli osobně vyzkoušet vliv snížené gravitace. Podle výpočtů založených na jeho středním poloměru (1737 km), hmotnosti (7,3477 x 1022 kg) a hustotě (3,3464 g/cm3) a na misích, které uskutečnili astronauti programu Apollo, byla na Měsíci naměřena povrchová gravitace 1,62 m/s2 , tedy 0,1654 g.
Gravitace na Marsu:
Mars je v mnoha klíčových ohledech také podobný Zemi. Pokud však jde o velikost, hmotnost a hustotu, je Mars relativně malý. Ve skutečnosti jeho střední poloměr 3,389 km odpovídá zhruba 0,53 Země, zatímco jeho hmotnost (6,4171×1023 kg) je jen 0,107 Země. Jeho hustota je přitom přibližně 0,71 Země a dosahuje poměrně skromných 3,93 g/cm3. Z tohoto důvodu má Mars 0,38krát větší gravitaci než Země, což je 3,711 m/s2.
Gravitace na Jupiteru:
Jupiter je největší a nejhmotnější planetou sluneční soustavy. Jeho střední poloměr 69 911 ± 6 km jej činí 10,97krát větším než Země, zatímco jeho hmotnost (1,8986×1027 kg) odpovídá 317,8 Zemí. Protože je však Jupiter plynný obr, má přirozeně menší hustotu než Země a ostatní terestrické planety – jeho průměrná hustota je 1,326 g/cm3.
Jelikož je Jupiter plynný obr, nemá navíc skutečný povrch. Pokud by se na něj někdo postavil, jednoduše by se potopil, až by nakonec dorazil k jeho (teoretickému) pevnému jádru. V důsledku toho je povrchová gravitace Jupiteru (která je definována jako gravitační síla na vrcholcích mraků) 24,79 m/s, tedy 2,528 g.
Gravitace na Saturnu:
Stejně jako Jupiter je i Saturn obrovský plynný obr, který je podstatně větší a hmotnější než Země, ale má mnohem menší hustotu. Stručně řečeno, jeho střední poloměr je 58232±6 km (9,13 Země), hmotnost 5,6846×1026 kg (95,15krát hmotnější) a hustota 0,687 g/cm3. V důsledku toho je jeho povrchová gravitace (opět měřeno od vrcholu mraků) jen o málo větší než gravitace Země, která je 10,44 m/s2 (neboli 1,065 g).
Gravitace na Uranu:
S průměrným poloměrem 25 360 km a hmotností 8,68 × 1025 kg je Uran přibližně 4krát větší než Země a 14,536krát hmotnější. Jako plynný obr má však výrazně nižší hustotu (1,27 g/cm3) než Země. Proto je jeho povrchová gravitace (měřená od vrcholků mraků) o něco slabší než zemská – 8,69 m/s2, tedy 0,886 g.
Gravitace na Neptunu:
Se středním poloměrem 24 622 ± 19 km a hmotností 1,0243×1026 kg je Neptun čtvrtou největší planetou sluneční soustavy. Celkově je 3,86krát větší než Země a 17krát hmotnější. Jelikož se však jedná o plynného obra, má nízkou hustotu 1,638 g/cm3. To vše dává dohromady povrchovou gravitaci 11,15 m/s2 (neboli 1,14 g), která se opět měří na vrcholcích Neptunových mraků.
Celkově se gravitace ve sluneční soustavě pohybuje od 0,38 g na Merkuru a Marsu až po silných 2,528 g na vrcholcích Jupiterových mraků. A na Měsíci, kam se astronauti odvážili, je to velmi mírných 0,1654 g, což umožnilo několik zábavných experimentů v téměř beztížném stavu!
Poznání vlivu nulové gravitace na lidský organismus má zásadní význam pro cesty do vesmíru, zejména pokud jde o dlouhodobé mise na oběžné dráze a na Mezinárodní vesmírnou stanici. V příštích desetiletích se znalost její simulace bude hodit, až začneme vysílat astronauty na mise do hlubokého vesmíru.
A samozřejmě znalost toho, jak silná je na jiných planetách, bude nezbytná pro tamní pilotované mise (a možná i osídlení). Vzhledem k tomu, že se lidstvo vyvinulo v prostředí s gravitací 1 g, může znalost toho, jak se nám bude dařit na planetách, které mají jen zlomek této gravitace, znamenat rozdíl mezi životem a smrtí.