Hvor stærk er tyngdekraften på andre planeter?
af Matt Williams , Universe Today
Tyngdekraften er en grundlæggende kraft i fysikken, som vi jordboere har en tendens til at tage for givet. Man kan ikke rigtig bebrejde os. Da vi har udviklet os i løbet af milliarder af år i Jordens omgivelser, er vi vant til at leve med trækket fra en konstant 1 g (eller 9,8 m/s2). Men for dem, der har rejst i rummet eller sat deres fødder på Månen, er tyngdekraften en meget tynd og værdifuld ting.
Grundlæggende er tyngdekraften afhængig af masse, hvor alle ting – fra stjerner, planeter og galakser til lys og subatomare partikler – tiltrækkes af hinanden. Afhængigt af genstandens størrelse, masse og densitet varierer den tyngdekraft, den udøver. Og når det drejer sig om planeterne i vores solsystem, der varierer i størrelse og masse, varierer tyngdekraften på deres overflader betydeligt.
For eksempel svarer Jordens tyngdekraft, som allerede nævnt, til 9,80665 m/s2 (eller 32,174 ft/s2). Det betyder, at en genstand, hvis den holdes over jorden og slippes løs, vil accelerere mod overfladen med en hastighed på ca. 9,8 meter for hvert sekund i frit fald. Dette er standarden for måling af tyngdekraften på andre planeter, som også udtrykkes som et enkelt g.
I overensstemmelse med Isaac Newtons lov om universel gravitation kan tyngdekraften mellem to legemer udtrykkes matematisk som F = G (m1m2/r2) – hvor F er kraften, m1 og m2 er masserne af de objekter, der vekselvirker, r er afstanden mellem massernes centre og G er gravitationskonstanten (6.674×10-11 N m2/kg2 ).
Baseret på deres størrelser og masser udtrykkes tyngdekraften på en anden planet ofte i g-enheder samt i form af hastigheden af accelerationen i frit fald. Så hvordan er det egentlig med planeterne i vores solsystem, når det gælder deres tyngdekraft i forhold til Jorden? Sådan her:
Tyngdekraften på Merkur:
Med en middelradius på ca. 2.440 km og en masse på 3,30 × 1023 kg er Merkur ca. 0,383 gange så stor som Jorden og kun 0,055 gange så massiv. Dette gør Merkur til den mindste og mindst massive planet i solsystemet. Takket være sin høje massefylde – en robust 5,427 g/cm3, som kun er en smule lavere end Jordens 5,514 g/cm3 – har Merkur dog en overfladetyngdekraft på 3,7 m/s2, hvilket svarer til 0,38 g.
Tyngdekraften på Venus:
Venus ligner Jorden på mange måder, hvilket er grunden til, at den ofte omtales som “Jordens tvilling”. Med en middelradius på 4,6023×108 km2, en masse på 4,8675×1024 kg og en massefylde på 5,243 g/cm3 svarer Venus i størrelse til 0,9499 Jorden, er 0,815 gange så massiv og ca. 0,95 gange så tæt. Derfor er det ikke overraskende, at tyngdekraften på Venus er meget tæt på Jordens – 8,87 m/s2 eller 0,904 g.
Tyngdekraften på Månen:
Det er et af de astronomiske legemer, hvor mennesker har været i stand til at afprøve virkningerne af en formindsket tyngdekraft i egen person. Beregninger baseret på dens gennemsnitlige radius (1737 km), masse (7,3477 x 1022 kg) og densitet (3,3464 g/cm3) samt Apollo-astronauternes missioner har vist, at tyngdekraften på Månens overflade er målt til 1,62 m/s2 , eller 0,1654 g.
Tyngdekraften på Mars:
Mars ligner også Jorden i mange vigtige henseender. Men når det gælder størrelse, masse og densitet, er Mars forholdsvis lille. Faktisk svarer dens gennemsnitlige radius på 3,389 km til ca. 0,53 jordklode, mens dens masse (6,4171×1023 kg) kun svarer til 0,107 jordklode. Dens massefylde er i mellemtiden ca. 0,71 af Jordens og ligger på relativt beskedne 3,93 g/cm3. Derfor har Mars 0,38 gange Jordens tyngdekraft, hvilket svarer til 3,711 m/s2.
Tyngdekraften på Jupiter:
Jupiter er den største og mest massive planet i solsystemet. Dens gennemsnitlige radius på 69.911 ± 6 km gør den 10,97 gange så stor som Jorden, mens dens masse (1,8986×1027 kg) svarer til 317,8 Jordens størrelse. Men da Jupiter er en gasgigant, er den naturligt mindre tæt end Jorden og andre jordiske planeter med en gennemsnitlig massefylde på 1,326 g/cm3.
Dertil kommer, at Jupiter som gasgigant ikke har en egentlig overflade. Hvis man stod på den, ville man simpelthen synke, indtil man til sidst nåede frem til dens (teoretiserede) faste kerne. Som følge heraf er Jupiters overfladetyngdekraft (som er defineret som tyngdekraften ved dens skytoppe), 24,79 m/s, eller 2,528 g.
Tyngdekraften på Saturn:
Lige Jupiter er Saturn en enorm gasgigant, der er betydeligt større og mere massiv end Jorden, men langt mindre tæt. Kort sagt er dens gennemsnitlige radius 58232±6 km (9,13 jordklode), dens masse er 5,6846×1026 kg (95,15 gange så massiv), og den har en massefylde på 0,687 g/cm3. Som følge heraf er dens overfladetyngdekraft (igen målt fra toppen af dens skyer) kun lidt mere end Jordens, som er 10,44 m/s2 (eller 1,065 g).
Tyngdekraften på Uranus:
Med en middelradius på 25.360 km og en masse på 8,68 × 1025 kg er Uranus ca. 4 gange så stor som Jorden og 14,536 gange så massiv. Som en gasgigant er dens massefylde (1,27 g/cm3) imidlertid betydeligt lavere end Jordens. Derfor er dens overfladetyngdekraft (målt fra dens skytoppe) lidt svagere end Jordens – 8,69 m/s2, eller 0,886 g.
Tyngdekraften på Neptun:
Med en middelradius på 24.622 ± 19 km og en masse på 1,0243×1026 kg er Neptun den fjerdestørste planet i solsystemet. Alt i alt er den 3,86 gange så stor som Jorden og 17 gange så massiv. Men da den er en gasgigant, har den en lav massefylde på 1,638 g/cm3. Alt dette giver en overfladetyngdekraft på 11,15 m/s2 (eller 1,14 g), som igen er målt på Neptuns skytoppe.
Alt i alt er tyngdekraften meget varierende her i solsystemet, lige fra 0,38 g på Merkur og Mars til kraftige 2,528 g på Jupiters skytoppe. Og på Månen, hvor astronauter har vovet sig ud, er den meget milde 0,1654 g, hvilket har givet mulighed for nogle sjove eksperimenter i næsten vægtløshed!
Forståelse af virkningen af tyngdeløshed på menneskekroppen har været afgørende for rumrejser, især når det drejer sig om langvarige missioner i kredsløb og til den internationale rumstation. I de kommende årtier vil det være nyttigt at vide, hvordan man simulerer den, når vi begynder at sende astronauter ud på dybe rummissioner.
Og selvfølgelig vil det være vigtigt at vide, hvor stærk den er på andre planeter, hvis vi skal gennemføre bemandede missioner (og måske endda bosætte os) der. I betragtning af, at menneskeheden udviklede sig i et 1 g-miljø, kan det betyde forskellen mellem liv og død at vide, hvordan vi vil klare os på planeter, der kun har en brøkdel af tyngdekraften.