Wie stark ist die Schwerkraft auf anderen Planeten?

Die Schwerkraft ist eine fundamentale Kraft der Physik, die wir Erdlinge oft als selbstverständlich ansehen. Man kann es uns nicht wirklich verdenken. Da wir uns im Laufe von Milliarden von Jahren in der Umgebung der Erde entwickelt haben, sind wir daran gewöhnt, mit einer gleichmäßigen Anziehungskraft von 1 g (oder 9,8 m/s2) zu leben. Für diejenigen, die im Weltraum waren oder den Mond betreten haben, ist die Schwerkraft jedoch eine sehr zarte und kostbare Angelegenheit.

Grundsätzlich ist die Schwerkraft von der Masse abhängig, wobei alle Dinge – von Sternen, Planeten und Galaxien bis hin zu Licht und subatomaren Teilchen – voneinander angezogen werden. Je nach Größe, Masse und Dichte des Objekts variiert die Gravitationskraft, die es ausübt. Und bei den Planeten unseres Sonnensystems, die sich in Größe und Masse unterscheiden, variiert die Stärke der Schwerkraft auf ihrer Oberfläche beträchtlich.

Die Schwerkraft der Erde zum Beispiel entspricht, wie bereits erwähnt, 9,80665 m/s2 (oder 32,174 ft/s2). Das bedeutet, dass ein Gegenstand, der über dem Boden gehalten und losgelassen wird, in jeder Sekunde des freien Falls mit einer Geschwindigkeit von etwa 9,8 Metern auf die Oberfläche zu beschleunigt wird. Dies ist der Standard für die Messung der Schwerkraft auf anderen Planeten, die ebenfalls als ein einziges g ausgedrückt wird.

In Übereinstimmung mit Isaac Newtons Gesetz der universellen Gravitation kann die Anziehungskraft zwischen zwei Körpern mathematisch als F = G (m1m2/r2) ausgedrückt werden – wobei F die Kraft ist, m1 und m2 die Massen der interagierenden Objekte sind, r der Abstand zwischen den Zentren der Massen ist und G die Gravitationskonstante (6.674×10-11 N m2/kg2 ).

Aufgrund ihrer Größe und Masse wird die Schwerkraft auf einem anderen Planeten oft in g-Einheiten sowie in Form der Beschleunigung des freien Falls ausgedrückt. Wie genau schneiden die Planeten unseres Sonnensystems in Bezug auf ihre Schwerkraft im Vergleich zur Erde ab? Etwa so:

Schwerkraft auf Merkur:

Mit einem mittleren Radius von etwa 2.440 km und einer Masse von 3,30 × 1023 kg ist Merkur etwa 0,383 mal so groß wie die Erde und nur 0,055 mal so massiv. Damit ist Merkur der kleinste und massearmste Planet im Sonnensystem. Dank seiner hohen Dichte von 5,427 g/cm3, die nur geringfügig niedriger ist als die der Erde (5,514 g/cm3), hat Merkur jedoch eine Oberflächenschwerkraft von 3,7 m/s2, was 0,38 g entspricht.

Schwerkraft auf der Venus:

Die Venus ist der Erde in vielerlei Hinsicht ähnlich, weshalb sie oft als „Zwilling der Erde“ bezeichnet wird. Mit einem mittleren Radius von 4,6023×108 km2, einer Masse von 4,8675×1024 kg und einer Dichte von 5,243 g/cm3 ist die Venus so groß wie 0,9499 Erden, 0,815 mal so massiv und etwa 0,95 mal so dicht. Daher ist es nicht verwunderlich, dass die Schwerkraft auf der Venus der der Erde sehr nahe kommt – 8,87 m/s2 oder 0,904 g.

Schwerkraft auf dem Mond:

Dies ist ein astronomischer Körper, auf dem der Mensch die Auswirkungen der verminderten Schwerkraft am eigenen Leib testen konnte. Berechnungen auf der Grundlage seines mittleren Radius (1737 km), seiner Masse (7,3477 x 1022 kg) und seiner Dichte (3,3464 g/cm3) sowie der von den Apollo-Astronauten durchgeführten Missionen haben ergeben, dass die Schwerkraft auf der Mondoberfläche 1,62 m/s2 oder 0,1654 g beträgt.

Schwerkraft auf dem Mars:

Auch der Mars ähnelt der Erde in vielen wichtigen Aspekten. In Bezug auf Größe, Masse und Dichte ist der Mars jedoch vergleichsweise klein. Sein mittlerer Radius von 3,389 km entspricht etwa 0,53 Erden, während seine Masse (6,4171×1023 kg) nur 0,107 Erden beträgt. Seine Dichte beträgt etwa 0,71 Erden und liegt bei relativ bescheidenen 3,93 g/cm3. Daher hat der Mars die 0,38-fache Schwerkraft der Erde, was 3,711 m/s2 entspricht.

Schwerkraft auf dem Jupiter:

Jupiter ist der größte und massereichste Planet des Sonnensystems. Mit einem mittleren Radius von 69.911 ± 6 km ist er 10,97 Mal so groß wie die Erde, während seine Masse (1,8986×1027 kg) der von 317,8 Erden entspricht. Als Gasriese hat Jupiter jedoch von Natur aus eine geringere Dichte als die Erde und andere terrestrische Planeten, mit einer mittleren Dichte von 1,326 g/cm3.

Darüber hinaus hat Jupiter als Gasriese keine echte Oberfläche. Wenn man auf ihm stehen würde, würde man einfach untergehen, bis man schließlich in seinem (theoretischen) festen Kern ankommt. Daher beträgt die Schwerkraft an der Oberfläche des Jupiters (definiert als die Schwerkraft an den Wolkenoberseiten) 24,79 m/s oder 2,528 g.

Schwerkraft auf dem Saturn:

Wie der Jupiter ist auch der Saturn ein riesiger Gasriese, der deutlich größer und massereicher ist als die Erde, aber weit weniger dicht. Sein mittlerer Radius beträgt 58232±6 km (9,13 Erden), seine Masse 5,6846×1026 kg (95,15 mal so groß) und seine Dichte 0,687 g/cm3. Infolgedessen ist seine Oberflächengravitation (wiederum gemessen von der Oberseite seiner Wolken) nur geringfügig größer als die der Erde, die 10,44 m/s2 (oder 1,065 g) beträgt.

Gravitation auf Uranus:

Mit einem mittleren Radius von 25.360 km und einer Masse von 8,68 × 1025 kg ist Uranus etwa viermal so groß wie die Erde und 14,536-mal so massiv. Als Gasriese ist seine Dichte (1,27 g/cm3) jedoch deutlich geringer als die der Erde. Daher ist seine Oberflächengravitation (gemessen von den Wolkenoberseiten) etwas schwächer als die der Erde – 8,69 m/s2 oder 0,886 g.

Gravitation auf Neptun:

Mit einem mittleren Radius von 24.622 ± 19 km und einer Masse von 1,0243×1026 kg ist Neptun der viertgrößte Planet im Sonnensystem. Insgesamt ist er 3,86 Mal so groß wie die Erde und 17 Mal so massiv. Da er ein Gasriese ist, hat er eine geringe Dichte von 1,638 g/cm3. All dies ergibt eine Oberflächengravitation von 11,15 m/s2 (oder 1,14 g), die wiederum an den Wolkengipfeln des Neptun gemessen wird.

Alles in allem ist die Gravitation hier im Sonnensystem sehr unterschiedlich und reicht von 0,38 g auf Merkur und Mars bis zu gewaltigen 2,528 g an den Wolken des Jupiter. Und auf dem Mond, wo Astronauten unterwegs waren, beträgt die Schwerkraft nur 0,1654 g, was einige unterhaltsame Experimente in der Beinahe-Schwerelosigkeit ermöglichte!

Die Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf den menschlichen Körper zu verstehen, ist für die Raumfahrt von entscheidender Bedeutung, insbesondere bei Langzeitmissionen in der Erdumlaufbahn und auf der Internationalen Raumstation. In den kommenden Jahrzehnten wird das Wissen um die Simulation der Schwerelosigkeit von großem Nutzen sein, wenn wir Astronauten auf Missionen in den Weltraum schicken.

Und natürlich wird das Wissen um die Schwerkraft auf anderen Planeten für bemannte Missionen (und vielleicht sogar für die Besiedlung) von entscheidender Bedeutung sein. Da sich die Menschheit in einer 1-Gramm-Umgebung entwickelt hat, könnte das Wissen, wie es uns auf Planeten ergehen wird, die nur einen Bruchteil der Schwerkraft haben, den Unterschied zwischen Leben und Tod bedeuten.