Hoe sterk is de zwaartekracht op andere planeten?
door Matt Williams , Universe Today
Zwaartekracht is een fundamentele natuurkundige kracht, een die wij Aardbewoners geneigd zijn voor lief te nemen. Je kunt het ons niet echt kwalijk nemen. Wij zijn in de loop van miljarden jaren in de aardse omgeving geëvolueerd en zijn gewend te leven met de aantrekkingskracht van een constante 1 g (of 9,8 m/s2). Maar voor degenen die de ruimte in zijn gegaan of voet op de maan hebben gezet, is zwaartekracht een zeer ijl en kostbaar iets.
Basaal gezien is zwaartekracht afhankelijk van massa, waarbij alle dingen – van sterren, planeten en melkwegstelsels tot licht en subatomaire deeltjes – door elkaar worden aangetrokken. Afhankelijk van de grootte, de massa en de dichtheid van het voorwerp, varieert de zwaartekracht die het uitoefent. En als het gaat om de planeten van ons zonnestelsel, die variëren in grootte en massa, varieert de sterkte van de zwaartekracht op hun oppervlak aanzienlijk.
Zo is bijvoorbeeld de zwaartekracht van de aarde, zoals reeds opgemerkt, gelijk aan 9,80665 m/s2 (of 32,174 ft/s2). Dit betekent dat een voorwerp, als het boven de grond wordt gehouden en losgelaten, met een snelheid van ongeveer 9,8 meter per seconde van vrije val naar het oppervlak zal versnellen. Dit is de standaard voor het meten van de zwaartekracht op andere planeten, die ook wordt uitgedrukt als een enkele g.
In overeenstemming met Isaac Newtons wet van de universele gravitatie kan de gravitationele aantrekkingskracht tussen twee lichamen wiskundig worden uitgedrukt als F = G (m1m2/r2) – waarbij F de kracht is, m1 en m2 de massa’s van de voorwerpen die op elkaar inwerken, r de afstand tussen de middelpunten van de massa’s en G de gravitatieconstante (6.674×10-11 N m2/kg2 ).
Op grond van hun afmetingen en massa’s wordt de zwaartekracht op een andere planeet vaak uitgedrukt in eenheden van g en in de snelheid van de versnelling van de vrije val. Hoe verhouden de planeten in ons zonnestelsel zich qua zwaartekracht tot de aarde? Zo:
Zwaartekracht op Mercurius:
Met een gemiddelde straal van ongeveer 2.440 km en een massa van 3,30 × 1023 kg is Mercurius ongeveer 0,383 maal zo groot als de aarde en slechts 0,055 maal zo zwaar. Daarmee is Mercurius de kleinste en minst massieve planeet in het zonnestelsel. Maar dankzij zijn hoge dichtheid – een robuuste 5,427 g/cm3, net iets lager dan de 5,514 g/cm3 van de Aarde – heeft Mercurius een oppervlaktezwaartekracht van 3,7 m/s2, wat overeenkomt met 0,38 g.
Zwaartekracht op Venus:
Venus lijkt in veel opzichten op de Aarde, en wordt daarom ook vaak “de tweelingbroer van de Aarde” genoemd. Met een gemiddelde straal van 4,6023×108 km2, een massa van 4,8675×1024 kg, en een dichtheid van 5,243 g/cm3 is Venus qua grootte gelijk aan 0,9499 keer de Aarde, 0,815 keer zo massief, en ongeveer 0,95 keer zo dicht. Het is dan ook niet verwonderlijk dat de zwaartekracht op Venus zeer dicht bij die van de Aarde ligt – 8,87 m/s2, of 0,904 g.
Zwaartekracht op de Maan:
Dit is één astronomisch lichaam waar de mens de effecten van verminderde zwaartekracht persoonlijk heeft kunnen uittesten. Berekeningen op basis van de gemiddelde straal (1737 km), de massa (7,3477 x 1022 kg), de dichtheid (3,3464 g/cm3) en de missies van de Apollo-astronauten hebben uitgewezen dat de zwaartekracht aan het oppervlak van de Maan 1,62 m/s2 , ofwel 0,1654 g bedraagt.
Zwaartekracht op Mars:
Mars lijkt ook in veel belangrijke opzichten op de Aarde. Maar als het gaat om grootte, massa en dichtheid, is Mars relatief klein. Zijn gemiddelde straal van 3,389 km komt overeen met ruwweg 0,53 aardoppervlak, terwijl zijn massa (6,4171×1023 kg) slechts 0,107 aardoppervlak bedraagt. De dichtheid is ongeveer 0,71 van die van de aarde, met een relatief bescheiden 3,93 g/cm3. Hierdoor heeft Mars 0,38 maal de zwaartekracht van de aarde, wat neerkomt op 3,711 m/s2.
Zwaartekracht op Jupiter:
Jupiter is de grootste en massiefste planeet in het zonnestelsel. Zijn gemiddelde straal, 69.911 ± 6 km, maakt hem 10,97 maal zo groot als de aarde, terwijl zijn massa (1,8986×1027 kg) het equivalent is van 317,8 aardes. Maar omdat het een gasreus is, heeft Jupiter van nature een lagere dichtheid dan de Aarde en andere aardse planeten, met een gemiddelde dichtheid van 1,326 g/cm3.
Wat meer is, omdat het een gasreus is, heeft Jupiter geen echt oppervlak. Als men erop zou gaan staan, zou men gewoon wegzakken tot men uiteindelijk bij de (veronderstelde) vaste kern zou aankomen. Als gevolg hiervan is de zwaartekracht aan het oppervlak van Jupiter (die wordt gedefinieerd als de zwaartekracht aan de wolkentoppen), 24,79 m/s, of 2,528 g.
Zwaartekracht op Saturnus:
Zoals Jupiter is Saturnus een enorme gasreus die aanzienlijk groter en massiever is dan de Aarde, maar veel minder dicht. Kort samengevat is zijn gemiddelde straal 58232±6 km (9,13 aardmeters), zijn massa 5,6846×1026 kg (95,15 keer zo zwaar) en zijn dichtheid 0,687 g/cm3. Als gevolg hiervan is zijn oppervlaktezwaartekracht (opnieuw, gemeten vanaf de top van zijn wolken) net iets meer dan die van de aarde, die 10,44 m/s2 (of 1,065 g) bedraagt.
Zwaartekracht op Uranus:
Met een gemiddelde straal van 25.360 km en een massa van 8,68 × 1025 kg is Uranus ongeveer 4 keer zo groot als de aarde en 14,536 keer zo massief. Als gasreus is zijn dichtheid (1,27 g/cm3) echter aanzienlijk lager dan die van de aarde. Vandaar dat zijn oppervlaktezwaartekracht (gemeten vanaf de wolkentoppen) iets zwakker is dan die van de aarde – 8,69 m/s2, ofwel 0,886 g.
Zwaartekracht op Neptunus:
Met een gemiddelde straal van 24.622 ± 19 km en een massa van 1,0243×1026 kg is Neptunus de op drie na grootste planeet in het zonnestelsel. Alles bij elkaar is hij 3,86 keer zo groot als de aarde en 17 keer zo massief. Maar omdat het een gasreus is, heeft hij een lage dichtheid van 1,638 g/cm3. Dit alles komt neer op een oppervlaktezwaartekracht van 11,15 m/s2 (of 1,14 g), die weer wordt gemeten op de wolkentoppen van Neptunus.
Al met al loopt de zwaartekracht hier in het zonnestelsel sterk uiteen, van 0,38 g op Mercurius en Mars tot een krachtige 2,528 g boven op de wolken van Jupiter. En op de Maan, waar astronauten zich hebben gewaagd, is het een zeer milde 0,1654 g, die enkele leuke experimenten in bijna-gewichtloosheid mogelijk maakten!
Inzicht in het effect van nul-zwaartekracht op het menselijk lichaam is van essentieel belang geweest voor de ruimtevaart, vooral waar het missies van lange duur in een baan om de aarde en naar het internationale ruimtestation betreft. In de komende decennia zal het weten hoe het te simuleren van pas komen wanneer we astronauten op diepe ruimtemissies gaan sturen.
En natuurlijk, weten hoe sterk het is op andere planeten zal essentieel zijn voor bemande missies (en misschien zelfs nederzetting) daar. Gezien het feit dat de mensheid geëvolueerd in een 1 g omgeving, weten hoe we zullen doen op planeten die slechts een fractie van de zwaartekracht kan het verschil tussen leven en dood betekenen.