Milyen erős a gravitáció más bolygókon?
írta Matt Williams , Universe Today
A gravitáció a fizika egyik alapvető ereje, amit mi földlakók hajlamosak vagyunk természetesnek venni. Nem igazán hibáztathatsz minket. Mivel több milliárd év alatt fejlődtünk ki a Föld környezetében, megszoktuk, hogy állandó 1 g (vagy 9,8 m/s2) vonzásával élünk. Azok számára azonban, akik már jártak az űrben, vagy megvetették a lábukat a Holdon, a gravitáció egy nagyon ingatag és értékes dolog.
A gravitáció alapvetően a tömegtől függ, ahol minden dolog – a csillagoktól, bolygóktól és galaxisoktól kezdve a fényig és a szubatomi részecskékig – vonzza egymást. A tárgy méretétől, tömegétől és sűrűségétől függően változik az általa kifejtett gravitációs erő. És amikor Naprendszerünk bolygóiról van szó, amelyek mérete és tömege változó, a felszínükre ható gravitáció ereje is jelentősen változik.
A Föld gravitációja például, mint már említettük, 9,80665 m/s2 (vagy 32,174 ft/s2) erőnek felel meg. Ez azt jelenti, hogy egy tárgy, ha a föld felett tartjuk és elengedjük, a szabad esés minden másodpercében körülbelül 9,8 méteres sebességgel gyorsul a felszín felé. Ez a más bolygókon a gravitáció mérésének szabványa, amelyet szintén egyetlen g-vel fejeznek ki.
Izsaac Newton egyetemes gravitációs törvénye szerint a két test közötti gravitációs vonzás matematikailag a következőképpen fejezhető ki: F = G (m1m2/r2) – ahol F az erő, m1 és m2 a kölcsönhatásban lévő tárgyak tömegei, r a tömegközéppontok közötti távolság, G pedig a gravitációs állandó (6.674×10-11 N m2/kg2 ).
Méretük és tömegük alapján a gravitációt egy másik bolygón gyakran g egységekben, valamint a szabadesés gyorsulásának mértékében fejezik ki. Hogyan is állnak pontosan a Naprendszerünk bolygói a Földhöz képest a gravitációjukat tekintve? Így:
Gravitáció a Merkúron:
A Merkúr átlagos sugara körülbelül 2440 km és tömege 3,30 × 1023 kg, a Merkúr körülbelül 0,383-szor akkora, mint a Föld, és csak 0,055-ször akkora tömegű. Ezzel a Merkúr a Naprendszer legkisebb és legkisebb tömegű bolygója. Nagy sűrűségének köszönhetően azonban – a robusztus 5,427 g/cm3 , ami csak valamivel alacsonyabb, mint a Föld 5,514 g/cm3 – a Merkúr felszíni gravitációja 3,7 m/s2 , ami 0,38 g-nak felel meg.
Gravitáció a Vénuszon:
A Vénusz sok tekintetben hasonlít a Földhöz, ezért gyakran “a Föld ikertestvérének” is nevezik. 4,6023×108 km2 átlagos sugarával, 4,8675×1024 kg tömegével és 5,243 g/cm3 sűrűségével a Vénusz mérete 0,9499 Földnek felel meg, tömege 0,815-ször nagyobb, sűrűsége pedig nagyjából 0,95-ször nagyobb. Ezért nem meglepő, hogy a Vénusz gravitációja miért van nagyon közel a földihez – 8,87 m/s2, azaz 0,904 g.
Gravitáció a Holdon:
Ez az egyik olyan csillagászati égitest, ahol az ember személyesen is kipróbálhatta a csökkent gravitáció hatását. Az átlagos sugara (1737 km), tömege (7,3477 x 1022 kg) és sűrűsége (3,3464 g/cm3), valamint az Apollo űrhajósok által végrehajtott küldetések alapján végzett számítások szerint a Hold felszíni gravitációja 1,62 m/s2 , azaz 0,1654 g.
Gravitáció a Marson:
A Mars is számos kulcsfontosságú szempontból hasonlít a Földhöz. A Mars azonban méretét, tömegét és sűrűségét tekintve viszonylag kicsi. Valójában 3,389 km-es átlagos sugara nagyjából 0,53 földinek felel meg, míg tömege (6,4171×1023 kg) mindössze 0,107 földinek. Sűrűsége pedig a földinek körülbelül 0,71 százaléka, viszonylag szerény 3,93 g/cm3 . Emiatt a Mars gravitációja 0,38-szorosa a Földének, ami 3,711 m/s2.
Gravitáció a Jupiteren:
A Jupiter a Naprendszer legnagyobb és legnagyobb tömegű bolygója. Átlagos sugara (69 911 ± 6 km) a Föld méretének 10,97-szerese, tömege (1,8986×1027 kg) pedig 317,8 földinek felel meg. De mivel a Jupiter gázóriás, természetesen kevésbé sűrű, mint a Föld és más földi bolygók, átlagos sűrűsége 1,326 g/cm3.
Mégis, mivel gázóriás, a Jupiternek nincs igazi felszíne. Ha valaki ráállna, egyszerűen elsüllyedne, amíg végül el nem érné (elméletileg) szilárd magját. Ennek eredményeképpen a Jupiter felszíni gravitációja (amelyet a felhőcsúcsokon ható gravitációs erőként határoznak meg) 24,79 m/s, azaz 2,528 g.
Gravitáció a Szaturnuszon:
A Jupiterhez hasonlóan a Szaturnusz is egy hatalmas gázóriás, amely lényegesen nagyobb és masszívabb, mint a Föld, de sokkal kevésbé sűrű. Röviden: átlagos sugara 58232±6 km (9,13 Föld), tömege 5,6846×1026 kg (95,15-ször nagyobb tömegű), sűrűsége 0,687 g/cm3. Ennek eredményeként a felszíni gravitációja (ismét a felhők tetejétől mérve) alig több, mint a Földé, ami 10,44 m/s2 (vagy 1,065 g).
Gravitáció az Uránuszon:
25 360 km-es átlagos sugarával és 8,68 × 1025 kg tömegével az Uránusz körülbelül négyszer akkora, mint a Föld, és 14,536-szor olyan tömegű. Gázóriásként azonban sűrűsége (1,27 g/cm3 ) lényegesen kisebb, mint a Földé. Ezért van az, hogy a felszíni gravitációja (a felhőcsúcsoktól mérve) valamivel gyengébb, mint a Földé – 8,69 m/s2, azaz 0,886 g.
Gravitáció a Neptunuszon:
A Neptunusz 24 622 ± 19 km-es átlagos sugarával és 1,0243×1026 kg tömegével a negyedik legnagyobb bolygó a Naprendszerben. Összességében 3,86-szor akkora, mint a Föld, és 17-szer akkora tömegű. Mivel azonban gázóriás, sűrűsége alacsony, 1,638 g/cm3 . Mindez 11,15 m/s2 (vagy 1,14 g) felszíni gravitációt jelent, amit ismét a Neptunusz felhőcsúcsainál mérnek.
Mindent egybevetve, a gravitáció itt a Naprendszerben a Merkúr és a Mars 0,38 g-jétől a Jupiter felhőinek tetején mért erőteljes 2,528 g-ig terjed. A Holdon pedig, ahol az űrhajósok már jártak, nagyon enyhe 0,1654 g, ami lehetővé tett néhány szórakoztató kísérletet a súlytalanság közeli állapotában!
A súlytalanság emberi testre gyakorolt hatásának megismerése alapvető fontosságú az űrutazás szempontjából, különösen a hosszú ideig tartó, Föld körüli pályán és a Nemzetközi Űrállomáson végzett küldetések esetében. Az elkövetkező évtizedekben jól fog jönni, ha tudjuk, hogyan lehet ezt szimulálni, amikor űrhajósokat küldünk mélyűri küldetésekre.
És persze az, hogy tudjuk, milyen erős a gravitáció más bolygókon, elengedhetetlen lesz az ottani emberes küldetésekhez (és talán még a letelepedéshez is). Tekintettel arra, hogy az emberiség 1 g-s környezetben fejlődött ki, az, hogy tudjuk, hogyan fogunk boldogulni olyan bolygókon, ahol a gravitációnak csak a töredéke van, élet és halál közötti különbséget jelenthet.