Jak silna jest grawitacja na innych planetach?
by Matt Williams , Universe Today
Grawitacja jest podstawową siłą fizyki, taką, którą my, Ziemianie, mamy tendencję do brania za pewnik. Nie można nas tak naprawdę winić. Po ewolucji w ciągu miliardów lat w środowisku ziemskim, jesteśmy przyzwyczajeni do życia z siłą przyciągania równą 1 g (lub 9,8 m/s2). Jednak dla tych, którzy wyruszyli w kosmos lub postawili stopę na Księżycu, grawitacja jest bardzo delikatną i cenną rzeczą.
Podstawowo, grawitacja zależy od masy, gdzie wszystkie rzeczy – od gwiazd, planet i galaktyk do światła i cząstek subatomowych – są przyciągane do siebie. W zależności od wielkości, masy i gęstości obiektu, siła grawitacji, którą wywiera, jest różna. A jeśli chodzi o planety naszego Układu Słonecznego, które różnią się wielkością i masą, siła grawitacji na ich powierzchniach różni się znacznie.
Na przykład grawitacja Ziemi, jak już wspomniano, jest równoważna 9,80665 m/s2 (lub 32,174 ft/s2). Oznacza to, że obiekt, jeśli trzymany nad ziemią i puścić, będzie przyspieszać w kierunku powierzchni z prędkością około 9,8 metrów na każdą sekundę swobodnego spadania. Jest to standard pomiaru grawitacji na innych planetach, która jest również wyrażana jako pojedyncze g.
Zgodnie z prawem powszechnego ciążenia Isaaca Newtona, przyciąganie grawitacyjne między dwoma ciałami może być wyrażone matematycznie jako F = G (m1m2/r2) – gdzie F jest siłą, m1 i m2 są masami oddziałujących obiektów, r jest odległością między środkami mas, a G jest stałą grawitacyjną (6.674×10-11 N m2/kg2 ).
W oparciu o ich rozmiary i masy, grawitacja na innej planecie jest często wyrażana w jednostkach g, jak również w jednostkach przyspieszenia swobodnego spadku. Więc jak dokładnie planety naszego układu słonecznego układają się pod względem ich grawitacji w porównaniu do Ziemi? Na przykład tak:
Grawitacja na Merkurym:
Z średnim promieniem około 2 440 km i masą 3,30 × 1023 kg, Merkury jest około 0,383 razy większy od Ziemi i tylko 0,055 tak masywny. To sprawia, że Merkury jest najmniejszą i najmniej masywną planetą w Układzie Słonecznym. Jednak dzięki dużej gęstości – solidnej 5,427 g/cm3, która jest tylko nieznacznie niższa niż ziemska 5,514 g/cm3 – Merkury ma grawitację powierzchniową 3,7 m/s2, co jest odpowiednikiem 0,38 g.
Grawitacja na Wenus:
Wenus jest podobna do Ziemi pod wieloma względami, dlatego często określa się ją mianem „bliźniaka Ziemi”. Ze średnim promieniem 4,6023×108 km2, masą 4,8675×1024 kg i gęstością 5,243 g/cm3, Wenus odpowiada rozmiarami 0,9499 Ziemi, jest 0,815 razy masywniejsza i około 0,95 razy gęstsza. Stąd nie jest zaskoczeniem, że grawitacja na Wenus jest bardzo zbliżona do ziemskiej – 8,87 m/s2, lub 0,904 g.
Grawitacja na Księżycu:
Jest to jedno ciało astronomiczne, na którym istoty ludzkie były w stanie osobiście przetestować wpływ zmniejszonej grawitacji. Obliczenia oparte na jego średnim promieniu (1737 km), masie (7,3477 x 1022 kg) i gęstości (3,3464 g/cm3) oraz misjach przeprowadzonych przez astronautów Apollo wykazały, że grawitacja powierzchni Księżyca wynosi 1,62 m/s2 , czyli 0,1654 g.
Grawitacja na Marsie:
Mars jest również podobny do Ziemi pod wieloma kluczowymi względami. Jednakże, jeśli chodzi o rozmiar, masę i gęstość, Mars jest stosunkowo mały. W rzeczywistości, jego średni promień 3,389 km to odpowiednik około 0,53 Ziemi, podczas gdy jego masa (6,4171×1023 kg) to tylko 0,107 Ziemi. Jego gęstość wynosi około 0,71 gęstości ziemskiej, osiągając stosunkowo skromne 3,93 g/cm3. Z tego powodu Mars ma 0,38 razy większą grawitację niż Ziemia, co odpowiada 3,711 m/s2.
Grawitacja na Jowiszu:
Jowisz jest największą i najbardziej masywną planetą w Układzie Słonecznym. Jego średni promień, wynoszący 69 911 ± 6 km, czyni go 10,97 razy większym od Ziemi, podczas gdy jego masa (1,8986×1027 kg) jest równoważna 317,8 Ziemi. Ale będąc gazowym olbrzymem, Jowisz jest naturalnie mniej gęsty niż Ziemia i inne planety lądowe, ze średnią gęstością 1,326 g/cm3.
Co więcej, będąc gazowym olbrzymem, Jowisz nie ma prawdziwej powierzchni. Jeśli ktoś chciałby na nim stanąć, po prostu zapadłby się, aż w końcu dotarłby do jego (teoretycznie) stałego jądra. W rezultacie, grawitacja powierzchni Jowisza (która jest zdefiniowana jako siła grawitacji na szczytach chmur), wynosi 24,79 m/s, lub 2,528 g.
Grawitacja na Saturnie:
Podobnie jak Jowisz, Saturn jest ogromnym gazowym olbrzymem, który jest znacznie większy i masywniejszy niż Ziemia, ale znacznie mniej gęsty. W skrócie, jego średni promień wynosi 58232±6 km (9,13 Ziemi), jego masa wynosi 5,6846×1026 kg (95,15 razy większa masa), a gęstość 0,687 g/cm3. W rezultacie jego grawitacja powierzchniowa (ponownie, mierzona od szczytu chmur) jest tylko nieznacznie większa od ziemskiej, która wynosi 10,44 m/s2 (lub 1,065 g).
Grawitacja na Uranie:
Z średnim promieniem 25 360 km i masą 8,68 × 1025 kg, Uran jest około 4 razy większy od Ziemi i 14,536 razy masywniejszy. Jednakże, jako gazowy olbrzym, jego gęstość (1,27 g/cm3) jest znacznie mniejsza niż ziemska. Stąd też jego grawitacja powierzchniowa (mierzona od wierzchołków chmur) jest nieco słabsza od ziemskiej – 8,69 m/s2, czyli 0,886 g.
Grawitacja na Neptunie:
Z średnim promieniem 24 622 ± 19 km i masą 1,0243×1026 kg, Neptun jest czwartą co do wielkości planetą w Układzie Słonecznym. W sumie, jest 3,86 razy większy od Ziemi i 17 razy masywniejszy. Ale będąc gazowym olbrzymem, ma niską gęstość 1,638 g/cm3. Wszystko to działa do powierzchniowej grawitacji 11.15 m/s2 (lub 1.14 g), która ponownie jest mierzona na szczytach chmur Neptuna.
Wszystko to, grawitacja biegnie gamut tutaj w Układzie Słonecznym, począwszy od 0.38 g na Merkurym i Marsie do potężnego 2.528 g na szczycie chmur Jowisza. A na Księżycu, gdzie astronauci odważyli się, jest to bardzo łagodne 0,1654 g, co pozwoliło na kilka zabawnych eksperymentów w stanie bliskim nieważkości!
Zrozumienie wpływu zerowej grawitacji na ludzkie ciało było niezbędne do podróży kosmicznych, szczególnie tam, gdzie dotyczyły one długotrwałych misji na orbicie i na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej. W nadchodzących dekadach wiedza o tym, jak ją symulować, przyda się, gdy zaczniemy wysyłać astronautów na misje w głębokim kosmosie.
I oczywiście wiedza o tym, jak silna jest ona na innych planetach, będzie niezbędna do misji załogowych (a może nawet osiedlania się) na tych planetach. Biorąc pod uwagę, że ludzkość ewoluowała w środowisku 1 g, wiedza o tym, jak poradzimy sobie na planetach, które mają tylko ułamek tej grawitacji, może oznaczać różnicę między życiem a śmiercią.