Kuinka voimakas painovoima on muilla planeetoilla?
kirjoittaja: Matt Williams , Universe Today
Painovoima on fysiikan perusvoima, jota me maan asukkaat pidämme itsestään selvänä. Ei meitä voi oikeastaan syyttää. Koska olemme kehittyneet miljardien vuosien aikana Maan ympäristössä, olemme tottuneet elämään tasaisen 1 g:n (eli 9,8 m/s2) vetovoiman kanssa. Niille, jotka ovat käyneet avaruudessa tai astuneet jalallaan Kuuhun, painovoima on kuitenkin hyvin hatara ja arvokas asia.
Periaatteessa painovoima on riippuvainen massasta, jossa kaikki asiat – tähdistä, planeetoista ja galakseista valoon ja subatomisiin hiukkasiin – vetävät toisiaan puoleensa. Kappaleen koosta, massasta ja tiheydestä riippuen sen aiheuttama gravitaatiovoima vaihtelee. Ja kun kyse on aurinkokuntamme planeetoista, jotka vaihtelevat kooltaan ja massaltaan, niiden pinnalla vaikuttavan painovoiman voimakkuus vaihtelee huomattavasti.
Esimerkiksi Maan painovoima vastaa, kuten jo todettiin, 9,80665 m/s2 (tai 32,174 ft/s2). Tämä tarkoittaa sitä, että jos esine pidetään maanpinnan yläpuolella ja päästetään irti, se kiihtyy kohti maanpintaa noin 9,8 metrin nopeudella jokaista sekuntia kohti, jonka se putoaa vapaasti. Tämä on standardi mitattaessa painovoimaa muilla planeetoilla, joka myös ilmaistaan yhtenä g:nä.
Isaac Newtonin yleismaailmallisen gravitaatiolain mukaisesti kahden kappaleen välinen vetovoima voidaan ilmaista matemaattisesti kaavalla F = G (m1m2/r2) – missä F on voima, m1 ja m2 ovat vuorovaikutuksessa olevien kappaleiden massat, r on massojen keskipisteiden välinen etäisyys ja G on gravitaatiovakio (6.674×10-11 N m2/kg2 ).
Toisen planeetan painovoima ilmaistaan usein niiden koon ja massojen perusteella g-yksikköinä sekä vapaan pudotuksen kiihtyvyyden nopeutena. Miten aurinkokuntamme planeetat siis tarkalleen ottaen sijoittuvat painovoimansa suhteen Maahan verrattuna? Näin:
Painovoima Merkuriuksella:
Keskisäteensä ollessa noin 2440 km ja massansa 3,30 × 1023 kg Merkurius on noin 0,383 kertaa Maan kokoinen ja vain 0,055 kertaa yhtä massiivinen. Tämä tekee Merkuriuksesta aurinkokunnan pienimmän ja vähämassaisimman planeetan. Suuren tiheytensä ansiosta – vankka 5,427 g/cm3, joka on vain hieman pienempi kuin Maan 5,514 g/cm3 – Merkuriuksen pintapainovoima on kuitenkin 3,7 m/s2, mikä vastaa 0,38 g:n painovoimaa.
Painovoima Venuksella:
Venus on monella tapaa samanlainen kuin Maapallo Maa, minkä vuoksi siihen viitataan usein nimellä ”Maan kaksonen”. Keskisäteensä ollessa 4,6023×108 km2, massansa 4,8675×1024 kg ja tiheytensä 5,243 g/cm3 Venus vastaa kooltaan 0,9499 maapalloa, on 0,815 kertaa massiivisempi ja noin 0,95 kertaa tiheämpi. Näin ollen ei ole yllättävää, miksi Venuksen painovoima on hyvin lähellä Maan painovoimaa – 8,87 m/s2 eli 0,904 g.
Painovoima Kuussa:
Kuuhun painovoima:
Se on yksi tähtitieteellinen kappale, jossa ihmiset ovat voineet testata heikentyneen painovoiman vaikutuksia henkilökohtaisesti. Sen keskisäteeseen (1737 km), massaan (7,3477 x 1022 kg) ja tiheyteen (3,3464 g/cm3) sekä Apollo-astronauttien suorittamiin tehtäviin perustuvien laskelmien mukaan Kuun pintapainovoiman on mitattu olevan 1,62 m/s2 eli 0,1654 g.
Painovoima Marsissa:
Marssi on myös monessa keskeisessä suhteessa samankaltainen kuin Maa. Koon, massan ja tiheyden suhteen Mars on kuitenkin verrattain pieni. Itse asiassa sen keskisäde 3,389 km vastaa noin 0,53 maapalloa, kun taas sen massa (6,4171×1023 kg) on vain 0,107 maapalloa. Sen tiheys on puolestaan noin 0,71 Maapallon tiheydestä, ja se on suhteellisen vaatimaton 3,93 g/cm3 . Tämän vuoksi Marsin painovoima on 0,38 kertaa Maan painovoima, mikä on 3,711 m/s2.
Jupiterin painovoima:
Jupiter on aurinkokunnan suurin ja massiivisin planeetta. Sen keskisäde, 69 911 ± 6 km, tekee siitä 10,97 kertaa Maan kokoisen, kun taas sen massa (1,8986×1027 kg) vastaa 317,8 Maan massaa. Mutta koska Jupiter on kaasujättiläinen, se on luonnostaan vähemmän tiheä kuin Maa ja muut maanpäälliset planeetat, sillä sen keskitiheys on 1,326 g/cm3.
Myöskin kaasujättiläisenä Jupiterilla ei ole todellista pintaa. Jos joku seisoisi sen päällä, hän yksinkertaisesti vajoaisi, kunnes hän lopulta saapuisi sen (teoriassa) kiinteään ytimeen. Tämän seurauksena Jupiterin pintapainovoima (joka määritellään painovoimana sen pilvenhuippujen kohdalla) on 24,79 m/s eli 2,528 g.
Painovoima Saturnuksessa:
Jupiterin tavoin Saturnus on valtava kaasujättiläinen, joka on huomattavasti suurempi ja massiivisempi kuin Maa, mutta paljon vähemmän tiheä. Lyhyesti sanottuna sen keskisäde on 58232±6 km (9,13 maapalloa), massa 5,6846×1026 kg (95,15 kertaa massiivisempi) ja tiheys 0,687 g/cm3. Tämän seurauksena sen pintapainovoima (jälleen mitattuna sen pilvien huipulta) on vain hieman suurempi kuin Maan, joka on 10,44 m/s2 (tai 1,065 g).
Painovoima Uranuksella:
Keskimääräisellä 25 360 km:n säteellään ja 8,68 × 1025 kg:n massallaan Uranus on suunnilleen neljä kertaa Maan kokoinen ja 14,536 kertaa niin massiivinen. Kaasujättiläisenä sen tiheys (1,27 g/cm3) on kuitenkin huomattavasti pienempi kuin Maan. Siksi sen pintapainovoima (mitattuna sen pilvihuipuista) on hieman Maan painovoimaa heikompi – 8,69 m/s2 eli 0,886 g.
Neptunuksen painovoima:
Keskimääräisellä säteellään 24 622 ± 19 km ja massallaan 1,0243×1026 kg Neptunus on aurinkokunnan neljänneksi suurin planeetta. Kaiken kaikkiaan se on 3,86 kertaa Maan kokoinen ja 17 kertaa massiivisempi. Koska se on kaasujättiläinen, sen tiheys on kuitenkin alhainen, 1,638 g/cm3 . Kaiken tämän perusteella pintapainovoima on 11,15 m/s2 (eli 1,14 g), joka taas mitataan Neptunuksen pilvihuipuissa.
Kaiken kaikkiaan painovoima vaihtelee täällä aurinkokunnassa 0,38 g:stä Merkuriuksen ja Marsin painovoimasta voimakkaaseen 2,528 g:n painovoimaan Jupiterin pilvien huipulla. Ja Kuussa, jonne astronautit ovat uskaltautuneet, painovoima on hyvin lievä 0,1654 g, mikä on mahdollistanut hauskoja kokeiluja lähes painottomassa tilassa!
Nollapainovoiman vaikutuksen ymmärtäminen ihmiskehoon on ollut avaruusmatkailun kannalta olennaista, erityisesti kun on ollut kyse pitkäkestoisista tehtävistä kiertoradalla ja kansainvälisellä avaruusasemalla. Tulevina vuosikymmeninä tieto siitä, miten sitä voidaan simuloida, tulee olemaan kätevää, kun alamme lähettää astronautteja syvän avaruuden tehtäviin.
Ja tietysti se, että tiedämme, kuinka voimakasta se on muilla planeetoilla, on olennaista miehitetyille matkoille (ja ehkä jopa asuttamiselle) sinne. Kun otetaan huomioon, että ihmiskunta on kehittynyt 1 g:n ympäristössä, tieto siitä, miten pärjäämme planeetoilla, joilla on vain murto-osa painovoimasta, voi merkitä eroa elämän ja kuoleman välillä.