Hur stark är gravitationen på andra planeter?
av Matt Williams , Universe Today
Tyngdkraften är en grundläggande kraft inom fysiken, en kraft som vi jordbor tenderar att ta för given. Man kan egentligen inte klandra oss. Efter att ha utvecklats under miljarder år i jordens miljö är vi vana vid att leva med dragningskraften från en stadig 1 g (eller 9,8 m/s2). Men för dem som har rest ut i rymden eller satt sin fot på månen är gravitationen en mycket svag och värdefull sak.
I grund och botten är gravitationen beroende av massan, där alla saker – från stjärnor, planeter och galaxer till ljus och subatomära partiklar – attraheras av varandra. Beroende på föremålets storlek, massa och densitet varierar gravitationskraften som det utövar. Och när det gäller planeterna i vårt solsystem, som varierar i storlek och massa, varierar gravitationens styrka på deras ytor avsevärt.
Till exempel är jordens gravitation, som redan nämnts, likvärdig med 9,80665 m/s2 (eller 32,174 ft/s2). Detta innebär att ett föremål, om det hålls ovanför marken och släpps, kommer att accelerera mot ytan med en hastighet av cirka 9,8 meter för varje sekund av fritt fall. Detta är standarden för att mäta gravitationen på andra planeter, som också uttrycks som ett enda g.
I enlighet med Isaac Newtons lag om universell gravitation kan den gravitationella attraktionen mellan två kroppar uttryckas matematiskt som F = G (m1m2/r2) – där F är kraften, m1 och m2 är massorna hos de föremål som interagerar, r är avståndet mellan massornas centrum och G är gravitationskonstanten (6.674×10-11 N m2/kg2 ).
Baserat på deras storlek och massa uttrycks gravitationen på en annan planet ofta i termer av g-enheter samt i termer av accelerationshastigheten för fritt fall. Så hur exakt förhåller sig planeterna i vårt solsystem till varandra när det gäller deras gravitation jämfört med jorden? Så här:
Tyngdkraften på Merkurius:
Med en genomsnittlig radie på cirka 2 440 km och en massa på 3,30 × 1023 kg är Merkurius ungefär 0,383 gånger så stor som jorden och bara 0,055 gånger så massiv. Detta gör Merkurius till den minsta och minst massiva planeten i solsystemet. Tack vare sin höga densitet – en robust 5,427 g/cm3, vilket bara är något lägre än jordens 5,514 g/cm3 – har Merkurius dock en ytgravitation på 3,7 m/s2, vilket motsvarar 0,38 g.
Tyngdkraften på Venus:
Venus liknar jorden på många sätt, vilket är anledningen till att den ofta kallas för ”jordens tvilling”. Med en genomsnittlig radie på 4,6023×108 km2, en massa på 4,8675×1024 kg och en densitet på 5,243 g/cm3 motsvarar Venus i storlek 0,9499 jordklot, är 0,815 gånger så massiv och ungefär 0,95 gånger så tät. Därför är det inte förvånande att gravitationen på Venus ligger mycket nära jordens – 8,87 m/s2 eller 0,904 g.
Gravitation på månen:
Detta är en astronomisk kropp där människor har kunnat testa effekterna av minskad gravitation i egen hög person. Beräkningar baserade på dess genomsnittliga radie (1737 km), massa (7,3477 x 1022 kg) och densitet (3,3464 g/cm3) och de uppdrag som utfördes av Apollo-astronauterna har visat att ytgravitationen på månen har uppmätts till 1,62 m/s2 , eller 0,1654 g.
Tyngdkraften på Mars:
Mars är också lik jorden i många viktiga avseenden. När det gäller storlek, massa och densitet är Mars dock jämförelsevis liten. Faktum är att dess medelradie på 3,389 km motsvarar ungefär 0,53 jordklot, medan dess massa (6,4171×1023 kg) motsvarar endast 0,107 jordklot. Dess densitet är ungefär 0,71 av jordens densitet och uppgår till relativt blygsamma 3,93 g/cm3. På grund av detta har Mars 0,38 gånger jordens gravitation, vilket motsvarar 3,711 m/s2.
Gravitation på Jupiter:
Jupiter är den största och mest massiva planeten i solsystemet. Dess medelradie på 69 911 ± 6 km gör den 10,97 gånger större än jorden, medan dess massa (1,8986×1027 kg) motsvarar 317,8 jordklot. Men eftersom Jupiter är en gasjätte är den naturligt mindre tät än jorden och andra jordiska planeter, med en medeldensitet på 1,326 g/cm3.
Vad mer är, eftersom Jupiter är en gasjätte har den ingen riktig yta. Om man skulle stå på den skulle man helt enkelt sjunka ner tills man så småningom kom fram till dess (teoretiserade) fasta kärna. Som ett resultat av detta är Jupiters ytgravitation (som definieras som gravitationskraften vid dess molntoppar), 24,79 m/s, eller 2,528 g.
Gravitation på Saturnus:
Likt Jupiter är Saturnus en enorm gasjätte som är betydligt större och massivare än jorden, men mycket mindre tät. I korthet är dess medelradie 58232±6 km (9,13 jordklot), dess massa är 5,6846×1026 kg (95,15 gånger så massiv) och har en densitet på 0,687 g/cm3. Som ett resultat av detta är dess ytgravitation (återigen mätt från toppen av molnen) bara något mer än jordens, som är 10,44 m/s2 (eller 1,065 g).
Tyngdkraften på Uranus:
Med en genomsnittlig radie på 25 360 km och en massa på 8,68 × 1025 kg är Uranus ungefär fyra gånger så stor som jorden och 14,536 gånger så massiv. Som gasjätte är dess densitet (1,27 g/cm3) dock betydligt lägre än jordens. Därför är dess ytgravitation (mätt från molntopparna) något svagare än jordens – 8,69 m/s2, eller 0,886 g.
Tyngdkraften på Neptunus:
Med en genomsnittlig radie på 24 622 ± 19 km och en massa på 1,0243×1026 kg är Neptunus den fjärde största planeten i solsystemet. Sammanlagt är den 3,86 gånger så stor som jorden och 17 gånger så massiv. Men eftersom den är en gasjätte har den en låg densitet på 1,638 g/cm3. Allt detta ger en ytgravitation på 11,15 m/s2 (eller 1,14 g), som återigen mäts vid Neptunus molntoppar.
Totalt sett är gravitationen mycket varierande här i solsystemet, från 0,38 g på Merkurius och Mars till mäktiga 2,528 g vid Jupiters molntoppar. Och på månen, där astronauter har vågat sig fram, är den mycket milda 0,1654 g, vilket har möjliggjort några roliga experiment i nästan tyngdlöshet!
Förståelsen av tyngdlöshetens effekt på människokroppen har varit avgörande för rymdresor, särskilt när det gäller långvariga uppdrag i omloppsbana och till den internationella rymdstationen. Under de kommande årtiondena kommer det att vara praktiskt att veta hur man simulerar den när vi börjar skicka astronauter på uppdrag i djupa rymden.
Och naturligtvis kommer det att vara viktigt att veta hur stark den är på andra planeter för att kunna genomföra bemannade uppdrag (och kanske till och med bosätta sig) där. Med tanke på att mänskligheten utvecklades i en 1 g-miljö kan det innebära skillnaden mellan liv och död att veta hur vi kommer att klara oss på planeter som bara har en bråkdel av gravitationen.