Гравитация - это фундаментальная сила физики, которую мы, земляне, принимаем как должное. Вы не можете винить нас. Развиваясь в течение миллиардов лет в окружающей среде Земли, мы привыкли жить с силой 1 г (или 9,8 м / с²). Однако для тех, кто отправился в космос или ступил на Луну, гравитация - очень незначительная и драгоценная вещь.
По сути, гравитация зависит от массы, где все вещи - от звезд, планет и галактик до легких и субатомных частиц - притягиваются друг к другу. В зависимости от размера, массы и плотности объекта сила гравитации, которую он оказывает, варьируется. И когда речь идет о планетах нашей Солнечной системы, которые различаются по размеру и массе, сила тяжести на их поверхностях значительно варьируется.
Например, сила тяжести Земли, как уже отмечалось, эквивалентна 9,80665 м / с² (или 32,174 фут / с²). Это означает, что объект, если его удерживать над землей и отпускать, будет ускоряться к поверхности со скоростью около 9,8 метра за каждую секунду свободного падения. Это стандарт для измерения силы тяжести на других планетах, который также выражается в виде одной g.
В соответствии с законом всемирного тяготения Исаака Ньютона гравитационное притяжение между двумя телами может быть математически выражено как F = G (м² / м2) - гдеF это сила, м1 а также м2 массы взаимодействующих объектов, р это расстояние между центрами масс и г это гравитационная постоянная (6,674 × 10-11 М2/кг2 ).
Основываясь на их размерах и массах, гравитация на другой планете часто выражается в терминах г единиц, а также с точки зрения скорости ускорения свободного падения. Итак, как именно планеты нашей Солнечной системы складываются с точки зрения их гравитации по сравнению с Землей? Нравится:
Гравитация на Меркурии:
Со средним радиусом около 2440 км и массой 3,30 × 1023 кг, Меркурий примерно в 0,383 раза больше Земли и массой всего 0,055. Это делает Меркурий самой маленькой и наименее массивной планетой в Солнечной системе. Тем не менее, благодаря своей высокой плотности - прочный 5,427 г / см3что немного ниже земного 5,514 г / см3 - Ртуть имеет поверхностную плотность 3,7 м / с², что эквивалентно 0,38 г.
Гравитация на Венере:
Венера во многом похожа на Землю, поэтому ее часто называют «близнецом Земли». Со средним радиусом 4,6023 × 108 км2, масса 4,8675 × 1024 кг, а плотность 5,243 г / см3Венера по размеру эквивалентна 0,9499 Земли, массой в 0,815 раза и плотностью примерно в 0,95 раза. Следовательно, неудивительно, почему гравитация на Венере очень близка к гравитации Земли - 8,87 м / с.2или 0,904 г.
Гравитация на Луне:
Это одно астрономическое тело, в котором люди смогли проверить влияние уменьшенной силы тяжести на человека. Расчеты, основанные на его среднем радиусе (1737 км), массе (7,3477 x 10²² кг) и плотности (3,3464 г / см³), а также миссиях, проводимых астронавтами Аполлона, измеряли поверхностную гравитацию на Луне, равную 1,62 м. / s2 или 0,1654 г.
Гравитация на Марсе:
Марс также похож на Землю во многих ключевых отношениях. Тем не менее, когда дело доходит до размера, массы и плотности, Марс сравнительно невелик. Фактически, его средний радиус 3,389 км является эквивалентом примерно 0,53 Земли, а его масса (6,4171 × 10).23 кг) это всего 0.107 Земли. В то же время его плотность составляет около 0,71 Земли, что составляет сравнительно скромные 3,93 г / см3. Из-за этого Марс имеет 0,38-кратную гравитацию Земли, что составляет 3,711 м / с².
Гравитация на Юпитере:
Юпитер - самая большая и самая массивная планета в Солнечной системе. Его средний радиус составляет 69 911 ± 6 км, что делает его в 10,97 раз больше Земли, а его масса (1,8986 × 10).27 кг) эквивалент 317,8 Земли. Но, будучи газовым гигантом, Юпитер, естественно, менее плотный, чем Земля и другие земные планеты, со средней плотностью 1,326 г / см.3.
Более того, будучи газовым гигантом, Юпитер не имеет истинной поверхности. Если бы кто-то стоял на нем, они бы просто тонули, пока не достигли его (теоретизированного) твердого ядра. В результате поверхностная гравитация Юпитера (которая определяется как сила тяжести на его верхушках облаков) составляет 24,79 м / с или 2,528 г.
Гравитация на Сатурне:
Как и Юпитер, Сатурн является огромным газовым гигантом, который значительно больше и массивнее Земли, но гораздо менее плотный. Короче говоря, его средний радиус составляет 58232 ± 6 км (9,13 Земли), его масса - 5,6846 × 10.26 кг (массой в 95,15 раза) и имеет плотность 0,687 г / см3, В результате, его поверхностная гравитация (опять же, измеренная на вершине облаков) чуть больше земной, что составляет 10,44 м / с² (или 1,065 г).
Гравитация на Уране:
Со средним радиусом 25 360 км и массой 8,68 × 1025 кг, Уран примерно в 4 раза больше Земли и в 14,536 раз массивнее. Однако, как газовый гигант, его плотность (1,27 г / см3) значительно ниже, чем у Земли. Следовательно, почему его поверхностная гравитация (измеренная по верхушкам облаков) немного слабее земной - 8,69 м / с2или 0,886 г.
Гравитация на Нептуне:
Со средним радиусом 24 622 ± 19 км и массой 1,0243 × 1026 кг, Нептун является четвертой по величине планетой в Солнечной системе. В общем, он в 3,86 раза больше Земли и в 17 раз массивнее. Но, будучи газовым гигантом, он имеет низкую плотность 1,638 г / см.3, Все это работает до поверхностной гравитации 11,15 м / с.2 (или 1,14 г), который снова измеряется на верхушках облаков Нептуна.
В общем, гравитация охватывает гамму Солнечной системы: от 0,38 г на Меркурии и Марсе до мощных 2,528 г на облаках Юпитера. А на Луне, где отважились астронавты, это очень мягкий 0,1654 г, что позволило из некоторых забавных экспериментов почти в невесомости!
Понимание влияния невесомости на организм человека имеет важное значение для космических путешествий, особенно когда речь идет о длительных полетах на орбиту и на Международную космическую станцию. В ближайшие десятилетия знание того, как его моделировать, пригодится, когда мы начнем отправлять астронавтов в дальний космический полет.
И, конечно же, знание того, насколько она сильна на других планетах, будет важно для пилотируемых миссий (и, возможно, даже для поселения). Учитывая, что человечество эволюционировало в окружающей среде весом в 1 г, знание того, как мы будем жить на планетах, обладающих лишь незначительной гравитацией, может означать разницу между жизнью и смертью.
Мы написали много интересных статей о гравитации здесь, в журнале Space. Вот как быстро гравитация? Откуда берется гравитация? и как мы знаем, что гравитация не является (просто) силой.
А вот можем ли мы сделать искусственную гравитацию? и «Spooky Action» определяет гравитацию?
Для получения дополнительной информации посетите страницу НАСА под названием «Постоянное притяжение» и закон тяготения Ньютона.
У Astronomy Cast также есть эпизод под названием «Эпизод 102: Гравитация».
