Gravitatsioon on füüsika põhiline jõud, mida me, maalased, kipume iseenesestmõistetavaks pidama. Te ei saa meid päriselt süüdistada. Olles arenenud Maa keskkonnas miljardite aastate jooksul, oleme harjunud elama püsivalt 1 g (ehk 9,8 m / s²). Neile, kes on kosmosesse läinud või Kuule jala seadnud, on gravitatsioon siiski väga õrn ja hinnaline asi.
Põhimõtteliselt sõltub gravitatsioon massist, kus kõik asjad - alates tähtedest, planeetidest ja galaktikatest kuni kergete ja alaatomiliste osakesteni - on üksteisega ligitõmbavad. Sõltuvalt objekti suurusest, massist ja tihedusest varieerub selle rakendatav gravitatsioonijõud. Ja kui rääkida meie Päikesesüsteemi planeetidest, mille suurus ja mass on erinevad, on nende pindade raskusjõud tugevasti erinev.
Näiteks Maa gravitatsioon, nagu juba märgitud, võrdub 9,80665 m / s² (või 32,174 jalga / s²). See tähendab, et kui objekt hoitakse maapinnast kõrgemal ja lastakse lahti, kiireneb pinna suunas kiirusega umbes 9,8 meetrit iga vaba kukkumise sekundi kohta. See on standard gravitatsiooni mõõtmiseks teistel planeetidel, mida väljendatakse ka ühe g-na.
Isaac Newtoni universaalse gravitatsiooni seaduse kohaselt võib kahe keha vahelist gravitatsioonilist külgetõmmet matemaatiliselt väljendada F = G (m¹m² / r²) - kusF on jõud, m1 ja m2 on omavahel suhtlevate objektide massid, r on masside keskpunktide ja G on gravitatsioonikonstant (6,664 × 10-11 N m2/ kg2 ).
Nende suuruse ja massi põhjal väljendatakse teisel planeedil gravitatsiooni sageli järgmiselt: g ühikut, samuti vabalangemise kiirenduse määra. Niisiis, kuidas meie Päikesesüsteemi planeedid oma gravitatsiooni poolest Maaga võrreldes täpselt kokku kerkivad? Nagu nii:
Elavhõbeda raskusaste:
Keskmise raadiusega umbes 2440 km ja massiga 3,30 × 1023 kg, on elavhõbe umbes 0,383 korda suurem kui Maa ja ainult 0,055 kui massiline. See teeb Merkuurist Päikesesüsteemi väikseima ja kõige vähem massiivse planeedi. Kuid tänu suurele tihedusele - jõuline 5,427 g / cm3, mis on vaid pisut madalam kui Maa väärtus 5,514 g / cm3 - Elavhõbeda pinna gravitatsioon on 3,7 m / s², mis võrdub 0,38 g.
Raskus Veenusel:
Veenus sarnaneb Maaga mitmes mõttes, mistõttu nimetatakse seda sageli “Maa kaksikuks”. Keskmise raadiusega 4,6023 × 108 km2, mass 4,8675 × 1024 kg ja tihedus 5,243 g / cm3, On Veenuse suurus samaväärne 0,9499 Maaga, 0,815 korda massiivne ja umbes 0,95 korda tihe. Seega pole üllatav, miks Veenuse gravitatsioon on Maa omale väga lähedal - 8,87 m / s2või 0,904 g.
Raskusjõud Kuul:
See on üks astronoomiline keha, kus inimestel on olnud võimalus kahanenud gravitatsiooni mõjusid isiklikult proovile panna. Arvutustel, mis põhinevad selle keskmisel raadiusel (1737 km), massil (7,3477 x 10²² kg) ja tihedusel (3,3464 g / cm³) ning Apollo astronautide läbiviidud missioonidel, on Kuu pinna gravitatsiooniks mõõdetud 1,62 m / s2 ehk 0,1654 g.
Gravitatsioon Marsil:
Marss sarnaneb paljudes olulistes aspektides ka Maaga. Suuruse, massi ja tiheduse osas on Mars siiski suhteliselt väike. Tegelikult on selle keskmine raadius 3 389 km samaväärne umbes 0,53 Maaga, samal ajal kui selle mass (6,4171 × 1023 kg) on vaid 0,107 maad. Vahepeal on selle tihedus umbes 71 maakera, sisenemisel suhteliselt tagasihoidliku 3,93 g / cm3. Seetõttu on Marsi Maa raskusjõud 0,38-kordne, mis töötab kuni 3,711 m / s².
Raskus Jupiteril:
Jupiter on Päikesesüsteemi suurim ja massilisem planeet. Selle keskmine raadius 69,911 ± 6 km juures teeb selle Maa suuruseks 10,97 korda suuremaks, samas kui selle mass (1,8986 × 10)27 kg) võrdub 317,8 Maaga. Kuna tegemist on gaasigigandiga, on Jupiter looduslikult vähem tihe kui Maa ja muud maapealsed planeedid, keskmise tihedusega 1,326 g / cm3.
Veelgi enam, kuna Jupiter on gaasigigant, pole tal tõelist pinda. Kui keegi selle peal seisaks, siis nad lihtsalt vajuksid, kuni lõpuks jõudsid selle (teoreetilise) tahke südamikuni. Selle tulemusel on Jupiteri pinna gravitatsioon (mida määratletakse kui raskusjõudu selle pilvepealsetel) 24,79 m / s ehk 2,528 g.
Raskus Saturnil:
Nagu Jupiter, on ka Saturn tohutu gaasigigant, mis on oluliselt suurem ja massiivsem kui Maa, kuid kaugelt vähem tihe. Lühidalt, selle keskmine raadius on 58232 ± 6 km (9,13 maad), selle mass on 5,6846 × 1026 kg (95,15 korda massimass) ja selle tihedus on 0,687 g / cm3. Selle tulemusel on selle pinna gravitatsioon (mõõdetuna jällegi oma pilvede ülaosast) veidi rohkem kui Maa oma, mis on 10,44 m / s² (ehk 1,065 g).
Uraani raskusaste:
Keskmise raadiusega 25 360 km ja massiga 8,68 × 1025 kg, on Uraan umbes 4 korda suurem kui Maa ja 14,536 korda massiivne. Gaasihiiglasena on selle tihedus (1,27 g / cm2)3) on oluliselt madalam kui Maa oma. Seetõttu on selle pinna gravitatsioon (mõõdetuna pilvepealsetest) pisut nõrgem kui Maa oma - 8,69 m / s2ehk 0,886 g.
Gravitatsioon Neptuunil:
Keskmise raadiusega 24,622 ± 19 km ja massiga 1,0243 × 1026 kg, Neptuun on Päikesesüsteemi suuruselt neljas planeet. Kõike öeldes, see on 3,86 korda suurem kui Maa ja 17 korda suurem. Kuid olles gaasigigant, on selle madal tihedus 1,638 g / cm3. See kõik töötab pinna gravitatsioonina 11,15 m / s2 (ehk 1,14 g), mida mõõdetakse jälle Neptuuni pilvepealsetel aladel.
Kokkuvõttes juhib gravitatsioon siin Päikesesüsteemi ulatust, ulatudes 0,38 g-st Merkuuri ja Marsi juurest kuni võimsa 2,528 g-ni Jupiteri pilvede kohal. Ja Kuul, kui astronaudid on julgenud, on see väga mahe 0,1654 grammi, mis võimaldas mõnel lõbusal katsel peaaegu kaaluta olekut!
Nullgravitatsiooni mõjust inimkehale on olnud kosmosereisidel oluline roll, eriti kui tegemist on pikaajaliste missioonidega orbiidil ja rahvusvahelisse kosmosejaama. Järgmistel aastakümnetel on abi selle simuleerimisest, kui hakkame astronaute saatma kosmosemissioonidele.
Ja muidugi on seal mehitatud missioonide (ja võib-olla isegi asunduste) korral teadmine, kui tugev see teistel planeetidel on. Arvestades, et inimkond arenes 1 g keskkonnas, võib teadmine, kuidas me planeetidel, millel on vaid murdosa gravitatsioonist, tähendada erinevust elu ja surma vahel.
Oleme siin ajakirjas Space Magazine kirjutanud palju huvitavaid artikleid gravitatsiooni kohta. Siit saate teada, kui kiire on gravitatsioon ?, kust gravitatsioon tuleb? ja kuidas me teame, et gravitatsioon ei ole (lihtsalt) jõud.
Ja siin on see, kas me saaksime kunstlikku raskust luua? ja kas "õudne tegevus" määratleb gravitatsiooni?
Lisateabe saamiseks vaadake NASA lehte pealkirjaga “Pidev raskusjõud” ja Newtoni gravitatsiooniseadust.
Astronoomiaosakonnal on ka episood pealkirjaga Episode 102: Gravity.
