Гравітація - це основна сила фізики, яку ми, земляни, прагнемо сприймати як належне. Ви нас справді не можете звинувачувати. Еволюціонуючи впродовж мільярдів років у навколишньому середовищі Землі, ми звикли жити із стійким 1 г (або 9,8 м / с²). Однак для тих, хто пішов у космос або ступив на Місяць, гравітація - дуже немічна і дорогоцінна річ.
В основному гравітація залежить від маси, де всі речі - від зірок, планет і галактик до світла і субатомних частинок - притягуються одна до одної. Залежно від розміру, маси та щільності предмета гравітаційна сила, яку він чинить, змінюється. А якщо мова йде про планети нашої Сонячної системи, які різняться за розмірами та масою, сила тяжіння на їх поверхнях значно змінюється.
Наприклад, сила тяжіння Землі, як уже зазначалося, еквівалентна 9.80665 м / с² (або 32.174 фут / с²). Це означає, що предмет, якщо його тримати над землею і відпускати, буде прискорюватися до поверхні зі швидкістю близько 9,8 метрів за кожну секунду вільного падіння. Це стандарт вимірювання сили тяжіння на інших планетах, який також виражається як одиничний g.
Відповідно до закону про всесвітнє тяжіння Ісаака Ньютона, гравітаційне притягнення між двома тілами можна виразити математично як F = G (m¹m² / r²) - кудиЖ сила, м1 і м2 - це маса взаємодіючих об'єктів, r - відстань між центрами мас і Г - гравітаційна константа (6.674 × 10-11 N м2/кг2 ).
Виходячи з їх розмірів і маси, сила тяжіння на іншій планеті часто виражається через г одиниць, а також за швидкістю прискорення вільного падіння. То як саме планети нашої Сонячної системи складаються за своєю гравітацією порівняно із Землею? Подобається це:
Гравітація на Ртуть:
З середнім радіусом близько 2440 км і масою 3,30 × 1023 кг, ртуть приблизно в 0,383 рази перевищує розмір Землі і лише 0,055 як масивна. Це робить Меркурій найменшою і найменш масивною планетою Сонячної системи. Однак, завдяки своїй високій щільності - міцним 5,427 г / см3, що трохи нижче, ніж на Землі 5,514 г / см3 - Ртуть має поверхневу силу 3,7 м / с², що еквівалентно 0,38 г.
Гравітація на Венері:
Венера багато в чому схожа на Землю, саме тому її часто називають «близнюком Землі». З середнім радіусом 4,6023 × 108 км2, маса 4,8675 × 1024 кг, а щільність 5,243 г / см3, Венера еквівалентна за розмірами 0,9499 Землі, в 0,815 разів масивнішою і приблизно в 0,95 рази щільнішою. Отже, не дивно, що сила тяжіння на Венері дуже близька до земної - 8,87 м / с2, або 0,904 г.
Гравітація на Місяці:
Це одне астрономічне тіло, де люди змогли перевірити вплив зниженої сили тяжіння особисто. Розрахунки на основі його середнього радіуса (1737 км), маси (7,3477 х 10 кв. Кг) та густини (3,3464 г / см³), а також місій, проведених космонавтами Аполлона, поверхневе тяжіння на Місяці було виміряно 1,62 м / с2 , або 0,1654 р.
Гравітація на Марсі:
Марс також багато в чому схожий із Землею. Однак, що стосується розміру, маси та щільності, Марс порівняно невеликий. Насправді його середній радіус 3,389 км еквівалентно приблизно 0,53 Землі, тоді як його маса (6,4171 × 1023 кг) становить всього 0,107 Землі. Тим часом його щільність становить приблизно 7,11 від Землі, припадаючи на порівняно скромні 3,93 г / см³. Через це Марс у 0,38 рази перевищує силу тяжкості Землі, яка спрацьовує до 3,711 м / с².
Гравітація на Юпітері:
Юпітер - найбільша і наймасовіша планета Сонячної системи. Його середній радіус на 69 911 ± 6 км робить його в 10,97 рази більшим за розмір Землі, тоді як його маса (1,889 × 10)27 кг) - еквівалент 317,8 Землі. Але, будучи газовим гігантом, Юпітер природно менш щільний, ніж Земля та інші наземні планети, із середньою щільністю 1.326 г / см3.
Більше того, будучи газовим гігантом, Юпітер не має справжньої поверхні. Якби хтось стояв на ній, вони просто тонули, доки в кінцевому підсумку не дійшли до його (теоретизованого) твердого ядра. В результаті поверхнева сила Юпітера (яка визначається як сила тяжіння на вершинах його хмар) становить 24,79 м / с, або 2,528 г.
Гравітація на Сатурн:
Як і Юпітер, Сатурн - це величезний газовий гігант, який значно більший і масивніший за Землю, але набагато менш щільний. Якщо коротко, то його середній радіус - 58232 ± 6 км (9,13 Землі), його маса - 5,66846 × 1026 кг (у 95,15 рази масивніше) і має щільність 0,687 г / см3. В результаті її поверхнева сила (знову ж таки, виміряна вгорі хмар) трохи більше, ніж у Землі, що становить 10,44 м / с² (або 1,065 г).
Гравітація на Уран:
З середнім радіусом 25 360 км і масою 8,68 × 1025 кг, Уран приблизно в 4 рази перевищує розмір Землі і в 14.536 разів більший за масу. Однак, як газовий гігант, його щільність (1,27 г / см3) значно нижче, ніж у Землі. Отже, чому її поверхнева сила (вимірюється від вершин хмари) трохи слабша від земної - 8,69 м / с2, або 0,886 р.
Гравітація на Нептуні:
З середнім радіусом 24 622 ± 19 км і масою 1,0243 × 1026 кг, Нептун - четверта за величиною планета Сонячної системи. За всіма словами, він у 3,86 рази перевищує розмір Землі та в 17 разів більший за масову. Але, будучи газовим гігантом, він має низьку щільність 1,638 г / см3. Все це виходить із поверхневою силою 11,15 м / с2 (або 1,14 г), що знову вимірюється у верхівках хмари Нептуна.
Загалом, гравітація управляє гамою тут у Сонячній системі, починаючи від 0,38 г на Меркурії та Марсі до потужних 2,528 г на вершині хмар Юпітера. А на Місяці, якщо космонавти ризикнули, це дуже м'який 0,1654 г, що дозволило провести цікаві експерименти в невагомості!
Розуміння впливу нульової сили тяжіння на організм людини має важливе значення для космічних подорожей, особливо коли стосуються тривалих місій на орбіті та на Міжнародній космічній станції. У найближчі десятиліття знання, як їх моделювати, стане в нагоді, коли ми почнемо відправляти космонавтів у глибокі космічні місії.
І звичайно, знання того, наскільки вона сильна на інших планетах, буде важливим для пілотованих місій (і, можливо, навіть поселення) там. Зважаючи на те, що людство еволюціонувало в середовищі 1 г, знання того, як ми будемо подорожувати на планетах, які мають лише частку сили тяжіння, може означати різницю між життям і смертю.
Ми написали багато цікавих статей про гравітацію тут у Space Magazine. Ось як швидка гравітація? Звідки береться гравітація? і як ми знаємо, що гравітація не є (просто) силою.
І ось ми можемо зробити штучну тяжкість? і чи визначає "Моторошна дія" тяжкість?
Для отримання додаткової інформації перегляньте сторінку НАСА під назвою «Постійний тягар сили» та закон тяжіння Ньютона.
Астрономічна ролях також має епізод, названий Епізод 102: Гравітація.
