Gravitacija yra pagrindinė fizikos jėga, kurią mes, žemiečiai, linkome laikyti savaime suprantamu dalyku. Jūs negalite mūsų kaltinti. Per milijardus metų evoliucionavę Žemės aplinkoje, mes įpratę gyventi pastoviai siekdami 1 g (arba 9,8 m / s²). Tačiau tiems, kurie išėjo į kosmosą ar pasistūmėjo į Mėnulį, gravitacija yra labai menkas ir brangus dalykas.
Iš esmės gravitacija priklauso nuo masės, kai visi dalykai - nuo žvaigždžių, planetų ir galaktikų iki šviesos ir subatominių dalelių - traukia vienas kitą. Priklausomai nuo objekto dydžio, masės ir tankio, jo veikiama gravitacinė jėga skiriasi. Kalbant apie mūsų Saulės sistemos planetas, kurių dydis ir masė skiriasi, gravitacijos stiprumas jų paviršiuose labai skiriasi.
Pavyzdžiui, žemės gravitacija, kaip jau pažymėta, yra lygi 9,80665 m / s² (arba 32,174 pėdų / s²). Tai reiškia, kad daiktas, laikomas virš žemės paviršiaus ir paleidžiamas, įsibėgės paviršiaus link maždaug 9,8 metro greičiu kiekvieną laisvo kritimo sekundę. Tai yra gravitacijos matavimo kitose planetose standartas, kuris taip pat išreiškiamas kaip vienas g.
Pagal Izaoko Newtono visuotinės gravitacijos dėsnį, gravitacinis patrauklumas tarp dviejų kūnų gali būti išreikštas matematiškai taip: F = G (m¹m² / r²) - kurF yra jėga, m1 ir m2 yra sąveikaujančių objektų masės, r yra atstumas tarp masių centrų ir G yra gravitacijos konstanta (6,664 × 10-11 N m2/kilogramas2 ).
Atsižvelgiant į jų dydį ir masę, sunkumas kitoje planetoje dažnai išreiškiamas kaip g vienetų, taip pat atsižvelgiant į laisvojo kritimo pagreitį. Taigi kaip tiksliai mūsų Saulės sistemos planetos yra išdėstytos pagal savo sunkumą lyginant su Žeme? Kaip šitas:
Gyvsidabrio sunkis:
Kurių vidutinis spindulys yra apie 2 440 km, o masė - 3,30 × 1023 kg, gyvsidabris yra maždaug 0,383 karto didesnis už Žemės dydį ir tik 0,055 kaip masyvus. Dėl to Merkurijus yra mažiausia ir mažiausiai masyvi Saulės sistemos planeta. Tačiau dėl didelio tankio - tvirtas 5,427 g / cm3, kuris yra tik šiek tiek mažesnis nei Žemės 5,514 g / cm3 - Gyvsidabrio paviršiaus gravitacija yra 3,7 m / s², tai yra lygi 0,38 g.
Sunkumas ant Veneros:
Venera daugeliu atžvilgių yra panaši į Žemę, todėl ji dažnai vadinama „Žemės dvyniu“. Vidutinis spindulys 4,6023 × 108 km2, masė 4,8675 × 1024 kg, o tankis - 5,243 g / cm3, Veneros dydis yra lygus 0,9499 Žemės, 0,815 karto masyvesnei ir maždaug 0,95 karto tankesnei. Taigi nenuostabu, kodėl Venera gravitacija yra labai artima Žemės - 8,87 m / s2, arba 0,904 g.
Sunkumas Mėnulyje:
Tai yra vienas astronominis kūnas, kuriame žmonės galėjo asmeniškai išbandyti sumažėjusios gravitacijos poveikį. Skaičiavimai, pagrįsti jo vidutiniu spinduliu (1737 km), mase (7,3477 x 10²² kg) ir tankiu (3,3464 g / cm³) bei astronautų „Apollo“ atliktomis misijomis, buvo išmatuoti, kad paviršiaus sunkio jėga Mėnulyje yra 1,62 m. / s2 , arba 0,1654 g.
Sunkumas ant Marso:
Marsas taip pat panašus į Žemę daugeliu pagrindinių aspektų. Tačiau, kalbant apie dydį, masę ir tankį, Marsas yra palyginti mažas. Tiesą sakant, jo vidutinis 3 389 km spindulys yra maždaug 0,53 žemės ekvivalento, o jo masė (6,4171 × 1023 kg) yra tik 0,107 žemės. Tuo tarpu jo tankis yra apie o11 Žemės, o jo patekimas į santykinai nedidelį 3,93 g / cm³. Dėl šios priežasties Marsas turi 0,38 karto didesnį už Žemės sunkumą, o jo tūris yra 3,711 m / s².
Jupiterio sunkumas:
Jupiteris yra didžiausia ir masiškiausia Saulės sistemos planeta. Vidutinis jo spindulys, esant 69,911 ± 6 km, padaro jį 10,97 karto didesnį už Žemės dydį, o jo masė (1,8986 × 1027 kg) yra lygus 317,8 žemės. Būdamas dujų milžinas, Jupiteris natūraliai yra mažiau tankus nei Žemė ir kitos sausumos planetos, jo vidutinis tankis yra 1,326 g / cm.3.
Be to, būdamas dujų milžinas, Jupiteris neturi tikro paviršiaus. Jei kas stovėtų ant jo, jie tiesiog nuskendtų, kol galiausiai pateks į jo (teorizuotą) tvirtą šerdį. Dėl to Jupiterio paviršiaus gravitacija (kuri apibrėžiama kaip gravitacijos jėga jo debesų viršūnėse) yra 24,79 m / s arba 2,528 g.
Gravitacija Saturne:
Kaip ir Jupiteris, Saturnas yra didžiulis dujų milžinas, žymiai didesnis ir masyvesnis už Žemę, tačiau kur kas mažiau tankus. Trumpai tariant, jo vidutinis spindulys yra 58232 ± 6 km (9,13 žemės), jo masė yra 5,6846 × 10.26 kg (95,15 karto masyvesnis), o tankis - 0,687 g / cm3. Dėl to jo paviršiaus gravitacija (vėlgi, matuojant nuo debesų viršaus) yra šiek tiek didesnė nei Žemės, kuri yra 10,44 m / s² (arba 1,065 g).
Urano sunkis:
Vidutinis 25 360 km spindulys ir 8,68 × 10 masė25 kg, Uranas yra maždaug keturis kartus didesnis už Žemę ir 14.536 kartus masyvesnis. Tačiau, kaip dujų milžinui, jo tankis (1,27 g / cm3) yra žymiai mažesnis nei Žemės. Taigi, kodėl jo paviršiaus gravitacija (matuojant nuo debesies viršūnių) yra šiek tiek silpnesnė nei Žemės - 8,69 m / s2, arba 0,886 g.
Neptūno sunkumas:
Kurių vidutinis spindulys yra 24,622 ± 19 km, o masė - 1,0243 × 1026 kg, Neptūnas yra ketvirta pagal dydį Saulės sistemos planeta. Bendrai tariant, ji yra 3,86 karto didesnė už Žemę ir 17 kartų didesnė. Bet, būdamas dujų milžinu, jo tankis yra mažas - 1,638 g / cm3. Visa tai veikia iki 11,15 m / s paviršiaus gravitacijos2 (arba 1,14 g), kuris vėl matuojamas Neptūno debesų viršūnėse.
Apskritai, Saulės sistemoje gravitacija paleidžia diapazoną: nuo 0,38 g gyvsidabrio ir Marso iki galingo 2,528 g aukščio Jupiterio debesų. O mėnulyje, jei kosmonautai išdrįso, tai yra labai švelnus 0,1654 g, kuris leido atlikti keletą įdomių eksperimentų su nesvarumu!
Suprasti nulinio gravitacijos poveikį žmogaus kūnui buvo būtina kelionėms kosmose, ypač kai tai susiję su ilgalaikėmis misijomis orbitoje ir į Tarptautinę kosminę stotį. Ateinančiais dešimtmečiais, kai pradėsime siųsti astronautus giliųjų kosminių misijų metu, pravers žinant, kaip tai modeliuoti.
Ir, be abejo, žinoti, koks stiprus jis yra kitose planetose, bus labai svarbu ten vykdomoms misijoms (ir galbūt net atsiskaitymams). Atsižvelgiant į tai, kad žmonija evoliucionavo 1 g aplinkoje, žinojimas, kaip mes gyvensime planetose, turinčiose tik dalelę sunkio jėgos, gali reikšti skirtumą tarp gyvybės ir mirties.
„Space Magazine“ esame parašę daug įdomių straipsnių apie gravitaciją. Štai kaip greitas yra gravitacija ?, iš kur atsiranda gravitacija? ir kaip mes žinome, kad gravitacija nėra (tik) jėga.
O štai ar galėtume padaryti dirbtinį sunkumą? ir ar „baisus veiksmas“ apibūdina sunkumą?
Norėdami gauti daugiau informacijos, peržiūrėkite NASA puslapį pavadinimu „Pastovus gravitacijos traukimas“ ir Niutono gravitacijos dėsnį.
Astronomijos aktoriai taip pat turi epizodą pavadinimu Episode 102: Gravity.
