Η βαρύτητα είναι μια θεμελιώδης δύναμη της φυσικής, κάτι που εμείς οι Γήινοι τείνουμε να θεωρούμε δεδομένους. Δεν μπορείτε να μας κατηγορήσετε πραγματικά. Έχοντας εξελιχθεί κατά τη διάρκεια δισεκατομμυρίων ετών στο περιβάλλον της Γης, έχουμε συνηθίσει να ζούμε με το τράβηγμα ενός σταθερού 1 g (ή 9,8 m / s²). Ωστόσο, για εκείνους που έχουν πάει στο διάστημα ή έχουν περπατήσει στη Σελήνη, η βαρύτητα είναι ένα πολύ αδύναμο και πολύτιμο πράγμα.
Βασικά, η βαρύτητα εξαρτάται από τη μάζα, όπου όλα τα πράγματα - από αστέρια, πλανήτες και γαλαξίες έως φως και υποατομικά σωματίδια - έλκονται μεταξύ τους. Ανάλογα με το μέγεθος, τη μάζα και την πυκνότητα του αντικειμένου, η βαρυτική δύναμη που ασκεί ποικίλλει. Και όταν πρόκειται για τους πλανήτες του Ηλιακού μας Συστήματος, οι οποίοι ποικίλλουν σε μέγεθος και μάζα, η ένταση της βαρύτητας στις επιφάνειές τους ποικίλλει σημαντικά.
Για παράδειγμα, η βαρύτητα της Γης, όπως έχει ήδη σημειωθεί, είναι ισοδύναμη με 9,80665 m / s² (ή 32,174 ft / s²). Αυτό σημαίνει ότι ένα αντικείμενο, αν κρατηθεί πάνω από το έδαφος και αφεθεί, θα επιταχυνθεί προς την επιφάνεια με ταχύτητα περίπου 9,8 μέτρα για κάθε δευτερόλεπτο ελεύθερης πτώσης. Αυτό είναι το πρότυπο για τη μέτρηση της βαρύτητας σε άλλους πλανήτες, το οποίο εκφράζεται επίσης ως ένα μόνο g.
Σύμφωνα με τον νόμο της καθολικής βαρύτητας του Isaac Newton, η βαρυτική έλξη μεταξύ δύο σωμάτων μπορεί να εκφραστεί μαθηματικά ως F = G (m¹m² / r²) - όπουφά είναι η δύναμη, Μ1 και Μ2 είναι οι μάζες των αντικειμένων που αλληλεπιδρούν, ρ είναι η απόσταση μεταξύ των κέντρων των μαζών και σολ είναι η σταθερή βαρύτητας (6,674 × 10-11 Νμ2/κιλό2 ).
Με βάση τα μεγέθη και τις μάζες τους, η βαρύτητα σε έναν άλλο πλανήτη εκφράζεται συχνά σε όρους σολ μονάδες καθώς και όσον αφορά τον ρυθμό επιτάχυνσης ελεύθερης πτώσης. Λοιπόν, πώς ακριβώς συσσωρεύονται οι πλανήτες του Ηλιακού μας Συστήματος ως προς τη βαρύτητά τους σε σύγκριση με τη Γη; Σαν αυτό:
Βαρύτητα στον υδράργυρο:
Με μέση ακτίνα περίπου 2.440 km και μάζα 3,30 × 1023 kg, ο υδράργυρος είναι περίπου 0,383 φορές το μέγεθος της Γης και μόνο 0,055 ως ογκώδης. Αυτό καθιστά τον Ερμή τον μικρότερο και λιγότερο ογκώδη πλανήτη στο Ηλιακό Σύστημα. Ωστόσο, χάρη στην υψηλή πυκνότητά του - ένα ισχυρό 5,427 g / cm3, το οποίο είναι ελαφρώς χαμηλότερο από τα 5,514 g / cm της Γης3 - Ο υδράργυρος έχει επιφανειακή βαρύτητα 3,7 m / s², που ισοδυναμεί με 0,38 σολ.
Βαρύτητα στην Αφροδίτη:
Η Αφροδίτη είναι παρόμοια με τη Γη με πολλούς τρόπους, γι 'αυτό αναφέρεται συχνά ως «δίδυμο της Γης». Με μέση ακτίνα 4,6023 × 108 χιλιόμετρα2, μάζα 4,8675 × 1024 kg και πυκνότητα 5,243 g / cm3, Η Αφροδίτη είναι ισοδύναμη σε μέγεθος με 0,9499 Γη, 0,815 φορές μεγαλύτερη, και περίπου 0,95 φορές πιο πυκνή. Ως εκ τούτου, δεν αποτελεί έκπληξη γιατί η βαρύτητα στην Αφροδίτη είναι πολύ κοντά σε αυτήν της Γης - 8,87 m / s2ή 0,904 σολ.
Βαρύτητα στη Σελήνη:
Πρόκειται για ένα αστρονομικό σώμα όπου τα ανθρώπινα όντα μπόρεσαν να δοκιμάσουν τις επιπτώσεις της μειωμένης βαρύτητας στο πρόσωπο. Υπολογισμοί με βάση τη μέση ακτίνα (1737 km), τη μάζα (7,3477 x 10²² kg) και την πυκνότητα (3,3464 g / cm³) και τις αποστολές που πραγματοποίησαν οι αστροναύτες του Απόλλωνα, η επιφανειακή βαρύτητα στη Σελήνη μετρήθηκε στα 1,62 m /μικρό2 ή 0,1654 g.
Βαρύτητα στον Άρη:
Ο Άρης είναι επίσης παρόμοιος με τη Γη από πολλές απόψεις. Ωστόσο, όταν πρόκειται για μέγεθος, μάζα και πυκνότητα, ο Άρης είναι σχετικά μικρός. Στην πραγματικότητα, η μέση ακτίνα των 3,389 km είναι το ισοδύναμο περίπου 0,53 Γης, ενώ η μάζα του (6,4171 × 1023 kg) είναι μόλις 0,107 Earths. Η πυκνότητά του, εν τω μεταξύ, είναι περίπου o.71 των Γη, που έρχεται σε σχετικά μέτρια 3,93 g / cm³. Εξαιτίας αυτού, ο Άρης έχει 0,38 φορές τη βαρύτητα της Γης, η οποία φτάνει τα 3,711 m / s².
Βαρύτητα στον Δία:
Ο Δίας είναι ο μεγαλύτερος και πιο ογκώδης πλανήτης στο Ηλιακό Σύστημα. Η μέση ακτίνα της, στα 69.911 ± 6 km, το κάνει 10,97 φορές το μέγεθος της Γης, ενώ η μάζα του (1,8986 × 1027 kg) είναι το ισοδύναμο των 317,8 Earths. Όμως, ως γίγαντας φυσικού αερίου, ο Δίας είναι φυσικά λιγότερο πυκνός από τη Γη και άλλους χερσαίους πλανήτες, με μέση πυκνότητα 1,332 g / cm3.
Επιπλέον, ως γίγαντας φυσικού αερίου, ο Δίας δεν έχει πραγματική επιφάνεια. Αν κάποιος στάθηκε πάνω του, απλά θα βυθίζονταν μέχρι να φτάσουν τελικά στον (θεωρητικό) συμπαγή πυρήνα του. Ως αποτέλεσμα, η επιφανειακή βαρύτητα του Δία (η οποία ορίζεται ως η δύναμη της βαρύτητας στις κορυφές του νέφους), είναι 24,79 m / s ή 2,528 g.
Βαρύτητα στον Κρόνο:
Όπως ο Δίας, ο Κρόνος είναι ένας τεράστιος γίγαντας φυσικού αερίου που είναι σημαντικά μεγαλύτερος και πιο ογκώδης από τη Γη, αλλά πολύ λιγότερο πυκνός. Εν ολίγοις, η μέση ακτίνα είναι 58232 ± 6 km (9,13 Earths), η μάζα του είναι 5,6846 × 1026 kg (95,15 φορές μεγαλύτερο) και έχει πυκνότητα 0,687 g / cm3. Ως αποτέλεσμα, η επιφανειακή βαρύτητά της (και πάλι, μετρούμενη από την κορυφή των νεφών της) είναι λίγο περισσότερο από τη Γη, που είναι 10,44 m / s² (ή 1,065 g).
Βαρύτητα στον Ουρανό:
Με μέση ακτίνα 25.360 km και μάζα 8,68 × 1025 kg, ο Ουρανός είναι περίπου 4 φορές το μέγεθος της Γης και 14,536 φορές πιο ογκώδης. Ωστόσο, ως γίγαντας αερίου, η πυκνότητά του (1,27 g / cm3) είναι σημαντικά χαμηλότερη από τη Γη. Ως εκ τούτου, γιατί η επιφανειακή της βαρύτητα (μετρούμενη από τις κορυφές του σύννεφου) είναι ελαφρώς ασθενέστερη από τη Γη - 8,69 m / s2ή 0,886 g.
Βαρύτητα στον Ποσειδώνα:
Με μέση ακτίνα 24.622 ± 19 km και μάζα 1.0243 × 1026 kg, ο Ποσειδώνας είναι ο τέταρτος μεγαλύτερος πλανήτης στο Ηλιακό Σύστημα. Συνολικά, είναι 3,86 φορές το μέγεθος της Γης και 17 φορές μεγαλύτερη. Όμως, ως γίγαντας φυσικού αερίου, έχει χαμηλή πυκνότητα 1,638 g / cm3. Όλα αυτά επιφέρουν επιφανειακή βαρύτητα 11,15 m / s2 (ή 1,14 g), το οποίο μετριέται ξανά στις κορυφές σύννεφων του Ποσειδώνα.
Συνολικά, η βαρύτητα τρέχει το φάσμα εδώ στο Ηλιακό Σύστημα, που κυμαίνεται από 0,38 g στον Ερμή και τον Άρη έως τα ισχυρά 2.528 g πάνω από τα σύννεφα του Δία. Και στο φεγγάρι, αν οι αστροναύτες έχουν αποτολμήσει, είναι ένα πολύ ήπιο 0,1654 g, το οποίο επέτρεψε από μερικά διασκεδαστικά πειράματα σε σχεδόν χωρίς βάρος!
Η κατανόηση της επίδρασης της μηδενικής βαρύτητας στο ανθρώπινο σώμα ήταν ουσιώδης για τα διαστημικά ταξίδια, ειδικά όσον αφορά τις αποστολές μεγάλης διάρκειας σε τροχιά και στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό. Τις επόμενες δεκαετίες, το να ξέρεις πώς να το προσομοιώσεις θα είναι χρήσιμο όταν αρχίζουμε να στέλνουμε αστροναύτες σε αποστολές βαθιού διαστήματος.
Και φυσικά, η γνώση του πόσο ισχυρή είναι σε άλλους πλανήτες θα είναι απαραίτητη για επανδρωμένες αποστολές (και ίσως ακόμη και για την εγκατάσταση) εκεί. Δεδομένου ότι η ανθρωπότητα εξελίχθηκε σε περιβάλλον 1 g, γνωρίζοντας πώς θα πετάμε σε πλανήτες που έχουν μόνο ένα κλάσμα της βαρύτητας θα μπορούσε να σημαίνει τη διαφορά μεταξύ ζωής και θανάτου.
Έχουμε γράψει πολλά ενδιαφέροντα άρθρα για τη βαρύτητα εδώ στο Space Magazine. Εδώ είναι πόσο γρήγορα είναι η βαρύτητα;, από πού προέρχεται η βαρύτητα; και πώς ξέρουμε ότι η βαρύτητα δεν είναι (απλά) δύναμη.
Και εδώ μπορούμε να κάνουμε τεχνητή βαρύτητα; και Το "Spooky Action" ορίζει τη βαρύτητα;
Για περισσότερες πληροφορίες, ανατρέξτε στη σελίδα της NASA με τίτλο "The Constant Pull of Gravity" και ο νόμος της βαρύτητας του Νεύτωνα.
Το Astronomy Cast έχει επίσης ένα επεισόδιο, με τίτλο Episode 102: Gravity.
