Tyngdekraft är en grundläggande fysikkraft, en som vi jordgubbar tenderar att ta för givet. Du kan inte klandra oss riktigt. Efter att ha utvecklats under miljontals år i jordens miljö är vi vana att leva med ett stabilt 1 g (eller 9,8 m / s²). Men för dem som har gått ut i rymden eller satt foten på månen är allvar allvarlig och dyrbar sak.
I grund och botten är tyngdkraften beroende av massa, där allt - från stjärnor, planeter och galaxer till ljus och subatomära partiklar - dras till varandra. Beroende på objektets storlek, massa och densitet varierar gravitationskraften som den utövar. Och när det gäller planeterna i vårt solsystem, som varierar i storlek och massa, varierar tyngdkraften på deras ytor avsevärt.
Till exempel motsvarar jordens tyngdkraft, som redan nämnts, 9,80665 m / s² (eller 32,174 ft / s²). Detta innebär att ett föremål, om det hålls över marken och släppa taget, kommer att accelerera mot ytan med en hastighet av cirka 9,8 meter för varje sekund med fritt fall. Detta är standarden för att mäta tyngdkraften på andra planeter, som också uttrycks som en enda g.
I enlighet med Isaac Newtons lag om universell gravitation kan gravitationsattraktionen mellan två kroppar uttryckas matematiskt som F = G (m ^ m / r ^) - varF är kraften, m1 och m2 är massorna av föremål som interagerar, r är avståndet mellan massorna och massorna G är gravitationskonstanten (6,674 × 10-11 N m2/ kg2 ).
Baserat på deras storlekar och massor uttrycks tyngdkraften på en annan planet ofta i termer av g enheter såväl som vad gäller hastigheten för fritt fall acceleration. Så hur exakt staplar planeterna i vårt solsystem upp när det gäller deras tyngdkraft jämfört med jorden? Så här:
Gravity on Mercury:
Med en medelradie på cirka 2,440 km och en massa av 3,30 × 1023 kg, kvicksilver är ungefär 0,383 gånger jordens storlek och endast 0,055 så massiv. Detta gör Merkurius till den minsta och minst massiva planeten i solsystemet. Tack vare sin höga täthet - en robust 5.427 g / cm3, vilket är bara något lägre än Jordens 5,514 g / cm3 - Kvicksilver har en ytvikt på 3,7 m / s², vilket motsvarar 0,38 g.
Gravity on Venus:
Venus liknar jorden på många sätt, varför den ofta kallas ”jordens tvilling”. Med en medelradie på 4,6023 × 108 km2, en massa av 4,88675 × 1024 kg och en densitet av 5,243 g / cm3, Venus är ekvivalent i storlek till 0,9499 jordar, 0,815 gånger så massiv och ungefär 0,95 gånger så tät. Därför är det ingen överraskning varför tyngdkraften på Venus är mycket nära jordens - 8,87 m / s2eller 0,904 g.
Gravity on the Moon:
Detta är en astronomisk kropp där människor har kunnat testa effekterna av minskad tyngdkraft personligen. Beräkningar baserade på dess genomsnittliga radie (1737 km), massa (7.3477 x 10²² kg) och densitet (3.3464 g / cm³) och uppdragen som utförts av Apollo-astronauterna, har ytvärdet på månen uppmättts till 1,62 m / s2 eller 0,1665 g.
Gravity on Mars:
Mars liknar också jorden i många viktiga avseenden. När det gäller storlek, massa och densitet är Mars dock relativt liten. Faktum är att den genomsnittliga radien på 3.389 km motsvarar ungefär 0,53 jordar, medan dess massa (6.4171 × 1023 kg) är bara 0,107 jordar. Dess densitet är under tiden cirka 0,71 av jorden, som kommer in på en relativt blygsam 3,93 g / cm³. På grund av detta har Mars 0,38 gånger tyngdkraften på jorden, som fungerar till 3,711 m / s².
Gravity on Jupiter:
Jupiter är den största och massivaste planeten i solsystemet. Dess genomsnittliga radie, vid 69 911 ± 6 km, gör den 10,97 gånger jordens storlek, medan dess massa (1,8986 × 10)27 kg) motsvarar 317,8 jordar. Men som en gasgigant, är Jupiter naturligtvis mindre tät än jorden och andra markplaneter, med en medeltäthet av 1,326 g / cm3.
Dessutom har Jupiter, som en gasjätt, inte en riktig yta. Om man skulle stå på den, skulle de helt enkelt sjunka tills de så småningom kom till dess (teoretiserade) fasta kärna. Som ett resultat är Jupiters yttyngd (som definieras som tyngdkraften vid sina molntoppar) 24,79 m / s, eller 2,528 g.
Gravitet på Saturnus:
Liksom Jupiter är Saturnus en enorm gasjätt som är betydligt större och mer massiv än jorden, men mycket mindre tät. Kort sagt, dess genomsnittliga radie är 58232 ± 6 km (9,13 jordar), dess massa är 5,6846 × 1026 kg (95,15 gånger så massiv) och har en densitet av 0,687 g / cm3. Som ett resultat är dess yttyngd (återigen, uppmätt från toppen av sina moln) bara något mer än Jordens, vilket är 10,44 m / s² (eller 1,065 g).
Gravitet på Uranus:
Med en medelradius på 25.360 km och en massa på 8.68 × 1025 kg, Uranus är ungefär 4 gånger storleken på jorden och 14.536 gånger så massiv. Som gasgigant är dess densitet (1,27 g / cm)3) är betydligt lägre än jordens. Därför varför dess yttyngd (mätt från sina molntoppar) är något svagare än jordens - 8,69 m / s2eller 0,886 g.
Gravity on Neptune:
Med en medelradie på 24 622 ± 19 km och en massa av 1.0243 × 1026 kg, är Neptune den fjärde största planeten i solsystemet. Sammantaget är den 3,86 gånger storleken på jorden och 17 gånger så massiv. Men som gasjätt har den en låg densitet på 1.638 g / cm3. Allt detta fungerar till en yttyngd av 11,15 m / s2 (eller 1,14 g), som återigen mäts vid Neptunes molntoppar.
Sammantaget kör tyngdkraften spektrumet här i solsystemet, från 0,38 g på Merkurius och Mars till kraftfulla 2,528 g på toppen av Jupiters moln. Och på månen, om astronauter har vågat sig, är det en mycket mild 0.1654 g, som tillät från några roliga experiment i nästan viktlöshet!
Att förstå effekten av noll-tyngdkraft på människokroppen har varit avgörande för rymdresan, särskilt när det gäller långvariga uppdrag i omloppsbana och för den internationella rymdstationen. Under de kommande decennierna kommer det att vara praktiskt att veta hur man simulerar det när vi börjar skicka astronauter på djupa rymdsuppdrag.
Och att veta hur stark det är på andra planeter kommer naturligtvis att vara avgörande för bemannade uppdrag (och kanske till och med bosättning) där. Med tanke på att mänskligheten utvecklats i en 1 g miljö, att veta hur vi kommer att resa på planeter som bara har en bråkdel av tyngdkraften kan betyda skillnaden mellan liv och död.
Vi har skrivit många intressanta artiklar om gravitation här på Space Magazine. Här är hur snabb är tyngdkraften ?, Var kommer tyngdkraften ifrån? och hur vi vet att tyngdkraften inte är (bara) en kraft.
Och här kan vi göra konstgjord tyngdkraft? och definierar "Spooky Action" Gravity?
För mer information, kolla in NASAs sida med titeln "The Constant Pull of Gravity" och Newtons tyngdelag.
Astronomy Cast har också ett avsnitt med titeln Episode 102: Gravity.
