Painovoima on fysiikan perusvoima, jonka me, Earthlings, pidämme itsestään selvänä. Et voi oikeasti syyttää meitä. Koska olemme kehittyneet miljardien vuosien ajan maan ympäristössä, olemme tottuneet elämään tasaisen 1 g: n (tai 9,8 m / s²) vetovoimalla. Niille, jotka ovat menneet avaruuteen tai asettaneet jalkansa kuuhun, painovoima on kuitenkin erittäin heikko ja arvokas asia.
Periaatteessa painovoima on riippuvainen massasta, jossa kaikki asiat - tähtiistä, planeetoista ja galakseista valon ja alaatomien hiukkasiin - vetävät toisiaan. Kohteen koosta, massasta ja tiheydestä riippuen sen käyttämä gravitaatiovoima vaihtelee. Ja kun kyse on aurinkokunnan järjestelmämme planeetoista, joiden koko ja massa vaihtelevat, painovoiman lujuus niiden pinnoilla vaihtelee huomattavasti.
Esimerkiksi maapallon painovoima, kuten jo todettiin, vastaa 9,80665 m / s² (tai 32,174 ft / s²). Tämä tarkoittaa, että esine, joka pidetään maan yläpuolella ja päästään irti, kiihtyy kohti pintaa nopeudella noin 9,8 metriä jokaista vapaata pudotusta kohden. Tämä on standardi muiden planeettojen painovoiman mittaamiseksi, joka ilmaistaan myös yhtenä g: nä.
Isaac Newtonin universaalin gravitaation lain mukaisesti kahden ruumiin välinen gravitaatiovoima voidaan ilmaista matemaattisesti F = G (m¹m² / r²) - missäF on voima, m1 ja m2 ovat vuorovaikutuksessa olevien esineiden massat, R on massa massakeskipisteiden ja etäisyyden välillä G on gravitaatiovakio (6,664 × 10-11 N m2/ kg2 ).
Toisen planeetan painovoima ilmaistaan niiden koon ja massan perusteella usein ilmaistuna g yksikköä sekä vapaan pudotuksen kiihtyvyyden suhteen. Joten miten aurinkokunnan planeettamme tarkalleen pinottuvat painovoimansa suhteen maapallon kanssa? Kuten tämä:
Elohopean painovoima:
Keskimääräinen säde on noin 2 440 km ja massa 3,30 × 1023 kg, elohopea on noin 0,383 kertaa maapallon kokoinen ja vain 0,055 yhtä massiivinen. Tämä tekee elohopeasta pienimmän ja vähiten massiivisen planeetan aurinkokunnassa. Kuitenkin suuren tiheyden ansiosta - kestävä 5,427 g / cm3, joka on vain vähän alempi kuin Maan 5,514 g / cm3 - Elohopean pintapaino on 3,7 m / s², mikä vastaa 0,38 g.
Painovoima Venuksessa:
Venus on monella tapaa samanlainen kuin Maa, minkä vuoksi sitä kutsutaan usein ”Maan kaksoiseksi”. Keskimääräinen säde 4,6023 × 108 km2, massa 4,8675 x 1024 kg ja tiheys 5,243 g / cm3, Venuksen koko on yhtä suuri kuin 0,9499 maata, 0,815 kertaa niin massiivinen ja noin 0,95 kertaa tiheä. Siksi ei ole yllättävää, miksi Venuksen painovoima on hyvin lähellä Maan - 8,87 m / s2tai 0,904 g.
Kuun painovoima:
Tämä on yksi tähtitieteellinen elin, jossa ihmiset ovat voineet testata vähentyneen painovoiman vaikutukset henkilökohtaisesti. Laskelmat, jotka perustuvat sen keskimääräiseen säteeseen (1737 km), massaan (7,3477 x 10²² kg) ja tiheyteen (3,3464 g / cm³) sekä Apollo-astronautien suorittamiin tehtäviin, Kuun pintapainoksi on mitattu 1,62 m / s2 tai 0,1654 g.
Painovoima Marsilla:
Mars on myös monessa avainasemassa samanlainen kuin Maa. Koon, massan ja tiheyden suhteen Mars on kuitenkin suhteellisen pieni. Itse asiassa sen keskimääräinen säde 3 389 km vastaa suunnilleen 0,53 maata, kun taas sen massa (6,4171 × 1023 kg) on vain 0,107 maata. Sillä välin sen tiheys on noin 0,71 maapallosta, tulo suhteellisen vaatimattomalla 3,93 g / cm3. Tämän takia Marsilla on 0,38-kertainen maapallon painovoima, joka on 3,711 m / s².
Painovoima Jupiterilla:
Jupiter on aurinkokunnan suurin ja massiivisin planeetta. Sen keskimääräinen säde, 69 911 ± 6 km, tekee siitä 10,97 kertaa maan koko, kun taas sen massa (1,8986 × 1027 kg) vastaa 317,8 maata. Mutta koska kaasu jättiläinen, Jupiter on luonnollisesti vähemmän tiheä kuin Maa ja muut maanpäälliset planeetat, keskimääräinen tiheys 1,326 g / cm3.
Lisäksi Jupiterilla, joka on kaasu jättiläinen, ei ole todellista pintaa. Jos joku seistä sen päällä, he vain upposivat, kunnes lopulta saapuivat sen (teoretisoituun) kiinteään ytimeen. Seurauksena on, että Jupiterin pintapaino (joka määritellään painovoimaksi pilvikannoillaan) on 24,79 m / s tai 2,528 g.
Painovoima Saturnuksessa:
Kuten Jupiter, myös Saturnus on valtava kaasujätte, joka on huomattavasti suurempi ja massiivisempi kuin Maa, mutta paljon vähemmän tiheä. Lyhyesti sanottuna sen keskimääräinen säde on 58232 ± 6 km (9,13 maata), sen massa on 5,6846 × 10.26 kg (95,15 kertaa massiivisempi), ja sen tiheys on 0,687 g / cm3. Seurauksena on, että sen pintapaino (jälleen pilvien yläosasta mitattuna) on vain hiukan enemmän kuin Maan, mikä on 10,44 m / s² (tai 1,065 g).
Uraanin painovoima:
Keskimääräinen säde 25 360 km ja massa 8,68 × 1025 kg, Uranus on noin 4 kertaa maapallon koko ja 14 536 kertaa yhtä massiivinen. Kuitenkin kaasu jättiläisenä sen tiheys (1,27 g / cm2)3) on huomattavasti alempi kuin maan päällä. Miksi sen pintapaino (mitattu pilvipeiteistä) on hiukan heikompi kuin Maan - 8,69 m / s2tai 0,886 g.
Painovoima Neptune:
Keskimääräinen säde 24,622 ± 19 km ja massa 1,0243 × 1026 kg, Neptunus on aurinkojärjestelmän neljänneksi suurin planeetta. Kaiken kaikkiaan se on 3,86 kertaa maapallon kokoinen ja 17 kertaa niin massiivinen. Mutta koska se on kaasu jättiläinen, sen tiheys on alhainen - 1,638 g / cm3. Kaikki tämä toimii pinnan painovoimalla 11,15 m / s2 (tai 1,14 g), joka mitataan jälleen Neptunuksen pilvipeitteillä.
Kaiken kaikkiaan painovoima kuljettaa alueen aurinkokunnassa, vaihteleen 0,38 grammasta elohopeaa ja Marsia voimakkaaseen 2,528 grammaan Jupiterin pilvien yläpuolella. Ja Kuussa, jos astronautit ovat uskaltautuneet, se on erittäin lievä 0,1654 g, joka salli joitain hauskoja kokeita lähes painottomuudessa!
Nollagravitaation vaikutus ihmiskehoon on ollut olennaista avaruusmatkoilla, etenkin kun kyseessä ovat pitkät kiertoradalla tehtävät tehtävät ja kansainvälinen avaruusasema. Tulevina vuosikymmeninä siitä, että osaamme simuloida sitä, on hyötyä, kun aloitamme astronauttien lähettämistä syvän avaruuden tehtäviin.
Ja tietysti sen tiedostaminen, kuinka vahva se on muilla planeetoilla, on välttämätöntä siellä tehtävissä miehitetyissä tehtävissä (ja ehkä jopa asutuksessa). Kun otetaan huomioon, että ihmiskunta kehittyi 1 gramman ympäristössä, tietäminen siitä, kuinka me pärjäämme planeetoilla, joilla on vain murto-osa painovoimasta, voisi tarkoittaa eroa elämän ja kuoleman välillä.
Olemme kirjoittaneet monia mielenkiintoisia artikkeleita painovoimasta täällä Space Magazine -lehdessä. Tässä on kuinka nopea on painovoima ?, mistä painovoima tulee? ja kuinka me tiedämme, että painovoima ei ole (vain) voimaa.
Ja tässä on, voisimmeko tehdä keinotekoisen painovoiman? ja määritteleekö "Spooky Action" painovoiman?
Lisätietoja saat NASA: n sivulta, jonka otsikko on ”Jatkuva painovoiman vetäminen” ja Newtonin painolaki.
Astronomy Cast -teoksella on myös jakso, jonka otsikko on Episode 102: Gravity.
