Die Schwerkraft ist eine grundlegende Kraft der Physik, die wir Erdlinge für selbstverständlich halten. Sie können uns nicht wirklich die Schuld geben. Nachdem wir uns im Laufe von Milliarden von Jahren in der Umwelt der Erde entwickelt haben, sind wir es gewohnt, mit einer Zugkraft von 1 g (oder 9,8 m / s²) zu leben. Für diejenigen, die in den Weltraum gegangen sind oder den Mond betreten haben, ist die Schwerkraft jedoch eine sehr schwache und kostbare Sache.
Grundsätzlich ist die Schwerkraft von der Masse abhängig, in der alle Dinge - von Sternen, Planeten und Galaxien bis hin zu Licht und subatomaren Teilchen - voneinander angezogen werden. Abhängig von der Größe, Masse und Dichte des Objekts variiert die Gravitationskraft, die es ausübt. Und wenn es um die Planeten unseres Sonnensystems geht, die sich in Größe und Masse unterscheiden, variiert die Schwerkraft auf ihren Oberflächen erheblich.
Zum Beispiel entspricht die Schwerkraft der Erde, wie bereits erwähnt, 9,80665 m / s² (oder 32,174 ft / s²). Dies bedeutet, dass ein Objekt, wenn es über dem Boden gehalten und losgelassen wird, für jede Sekunde des freien Falls mit einer Geschwindigkeit von etwa 9,8 Metern zur Oberfläche beschleunigt. Dies ist der Standard zur Messung der Schwerkraft auf anderen Planeten, der auch als einzelnes g ausgedrückt wird.
In Übereinstimmung mit Isaac Newtons Gesetz der universellen Gravitation kann die Anziehungskraft zwischen zwei Körpern mathematisch ausgedrückt werden als F = G (m¹m² / r²) - woF. ist die Kraft, m1 und m2 Sind die Massen der Objekte wechselwirkend? r ist der Abstand zwischen den Massenschwerpunkten und G ist die Gravitationskonstante (6,674 × 10-11 N m2/kg2 ).
Aufgrund ihrer Größe und Masse wird die Schwerkraft auf einem anderen Planeten häufig in Form von ausgedrückt G Einheiten sowie in Bezug auf die Geschwindigkeit der Beschleunigung im freien Fall. Wie genau stapeln sich die Planeten unseres Sonnensystems in Bezug auf ihre Schwerkraft im Vergleich zur Erde? So was:
Schwerkraft auf Quecksilber:
Mit einem mittleren Radius von ca. 2.440 km und einer Masse von 3,30 × 1023 kg, Quecksilber ist ungefähr 0,383 mal so groß wie die Erde und nur 0,055 so massereich. Dies macht Merkur zum kleinsten und am wenigsten massiven Planeten im Sonnensystem. Dank seiner hohen Dichte - robuste 5,427 g / cm3, was nur geringfügig unter den 5,514 g / cm der Erde liegt3 - Quecksilber hat eine Oberflächengravitation von 3,7 m / s², was 0,38 entspricht G.
Schwerkraft auf der Venus:
Die Venus ähnelt der Erde in vielerlei Hinsicht, weshalb sie oft als "Zwilling der Erde" bezeichnet wird. Mit einem mittleren Radius von 4,6023 × 108 km2eine Masse von 4,8675 × 1024 kg und eine Dichte von 5,243 g / cm3Die Venus entspricht einer Größe von 0,9499 Erden, ist 0,815-mal so massiv und ungefähr 0,95-mal so dicht. Daher ist es nicht verwunderlich, dass die Schwerkraft auf der Venus der der Erde sehr nahe kommt - 8,87 m / s2oder 0,904 G.
Schwerkraft auf dem Mond:
Dies ist ein astronomischer Körper, in dem Menschen die Auswirkungen einer verminderten Schwerkraft persönlich testen konnten. Berechnungen basierend auf dem mittleren Radius (1737 km), der Masse (7,3477 x 10²² kg) und der Dichte (3,3464 g / cm³) sowie den von den Apollo-Astronauten durchgeführten Missionen wurde die Oberflächengravitation auf dem Mond mit 1,62 m gemessen / s2 oder 0,1654 g.
Schwerkraft auf dem Mars:
Der Mars ähnelt der Erde auch in vielerlei Hinsicht. In Bezug auf Größe, Masse und Dichte ist der Mars jedoch vergleichsweise klein. Tatsächlich entspricht sein mittlerer Radius von 3,389 km ungefähr 0,53 Erden, während seine Masse (6,4171 × 10) entspricht23 kg) beträgt nur 0,107 Erden. Seine Dichte liegt mittlerweile bei etwa 71 der Erde und liegt bei relativ bescheidenen 3,93 g / cm³. Aus diesem Grund hat der Mars die 0,38-fache Schwerkraft der Erde, was 3,711 m / s² entspricht.
Schwerkraft auf Jupiter:
Jupiter ist der größte und massereichste Planet im Sonnensystem. Sein mittlerer Radius von 69.911 ± 6 km macht ihn 10,97 mal so groß wie die Erde, während seine Masse 1,8986 × 10 beträgt27 kg) entspricht 317,8 Erden. Als Gasriese ist Jupiter von Natur aus weniger dicht als die Erde und andere terrestrische Planeten mit einer mittleren Dichte von 1,326 g / cm3.
Darüber hinaus hat Jupiter als Gasriese keine echte Oberfläche. Wenn man darauf stehen würde, würden sie einfach sinken, bis sie schließlich zu ihrem (theoretisierten) festen Kern gelangen. Infolgedessen beträgt die Oberflächengravitation von Jupiter (definiert als die Schwerkraft an den Wolkendecken) 24,79 m / s oder 2,528 g.
Schwerkraft auf dem Saturn:
Saturn ist wie Jupiter ein riesiger Gasriese, der bedeutend größer und massereicher als die Erde ist, aber weit weniger dicht. Kurz gesagt, sein mittlerer Radius beträgt 58232 ± 6 km (9,13 Erden), seine Masse beträgt 5,6846 × 1026 kg (95,15-mal so massiv) und hat eine Dichte von 0,687 g / cm3. Infolgedessen ist seine Oberflächengravitation (wiederum gemessen von der Wolkendecke) nur geringfügig höher als die der Erde, was 10,44 m / s² (oder 1,065 g) entspricht.
Schwerkraft auf Uranus:
Mit einem mittleren Radius von 25.360 km und einer Masse von 8,68 × 1025 kg, Uranus ist ungefähr viermal so groß wie die Erde und 14.536 mal so massereich. Als Gasriese ist seine Dichte jedoch (1,27 g / cm3) ist deutlich niedriger als die der Erde. Daher ist seine Oberflächengravitation (gemessen von seinen Wolkendecken) etwas schwächer als die der Erde - 8,69 m / s2oder 0,886 g.
Schwerkraft auf Neptun:
Mit einem mittleren Radius von 24.622 ± 19 km und einer Masse von 1.0243 × 1026 kg, Neptun ist der viertgrößte Planet im Sonnensystem. Insgesamt ist es 3,86-mal so groß wie die Erde und 17-mal so massiv. Als Gasriese hat er jedoch eine geringe Dichte von 1,638 g / cm3. All dies ergibt eine Oberflächengravitation von 11,15 m / s2 (oder 1,14 g), die wiederum an den Wolkendecken von Neptun gemessen wird.
Alles in allem spielt die Schwerkraft hier im Sonnensystem die Hauptrolle und reicht von 0,38 g auf Merkur und Mars bis zu starken 2,528 g auf Jupiters Wolken. Und auf dem Mond, wo Astronauten es gewagt haben, sind es sehr milde 0,1654 g, was einige lustige Experimente in nahezu Schwerelosigkeit ermöglichte!
Das Verständnis der Auswirkungen der Schwerelosigkeit auf den menschlichen Körper war für die Raumfahrt von entscheidender Bedeutung, insbesondere bei Langzeitmissionen im Orbit und zur Internationalen Raumstation. In den kommenden Jahrzehnten wird es nützlich sein, zu wissen, wie man es simuliert, wenn wir Astronauten auf Weltraummissionen schicken.
Und natürlich ist es für bemannte Missionen (und vielleicht sogar für Siedlungen) wichtig zu wissen, wie stark es auf anderen Planeten ist. Angesichts der Tatsache, dass sich die Menschheit in einer 1-g-Umgebung entwickelt hat, könnte das Wissen darüber, wie es uns auf Planeten mit nur einem Bruchteil der Schwerkraft ergeht, den Unterschied zwischen Leben und Tod bedeuten.
Wir haben hier im Space Magazine viele interessante Artikel über die Schwerkraft geschrieben. Wie schnell ist die Schwerkraft? Woher kommt die Schwerkraft? und woher wir wissen, dass die Schwerkraft keine (nur) Kraft ist.
Und hier ist, könnten wir künstliche Schwerkraft erzeugen? und definiert "Spooky Action" die Schwerkraft?
Weitere Informationen finden Sie auf der NASA-Seite mit dem Titel "The Constant Pull of Gravity" und dem Newtonschen Gravitationsgesetz.
Astronomy Cast hat auch eine Episode mit dem Titel Episode 102: Gravity.
