وزنك على الكواكب الأخرى: كيف تغير الجاذبية كل شيء

قف على ميزان الحمام ويقرأ 160 جنيهًا. يبدو هذا الرقم كخاصية ثابتة لجسمك، لكنه ليس كذلك، فهو نتيجة لجاذبية الأرض التي تسحب كتلتك. خذ نفس الجسم إلى المريخ وسيقرأ الميزان 61 رطلاً. على كوكب المشتري يقرأ 405 جنيه. على سطح الشمس، إذا تمكنت من البقاء على قيد الحياة للحظة واحدة، فسوف يصل وزنك إلى 4464 رطلًا تقريبًا. جسمك لم يتغير على الإطلاق. الجاذبية فقط لديها.

الوزن مقابل الكتلة: الفرق الرئيسي

الكتلة هي كمية المادة الموجودة في جسمك، وتقاس بالكيلو جرام. إنه ثابت في جميع أنحاء الكون. شخص وزنه 70 كجم، كتلته 70 كجم على الأرض، وعلى المريخ، وفي الفضاء السحيق، وعلى سطح بلوتو.

الوزن هو القوة التي تؤثر بها الجاذبية على تلك الكتلة. ويتم حسابها على النحو التالي:

Weight (N) = Mass (kg) × Gravitational acceleration (m/s²)

على الأرض، يبلغ تسارع الجاذبية على السطح حوالي 9.8 م/ث² (غالبًا ما يُكتب بـ 1 جرام). شخص وزنه 70 كجم وزنه :

Weight = 70 kg × 9.8 m/s² = 686 Newtons = 70 kg-force

عندما نقول أن شخصًا ما "يزن 70 كجم"، فإننا نستخدم بشكل غير رسمي وحدات الكتلة للوزن - وهو ما يعمل بشكل جيد على الأرض، حيث g ثابت. في اللحظة التي تسافر فيها إلى مكان آخر، يصبح التمييز ضروريًا.

الجاذبية السطحية لكل كوكب

تعتمد الجاذبية السطحية على كتلة الكوكب ونصف قطره. الكتلة الأكبر تزيد من الجاذبية. نصف القطر الأكبر يقلل منه (أنت أبعد عن مركز الكتلة). وهذا هو السبب في أن زحل، على الرغم من كونه أضخم من الأرض بحوالي 100 مرة، إلا أن جاذبيته السطحية أعلى بقليل من جاذبية الأرض - ونصف قطره الهائل يعوض ذلك.

Body	Surface Gravity (relative to Earth)	m/s²	Your Weight if 70 kg on Earth
Sun	27.9g	273.7	1,953 kg (19,159 N)
Mercury	0.38g	3.72	26.6 kg
Venus	0.91g	8.87	63.7 kg
Earth	1.00g	9.80	70.0 kg
Moon	0.166g	1.62	11.6 kg
Mars	0.38g	3.72	26.6 kg
Jupiter	2.53g	24.8	177.1 kg
Saturn	1.07g	10.4	74.9 kg
Uranus	0.89g	8.69	62.3 kg
Neptune	1.14g	11.15	79.8 kg
Pluto	0.063g	0.62	4.4 kg

ملحوظة: المشتري وزحل وأورانوس ونبتون هي عمالقة غازية ليس لها سطح صلب. تمثل قيم "الجاذبية السطحية" أعلاه الجاذبية عند قمم السحب، المحددة عند ضغط جوي قدره 1 بار. لا يمكنك الوقوف على هذه الكواكب.

الصيغة: الوزن على كوكب آخر

التحويل واضح ومباشر:

Weight_planet = Weight_Earth × (g_planet / g_Earth)

أو ما يعادلها باستخدام نسبة الجاذبية مباشرة:

Weight_planet (kg) = Mass (kg) × g_planet_ratio

مثال عملي — شخص وزنه 70 كجم على المريخ:

Mars gravity = 0.38g
Weight on Mars = 70 kg × 0.38 = 26.6 kg
In Newtons: 70 kg × 3.72 m/s² = 260.4 N

مثال عملي — شخص وزنه 85 كجم على نبتون:

Neptune gravity = 1.14g
Weight on Neptune = 85 kg × 1.14 = 96.9 kg
In Newtons: 85 kg × 11.15 m/s² = 947.75 N

أمثلة ممتعة: القفز على ارتفاعات على كل كوكب

يعتمد مدى ارتفاع القفزة بشكل عكسي على الجاذبية السطحية. إذا استطعت القفز مسافة 0.5 متر (حوالي 20 بوصة) على الأرض، فإن نفس المجهود العضلي يأخذك إلى:

Jump height on planet = Jump height on Earth × (g_Earth / g_planet)

مقارنة ارتفاع القفز (خط الأساس: 0.5 متر قفزة على الأرض):

Body	Jump Height	Notes
Moon	3.0 m (9.8 ft)	Nearly 3 times your height
Mars	1.32 m (4.3 ft)	Like jumping onto a high table
Mercury	1.32 m (4.3 ft)	Same as Mars — identical gravity
Venus	0.55 m (1.8 ft)	Nearly Earth-like
Jupiter	0.20 m (7.9 in)	Barely off the ground
Pluto	7.9 m (26 ft)	Higher than a 2-story building

على القمر، تُترجم القفزة العمودية بمقدار 0.5 متر على الأرض إلى قفزة قدرها 3 أمتار. قام رواد فضاء أبولو بتوثيق هذه التجربة - على الرغم من ارتداء بدلات فضائية ضخمة تضيف أكثر من 80 كجم من الكتلة، إلا أنه يمكنهم بسهولة القفز مسافة 1-2 قدم من سطح القمر ويستغرقون عدة ثوانٍ للهبوط. أصبح الركض ببدلة فضائية تجربة محدودة وبطيئة الحركة.

لماذا سيتم سحقك على كوكب المشتري

يبدو أن الجاذبية السطحية لكوكب المشتري البالغة 2.53 جرامًا يمكن النجاة منها، ففي نهاية المطاف، يواجه الرياضيون بشكل روتيني 2-3 جرامًا أثناء النشاط المكثف. لكن هناك العديد من العوامل المركبة التي تجعل كوكب المشتري عدائيًا بشكل قاتل:

لا يوجد سطح صلب. كوكب المشتري هو عملاق غازي. عند النزول إلى غلافه الجوي، يزداد الضغط بشكل كبير. وفي الأعماق التي يمكن الوصول إليها بواسطة المسبار، تصل الضغوط إلى ملايين الأجواء. سيتم سحق أي هيكل مادي قبل الوصول إلى أي سطح.

الضغط الجوي الساحق. يبلغ ضغط الغلاف الجوي لكوكب المشتري عند مستوى قمة السحابة 1 بار، وهو ما يشبه مستوى سطح البحر على الأرض. وعلى عمق 100 كيلومتر فقط يصل الضغط إلى 1000 بار. المواد القوية بما يكفي لتحمل مثل هذه الض��وط غير موجودة في الهياكل الهندسية.

**تأثير 2.53 جرام على جسم الإنسان. ** التعرض المستمر لـ 2.5 جرام يسبب إجهاد القلب والأوعية الدموية حيث يجب على القلب أن يعمل بجهد أكبر لضخ الدم إلى أعلى إلى الدماغ. تؤدي الفترات الممتدة عند 2 جرام + إلى انخفاض ضغط الدم الانتصابي وتضخم القلب والأوعية الدموية وفي النهاية فشل القلب. وحتى لو تمت السيطرة على جميع العوامل الأخرى، فإن 2.53 جرامًا مستدامًا لا يتوافق مع سكن الإنسان على المدى ال��ويل.

الإشعاع. يحبس المجال المغناطيسي لكوكب المشتري أحزمة إشعاع مكثفة أكثر نشاطًا بكثير من أحزمة فان ألين الموجودة على الأرض. سيتلقى الإنسان داخل البيئة الإشعاعية لكوكب المشتري جرعة مميتة في غضون ساعات.

القمر والمريخ: الموائل البشرية المستقبلية

القمر والمريخ هما الجسمان الوحيدان في نظامنا الشمسي حيث يكون الاستعمار البشري على المدى القريب معقولًا من الناحية العلمية. كلاهما يتمتعان بجاذبية أقل بكثير من جاذبية الأرض، مما يخلق تحديات فسيولوجية كبيرة:

ضمور العضلات: على القمر (0.166 جم) والمريخ (0.38 جم)، يقل الجهد العضلي المطلوب للحركة الطبيعية بشكل كبير. وبدون التدابير المضادة، تضعف العضلات والعظام بسبب انخفاض القدرة على التحمل. رواد الفضاء في محطة الفضاء الدولية الذين يقضون 6 أشهر بوزن 0 جرام يفقدون 1-2% من كثافة العظام شهريًا دون ممارسة تمارين مكثفة.

فقدان كثافة العظام: تستجيب العظام الحاملة للوزن (العمود الفقري والورك وعظم الفخذ) لحمل الجاذبية من خلال الحفاظ على كثافتها. عند 0.38 جرام، يقل التحفيز ولكنه لا يزال موجودًا، ومن المتوقع أن يكون المريخ أفضل لصحة العظام من الجاذبية الصغرى ولكنه أسوأ من الأرض. تشير التقديرات إلى أن فقدان العظام الناتج عن جاذبية المريخ قد يتطلب تمرينًا تكميليًا ربما بنسبة 60% من الشدة المطلوبة في محطة الفضاء الدولية.

الآثار التنموية: إن تأثيرات الجاذبية الجزئية على نمو الجنين والطفولة غير معروفة تمامًا. تظهر الدراسات التي أجريت على الحيوانات في الجاذبية الصغرى وجود تشوهات في النمو، ولكن لا توجد دراسات طويلة المدى للجاذبية الجزئية. قد تدعم أو لا تدعم بيئة المريخ التي يبلغ وزنها 0.38 جرامًا التطور البشري الطبيعي - وهذا يمثل أحد أهم الأمور المجهولة لأي مستعمرة متعددة الأجيال.

تحولات السوائل: يقوم نظام القلب والأوعية الدموية البشري بإعادة توزيع السوائل تحت الجاذبية. في البيئات منخفضة الجاذبية، تنتقل السوائل نحو الجزء العلوي من الجسم والرأس، مما يسبب انتفاخ الوجه، واحتقان الأنف، وتغيرات في الرؤية (بسبب زيادة الضغط داخل الجمجمة)، وتغيرات في وظائف الكلى. وقد تم توثيق هذه التأثيرات على نطاق واسع على محطة الفضاء الدولية، وستكون موجودة ولكنها أقل حدة عند مستويات الجاذبية المريخية.

إن التناقض بين 0.38 جرام على المريخ و1.0 جرام على الأرض يعني أن البشر الذين يقضون سنوات أو عقودًا على المريخ قد يصبحون متكيفين من الناحية الفسيولوجية مع الجاذبية المريخية ويجدون أن جاذبية الأرض - موطن أجدادهم - لا تطاق جسديًا عند العودة.