Seiso kylpyhuonevaa'alla ja se lukee 160 puntaa. Tämä luku näyttää kehosi kiinteältä ominaisuutelta, mutta se ei ole - se on seurausta Maan painovoimasta, joka vetää massaasi. Vie sama ruumis Marsiin ja asteikko näyttää 61 paunaa. Jupiterilla se lukee 405 puntaa. Auringon pinnalla, jos selviytyisit hetken, se lukisi noin 4 464 puntaa. Kehosi ei ole muuttunut ollenkaan. Vain painovoimalla on.
Paino vs massa: avainero
Massa on kehosi aineen määrä kilogrammoina mitattuna. Se on vakio koko universumissa. 70 kg painavalla ihmisellä on 70 kg massaa maan päällä, Marsissa, syvässä avaruudessa ja Pluton pinnalla.
Paino on voima, jonka painovoima kohdistaa tähän massaan. Se lasketaan seuraavasti:
Weight (N) = Mass (kg) × Gravitational acceleration (m/s²)
Maapallolla gravitaatiokiihtyvyys pinnalla on noin 9,8 m/s² (kirjoitetaan usein 1g). 70 kg painava henkilö painaa:
Weight = 70 kg × 9.8 m/s² = 686 Newtons = 70 kg-force
Kun sanomme jonkun "painoa 70 kg", käytämme epävirallisesti painoyksiköitä, mikä toimii hyvin maapallolla, jossa g on vakio. Kun matkustat muualle, ero tulee välttämättömäksi.
Jokaisen planeetan pintapainovoima
Pintapaino riippuu planeetan massasta ja säteestä. Suurempi massa lisää painovoimaa; suurempi säde pienentää sitä (olet kauempana massakeskuksesta). Tästä syystä Saturnuksella, vaikka se on lähes 100 kertaa Maan massiivisempi, sen pintapainovoima on vain hieman Maan yläpuolella - sen valtava säde enemmän kuin kompensoi.
| 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 |
Huomaa: Jupiter, Saturnus, Uranus ja Neptunus ovat kaasujättiläisiä, joilla ei ole kiinteää pintaa. Yllä olevat "pintapainovoiman" arvot edustavat painovoimaa pilvien huipuissa, määriteltynä 1 baarin ilmanpaineessa. Et voi seisoa näillä planeetoilla.
Kaava: Paino toisella planeetalla
Muunnos on yksinkertainen:
Weight_planet = Weight_Earth × (g_planet / g_Earth)
Tai vastaavasti käyttämällä gravitaatiosuhdetta suoraan:
Weight_planet (kg) = Mass (kg) × g_planet_ratio
Toimitettu esimerkki – 70 kg:n ihminen Marsissa:
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
Toimitettu esimerkki – 85 kg:n henkilö Neptunuksella:
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
Hauskoja esimerkkejä: Korkeuden hyppy jokaisella planeetalla
Kuinka korkealle voit hypätä, riippuu käänteisesti pinnan painovoimasta. Jos pystyt hyppäämään 0,5 metriä (noin 20 tuumaa) maan päällä, sama lihasvoima vie sinut:
Jump height on planet = Jump height on Earth × (g_Earth / g_planet)
Hyppykorkeuden vertailu (perustaso: 0,5 metrin hyppy maan päällä):
| 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 |
Kuussa 0,5 metrin pystysuora hyppy Maan päällä tarkoittaa 3 metrin hyppyä. Apollo-astronautit dokumentoivat tämän kokemuksen – vaikka he käyttivät isoja avaruuspukuja, jotka lisäsivät 80+ kg massaa, he pystyivät helposti hyppäämään 1–2 jalkaa kuun pinnasta ja laskeutumiseen kului useita sekunteja. Avaruuspuvussa juoksemisesta tuli rajoittava, hidastettu kokemus.
Miksi olisit ihastunut Jupiteriin
Jupiterin 2,53 g:n pintapainovoima kuulostaa kestävältä – loppujen lopuksi urheilijat kokevat rutiininomaisesti 2–3 g intensiivisen toiminnan aikana. Mutta useat yhdistävät tekijät tekevät Jupiterista tappavan vihamielisen:
Ei kiinteää pintaa. Jupiter on kaasujättiläinen. Laskeutuessaan sen ilmakehään paine kasvaa eksponentiaalisesti. Luotain saavuttavissa syvyyksissä paineet saavuttavat miljoonia ilmakehyksiä. Mikä tahansa fyysinen rakenne murskattaisiin ennen kuin se saavuttaisi minkä tahansa pinnan.
Muristava ilmanpaine. Jupiterin ilmakehässä pilven yläpuolella on jo 1 baarin paine – samanlainen kuin Maan merenpinnan tasolla. Vain 100 km syvemmällä paine saavuttaa 1000 baaria. Teknisissä rakenteissa ei ole tarpeeksi vahvoja materiaaleja selviytymään sellaisista paineista.
2,53 g:n vaikutus ihmiskehoon. Jatkuva altistuminen 2,5 g:lle aiheuttaa kardiovaskulaarista rasitusta, koska sydämen on työskenneltävä paljon kovemmin pumppatakseen verta ylöspäin aivoihin. Pitkät kuukautiset yli 2 g:n kohdalla johtavat ortostaattiseen hypotensioon, kardiovaskulaariseen laajentumiseen ja lopulta sydämen vajaatoimintaan. Vaikka kaikki muut tekijät hallittaisiin, pitkäkestoinen 2,53 g ei ole yhteensopiva pitkäaikaisen ihmisasumisen kanssa.
Säteily. Jupiterin magneettikenttä vangitsee voimakkaat säteilyvyöhykkeet, jotka ovat paljon energisempiä kuin Maan Van Allenin vyöt. Jupiterin säteilyympäristössä oleva ihminen saisi tappavan annoksen muutamassa tunnissa.
Kuu ja Mars: tulevaisuuden ihmisten elinympäristöt
Kuu ja Mars ovat ainoat kappaleet aurinkokunnassamme, joissa ihmisen lähiajan kolonisaatio on tieteellisesti uskottavaa. Molemmilla on paljon pienempi painovoima kuin Maalla, mikä aiheuttaa merkittäviä fysiologisia haasteita:
Lihasatrofia: Kuussa (0,166 g) ja Marsissa (0,38 g) normaalin liikkeen edellyttämä lihasvoima on huomattavasti pienempi. Ilman vastatoimia lihakset ja luut heikkenevät heikentyneen kuormituksen takia. ISS:n astronautit, jotka viettävät kuusi kuukautta 0 g:lla, menettävät 1–2 % luun tiheydestä kuukaudessa ilman intensiivistä harjoittelua.
Luun tiheyden lasku: Painoa kantavat luut (selkäranka, lonkat, reisiluu) reagoivat painovoimakuormitukseen ylläpitämällä tiheyttä. 0,38 g:lla ärsyke on vähentynyt, mutta silti läsnä – Marsin odotetaan olevan luuston terveydelle parempi kuin mikrogravitaatio, mutta huonompi kuin Maa. Arvioiden mukaan Marsin painovoiman aiheuttama luun menetys saattaa vaatia lisäharjoitusta ehkä 60 prosentilla ISS:llä vaaditusta intensiteetistä.
Kehitysvaikutukset: Osittainen painovoiman vaikutukset sikiön ja lapsuuden kehitykseen ovat täysin tuntemattomia. Mikrogravitaatiolla tehdyt eläintutkimukset osoittavat kehityshäiriöitä, mutta pitkäaikaisia osittaisen painovoiman tutkimuksia ei ole olemassa. Marsin 0,38 g:n ympäristö voi tukea tai olla tukematta ihmisen normaalia kehitystä – tämä on yksi kriittisimmistä tuntemattomista monen sukupolven siirtokunnalle.
Nestesiirtymät: Ihmisen sydän- ja verisuonijärjestelmä jakaa nesteet uudelleen painovoiman vaikutuksesta. Matalan painovoiman ympäristöissä nesteet siirtyvät kohti ylävartaloa ja päätä aiheuttaen kasvojen turvotusta, nenän tukkoisuutta, näkömuutoksia (kohonneen kallonsisäisen paineen vuoksi) ja muutoksia munuaisten toiminnassa. Nämä vaikutukset on dokumentoitu laajasti ISS:llä, ja ne olisivat olemassa, mutta ne olisivat vähemmän vakavia Marsin painovoimatasoilla.
Kontrasti Marsin 0,38 g:n ja Maan 1,0 g:n välillä tarkoittaa, että Marsissa vuosia tai vuosikymmeniä viettävät ihmiset voivat sopeutua fysiologisesti Marsin painovoimaan ja kokea Maan painovoiman – heidän esi-iän kotinsa – fyysisesti sietämättömäksi palatessaan.