Álljon egy fürdőszobai mérlegre, és 160 fontot mutat. Ez a szám a tested rögzített tulajdonságának tűnik, de nem az – ez annak az eredménye, hogy a Föld gravitációja rántja a tömegedet. Vigye ugyanazt a testet a Marsra, és a mérleg 61 fontot mutat. A Jupiteren 405 fontot mutat. A Nap felszínén, ha egy pillanatra is életben maradhatna, nagyjából 4464 fontot mérne. A tested egyáltalán nem változott. Csak a gravitáció van.
Súly vs tömeg: a legfontosabb különbség
A tömeg a testedben lévő anyag mennyisége, kilogrammban mérve. Az egész univerzumban állandó. Egy 70 kg-os ember tömege 70 kg a Földön, a Marson, a mélyűrben és a Plútó felszínén.
A súly az az erő, amelyet a gravitáció fejt ki az adott tömegre. Kiszámítása a következőképpen történik:
Weight (N) = Mass (kg) × Gravitational acceleration (m/s²)
A Földön a gravitációs gyorsulás a felszínen körülbelül 9,8 m/s² (gyakran 1g-nak írják). Egy 70 kg-os személy súlya:
Weight = 70 kg × 9.8 m/s² = 686 Newtons = 70 kg-force
Amikor azt mondjuk, hogy valaki „70 kg-ot nyom”, akkor informálisan tömegegységeket használunk a tömegre – ami jól működik a Földön, ahol g állandó. Abban a pillanatban, amikor máshová utazik, a megkülönböztetés elengedhetetlenné válik.
Minden bolygó felszíni gravitációja
A felszíni gravitáció a bolygó tömegétől és sugarától függ. A nagyobb tömeg növeli a gravitációt; nagyobb sugár csökkenti (távolabb van a tömegközépponttól). Ez az oka annak, hogy a Szaturnusz, annak ellenére, hogy közel 100-szor nagyobb tömegű, mint a Föld, felszíni gravitációja csak valamivel haladja meg a Földét – óriási sugara ezt kompenzálja.
| 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 |
Megjegyzés: A Jupiter, a Szaturnusz, az Uránusz és a Neptunusz gázóriások, amelyeknek nincs szilárd felülete. A fenti "felszíni gravitáció" értékek a felhők tetején lévő gravitációt jelentik, 1 bar légköri nyomáson. Nem tudtál megállni ezeken a bolygókon.
A képlet: Súly egy másik bolygón
Az átalakítás egyszerű:
Weight_planet = Weight_Earth × (g_planet / g_Earth)
Vagy ezzel egyenértékű, a gravitációs viszonyt közvetlenül használva:
Weight_planet (kg) = Mass (kg) × g_planet_ratio
Munkás példa – 70 kg-os ember a Marson:
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
Munkás példa – 85 kg-os személy a Neptunuszon:
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
Szórakoztató példák: Magasságugrás minden bolygón
Az, hogy milyen magasra tudsz ugrani, fordítottan függ a felszíni gravitációtól. Ha 0,5 métert (körülbelül 20 hüvelyket) tud ugrani a Földön, ugyanazzal az izomerővel:
Jump height on planet = Jump height on Earth × (g_Earth / g_planet)
Ugrásmagasság-összehasonlítás (alapvonal: 0,5 m ugrás a Földön):
| 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 |
A Holdon egy 0,5 méteres függőleges ugrás a Földön 3 méteres ugrást jelent. Az Apollo űrhajósai dokumentálták ezt az élményt – annak ellenére, hogy terjedelmes szkafandereket viseltek, amelyek több mint 80 kg tömeget növeltek, könnyen le tudtak ugrani 1-2 métert a Hold felszínéről, és néhány másodperc alatt landoltak. A szkafanderben való futás korlátlan, lassított élménnyé vált.
Miért lennél összetörve a Jupiteren
A Jupiter 2,53 g-os felszíni gravitációja túlélhetőnek tűnik – elvégre a sportolók intenzív tevékenység közben rendszeresen 2-3 g-ot tapasztalnak. De számos összetett tényező halálosan ellenségessé teszi a Jupitert:
Nincs szilárd felület. A Jupiter egy gázóriás. Leszállva a légkörébe, a nyom��s exponenciálisan növekszik. A szondával elérhető mélységekben a nyomás eléri a több millió atmoszférát. Bármilyen fizikai szerkezet összetörne, mielőtt bármilyen felületet elérne.
Zúzó légköri nyomás. A Jupiter légköre a felhők tetején már 1 bar nyomással rendelkezik – hasonlóan a Föld tengerszintjéhez. Mindössze 100 km-rel mélyebben a nyomás eléri az 1000 bart. A tervezett szerkezetekben nem léteznek olyan anyagok, amelyek elég erősek ahhoz, hogy túléljék az ilyen nyomásokat.
A 2,53 g hatása az emberi szervezetre. A 2,5 g tartós expozíció szív- és érrendszeri megterhelést okoz, mivel a szívnek sokkal keményebben kell dolgoznia, hogy felpumpálja a vért az agyba. A 2g+-nál hosszabb időszakok ortosztatikus hipotenzióhoz, kardiovaszkuláris megnagyobbodáshoz és végül szívelégtelenséghez vezetnek. Még ha az összes többi tényezőt ellenőriznénk is, a tartós 2,53 g nem egyeztethető össze a hosszú távú emberi tartózkodással.
Sugárzás. A Jupiter mágneses tere a Föld Van Allen-övénél sokkal energikusabb intenzív sugárzási öveket zár be. A Jupiter sugárzási környezetében élő ember órákon belül halálos dózist kapna.
A Hold és a Mars: jövőbeli emberi élőhelyek
Naprendszerünkben a Hold és a Mars az egyetlen olyan test, ahol tudományosan valószínűsíthető a rövid távú emberi kolonizáció. Mindkettőnek sokkal kisebb a gravitációja, mint a Földnek, ami jelentős fiziológiai kihívásokat vet fel:
Izomsorvadás: A Holdon (0,166 g) és a Marson (0,38 g) a normál mozgáshoz szükséges izomerő jelentősen csökken. Ellenintézkedések nélkül az izmok és a csontok gyengülnek a csökkent teherbírás miatt. Azok az ISS asztronautái, akik 6 hónapot töltenek 0 grammon, havonta 1-2%-ot veszítenek csontsűrűségükből intenzív edzésprogramok nélkül.
Csontsűrűség-csökkenés: A teherviselő csontok (gerinc, csípő, combcsont) a gravitációs terhelésre a sűrűség fenntartásával reagálnak. 0,38 g-nál az inger csökkent, de továbbra is jelen van – a Mars várhatóan jobb a csontok egészségére, mint a mikrogravitáció, de rosszabb, mint a Föld. Becslések szerint a Mars-gravitációs csontvesztéshez az ISS-en megkívánt intenzitás 60%-ának megfelelő intenzitású kiegészítő gyakorlatra lehet szükség.
Fejlődési hatások: A részleges gravitáció hatása a magzati és gyermekkori fejlődésre teljesen ismeretlen. A mikrogravitációban végzett állatkísérletek fejlődési rendellenességeket mutatnak, de nem léteznek hosszú távú részleges gravitációs vizsgálatok. A Mars 0,38 grammos környezete támogathatja vagy nem támogatja a normális emberi fejlődést – ez az egyik legkritikusabb ismeretlen a többgenerációs kolónia számára.
Folyadékeltolódások: Az emberi szív- és érrendszer a gravitáció hatására újraelosztja a folyadékot. Alacsony gravitációs környezetben a folyadékok a felsőtest és a fej felé tolódnak el, ami az arc puffadását, orrdugulást, látásváltozásokat (a koponyán belüli nyomás növekedése miatt) és a veseműködés megváltozását okozza. Ezeket a hatásokat alaposan dokumentálták az ISS-en, és jelen vannak, de kevésbé súlyosak a marsi gravitációs szinteken.
A marsi 0,38 g és a földi 1,0 g közötti kontraszt azt jelenti, hogy azok az emberek, akik éveket vagy évtizedeket töltenek a Marson, fiziológiailag alkalmazkodhatnak a marsi gravitációhoz, és visszatérésükkor a Föld gravitációját – ősi otthonukat – fizikailag elviselhetetlennek találhatják.