Ga op een weegschaal staan en deze geeft 160 pond aan. Dat aantal lijkt een vaste eigenschap van je lichaam, maar dat is het niet: het is het resultaat van de zwaartekracht van de aarde die aan je massa trekt. Breng datzelfde lichaam naar Mars en de weegschaal geeft 61 pond aan. Op Jupiter staat 405 pond. Als je op het oppervlak van de zon een ogenblik zou kunnen overleven, zou dat ongeveer 4.464 pond zijn. Je lichaam is helemaal niet veranderd. Alleen de zwaartekracht heeft dat.
Gewicht versus massa: het belangrijkste verschil
Massa is de hoeveelheid materie in je lichaam, gemeten in kilogram. Het is constant in het hele universum. Een persoon van 70 kg heeft 70 kg massa op aarde, op Mars, in de diepe ruimte en op het oppervlak van Pluto.
Gewicht is de kracht die de zwaartekracht op die massa uitoefent. Het wordt als volgt berekend:
Weight (N) = Mass (kg) × Gravitational acceleration (m/s²)
Op aarde bedraagt de zwaartekrachtversnelling aan het oppervlak ongeveer 9,8 m/s² (vaak geschreven als 1g). Een persoon van 70 kg weegt:
Weight = 70 kg × 9.8 m/s² = 686 Newtons = 70 kg-force
Als we zeggen dat iemand '70 kg weegt', gebruiken we informeel massa-eenheden voor gewicht - wat prima werkt op aarde, waar g constant is. Op het moment dat je ergens anders heen reist, wordt het onderscheid essentieel.
Oppervlaktezwaartekracht van elke planeet
De zwaartekracht aan het oppervlak hangt af van de massa en straal van een planeet. Grotere massa verhoogt de zwaartekracht; een grotere straal verkleint deze (je bent verder van het massamiddelpunt verwijderd). Dit is de reden waarom Saturnus, ondanks dat hij bijna 100 keer massiever is dan de aarde, een zwaartekracht aan het oppervlak heeft die slechts iets boven die van de aarde ligt – zijn enorme straal compenseert dit ruimschoots.
| 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 |
Opmerking: Jupiter, Saturnus, Uranus en Neptunus zijn gasreuzen zonder vast oppervlak. De bovenstaande waarden voor "oppervlaktezwaartekracht" vertegenwoordigen de zwaartekracht aan de wolkentoppen, gedefinieerd bij 1 bar atmosferische druk. Je zou niet op deze planeten kunnen staan.
De formule: gewicht op een andere planeet
De conversie is eenvoudig:
Weight_planet = Weight_Earth × (g_planet / g_Earth)
Of op equivalente wijze, rechtstreeks gebruik makend van de zwaartekrachtverhouding:
Weight_planet (kg) = Mass (kg) × g_planet_ratio
Uitgewerkt voorbeeld – persoon van 70 kg op Mars:
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
Uitgewerkt voorbeeld – persoon van 85 kg op Neptunus:
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
Leuke voorbeelden: springhoogte op elke planeet
Hoe hoog je kunt springen, hangt omgekeerd af van de zwaartekracht aan het oppervlak. Als je 0,5 meter (ongeveer 20 inch) op aarde kunt springen, brengt dezelfde spierinspanning je naar:
Jump height on planet = Jump height on Earth × (g_Earth / g_planet)
Vergelijking spronghoogte (basislijn: sprong van 0,5 m op aarde):
| 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 |
Op de maan vertaalt een verticale sprong van 0,5 meter op aarde zich naar een sprong van 3 meter. Apollo-astronauten documenteerden deze ervaring: ondanks dat ze grote ruimtepakken droegen die meer dan 80 kg aan massa toevoegden, konden ze gemakkelijk 30 tot 60 meter van het maanoppervlak springen en het duurde enkele seconden voordat ze landden. Hardlopen in een ruimtepak werd een spannende, slow-motion-ervaring.
Waarom je verpletterd zou worden op Jupiter
De oppervlaktezwaartekracht van Jupiter van 2,53 gram klinkt haalbaar – atleten ervaren immers routinematig 2-3 gram tijdens intensieve activiteit. Maar verschillende samengestelde factoren maken Jupiter dodelijk vijandig:
Geen vast oppervlak. Jupiter is een gasreus. Bij het afdalen in de atmosfeer neemt de druk exponentieel toe. Op diepten die met een sonde kunnen worden bereikt, bereikt de druk miljoenen atmosfeer. Elke fysieke structuur zou worden verpletterd voordat deze een oppervlak zou bereiken.
Verpletterende atmosferische druk. De atmosfeer van Jupiter op wolkentopniveau heeft al een druk van 1 bar – vergelijkbaar met het zeeniveau op aarde. Slechts 100 km dieper bereikt de druk 1.000 bar. Materialen die sterk genoeg zijn om dergelijke druk te overleven, bestaan niet in technische constructies.
Het effect van 2,53 g op het menselijk lichaam. Langdurige blootstelling aan 2,5 g veroorzaakt cardiovasculaire belasting, omdat het hart veel harder moet werken om het bloed naar de hersenen te pompen. Langdurige perioden bij 2g+ leiden tot orthostatische hypotensie, cardiovasculaire vergroting en uiteindelijk hartfalen. Zelfs als alle andere factoren onder controle zouden worden gehouden, is een aanhoudende 2,53 gram onverenigbaar met menselijke bewoning op de lange termijn.
Straling. Het magnetische veld van Jupiter houdt intense stralingsgordels vast die veel energieker zijn dan de Van Allen-gordels op aarde. Een mens in de stralingsomgeving van Jupiter zou binnen enkele uren een dodelijke dosis ontvangen.
De maan en Mars: toekomstige menselijke habitats
De maan en Mars zijn de enige lichamen in ons zonnestelsel waar menselijke kolonisatie op korte termijn wetenschappelijk plausibel is. Beide hebben een veel lagere zwaartekracht dan de aarde, wat aanzienlijke fysiologische uitdagingen met zich meebrengt:
Spieratrofie: Op de maan (0,166 g) en Mars (0,38 g) wordt de spierinspanning die nodig is voor normale beweging aanzienlijk verminderd. Zonder tegenmaatregelen verzwakken spieren en botten door verminderde belasting. ISS-astronauten die zes maanden bij 0 gram doorbrengen, verliezen 1 à 2% van de botdichtheid per maand zonder intensieve trainingsregimes.
Verlies van botdichtheid: Gewichtdragende botten (ruggengraat, heupen, dijbeen) reageren op zwaartekrachtbelasting door de dichtheid te behouden. Met 0,38 g is de stimulus verminderd maar nog steeds aanwezig. Verwacht wordt dat Mars beter is voor de gezondheid van de botten dan microzwaartekracht, maar slechter dan de aarde. Schattingen suggereren dat botverlies door de zwaartekracht van Mars aanvullende oefeningen nodig zou kunnen hebben met misschien wel 60% van de intensiteit die vereist is voor het ISS.
Ontwikkelingseffecten: De effecten van gedeeltelijke zwaartekracht op de ontwikkeling van de foetus en de kindertijd zijn volledig onbekend. Dierstudies op het gebied van microzwaartekracht laten ontwikkelingsafwijkingen zien, maar er bestaan geen langetermijnstudies naar gedeeltelijke zwaartekracht. De omgeving van Mars van 0,38 g ondersteunt wel of niet de normale menselijke ontwikkeling – dit vertegenwoordigt een van de meest kritische onbekenden voor elke kolonie met meerdere generaties.
Vloeistofverschuivingen: Het menselijke cardiovasculaire systeem herverdeelt vloeistoffen onder invloed van de zwaartekracht. In omgevingen met weinig zwaartekracht verplaatsen vloeistoffen zich naar het bovenlichaam en het hoofd, waardoor wallen in het gezicht, verstopte neus, veranderingen in het gezichtsvermogen (als gevolg van verhoogde intracraniale druk) en veranderingen in de nierfunctie ontstaan. Deze effecten zijn uitgebreid gedocumenteerd op het ISS en zouden aanwezig zijn, maar minder ernstig op het zwaartekrachtniveau van Mars.
Het contrast tussen 0,38 g op Mars en 1,0 g op aarde betekent dat mensen die jaren of decennia op Mars doorbrengen, fysiologisch aangepast kunnen raken aan de zwaartekracht van Mars en bij terugkeer de zwaartekracht van de aarde – hun voorouderlijk huis – fysiek ondraaglijk kunnen vinden.