Stå på en badevægt og den vejer 160 pund. Det tal virker som en fast egenskab ved din krop, men det er det ikke - det er resultatet af Jordens tyngdekraft, der trækker på din masse. Tag den samme krop til Mars, og vægten siger 61 pund. På Jupiter lyder det 405 pund. På Solens overflade, hvis du kunne overleve et øjeblik, ville den læse omkring 4.464 pund. Din krop har ikke ændret sig overhovedet. Kun tyngdekraften har.
Vægt vs masse: Nøgleforskellen
Masse er mængden af stof i din krop, målt i kilogram. Det er konstant i hele universet. En person på 70 kg har 70 kg masse på Jorden, på Mars, i det dybe rum og på Plutos overflade.
Vægt er den kraft, som tyngdekraften udøver på den masse. Det beregnes som:
Weight (N) = Mass (kg) × Gravitational acceleration (m/s²)
På Jorden er gravitationsaccelerationen ved overfladen cirka 9,8 m/s² (ofte skrevet som 1g). En person på 70 kg vejer:
Weight = 70 kg × 9.8 m/s² = 686 Newtons = 70 kg-force
Når vi siger, at nogen "vejer 70 kg", bruger vi uformelt masseenheder til vægt - hvilket fungerer fint på Jorden, hvor g er konstant. I det øjeblik du rejser andre steder, bliver skelnen essentiel.
Overfladetyngdekraften på hver planet
Overfladetyngdekraften afhænger af en planets masse og radius. Større masse øger tyngdekraften; større radius formindsker det (du er længere væk fra massecentrum). Dette er grunden til, at Saturn, på trods af at den er næsten 100 gange mere massiv end Jorden, har en overfladetyngdekraft kun lidt over Jordens - dens enorme radius mere end kompenserer.
| 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 |
Bemærk: Jupiter, Saturn, Uranus og Neptun er gasgiganter uden fast overflade. Værdierne for "overfladetyngdekraften" ovenfor repræsenterer tyngdekraften ved skytoppene, defineret ved 1 bar atmosfærisk tryk. Du kunne ikke stå på disse planeter.
Formlen: Vægt på en anden planet
Konverteringen er ligetil:
Weight_planet = Weight_Earth × (g_planet / g_Earth)
Eller tilsvarende ved at bruge gravitationsforholdet direkte:
Weight_planet (kg) = Mass (kg) × g_planet_ratio
Udarbejdet eksempel — 70 kg person på 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
Udarbejdet eksempel — 85 kg person på Neptune:
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
Sjove eksempler: Hoppehøjde på hver planet
Hvor højt du kan hoppe afhænger omvendt af overfladetyngdekraften. Hvis du kan hoppe 0,5 meter (ca. 20 tommer) på Jorden, tager den samme muskelanstrengelse dig til:
Jump height on planet = Jump height on Earth × (g_Earth / g_planet)
Sammenligning af hophøjde (grundlinje: 0,5 m hop på jorden):
| 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 |
På Månen oversættes et 0,5 m lodret spring på Jorden til et 3 meter spring. Apollo-astronauter dokumenterede denne oplevelse - på trods af at de bærer voluminøse rumdragter, der tilføjede 80+ kg masse, kunne de nemt hoppe 1-2 fod fra månens overflade og tage flere sekunder om at lande. At løbe i en rumdragt blev en afgrænsende, slowmotion-oplevelse.
Hvorfor du ville blive knust på Jupiter
Jupiters overfladetyngdekraft på 2,53 g lyder overlevelsesdygtig - trods alt oplever atleter rutinemæssigt 2-3 g under intens aktivitet. Men flere sammensatte faktorer gør Jupiter dødeligt fjendtlig:
Ingen fast overflade. Jupiter er en gaskæmpe. Når det falder ned i atmosfæren, stiger trykket eksponentielt. På dybder, der kan nås af en sonde, når trykket millioner af atmosfærer. Enhver fysisk struktur ville blive knust, før den når nogen overflade.
Knusende atmosfærisk tryk. Jupiters atmosfære på sky-topniveau har allerede 1 bar tryk - svarende til Jordens havniveau. Kun 100 km dybere når trykket op på 1.000 bar. Materialer, der er stærke nok til at overleve sådanne tryk, findes ikke i konstruerede strukturer.
Effekten på 2,53 g på den menneskelige krop. Vedvarende eksponering for 2,5 g forårsager kardiovaskulær belastning, da hjertet skal arbejde meget hårdere for at pumpe blod opad til hjernen. Forlængede perioder ved 2g+ fører til ortostatisk hypotension, kardiovaskulær forstørrelse og til sidst hjertesvigt. Selv hvis alle andre faktorer var kontrolleret, er vedvarende 2,53 g uforeneligt med langvarig menneskelig beboelse.
Stråling. Jupiters magnetfelt fanger intense strålingsbælter, der er langt mere energiske end Jordens Van Allen-bælter. Et menneske inde i Jupiters strålingsmiljø ville modtage en dødelig dosis inden for få timer.
Månen og Mars: Fremtidige menneskelige levesteder
Månen og Mars er de eneste kroppe i vores solsystem, hvor menneskelig kolonisering på kort sigt er videnskabeligt plausibel. Begge har langt lavere tyngdekraft end Jorden, hvilket skaber betydelige fysiologiske udfordringer:
Muskelatrofi: På Månen (0,166 g) og Mars (0,38 g) er den muskelanstrengelse, der kræves for normal bevægelse, væsentligt reduceret. Uden modforanstaltninger svækkes muskler og knogler på grund af nedsat belastning. ISS-astronauter, der bruger 6 måneder ved 0 g, mister 1-2 % af knogletætheden om måneden uden intensive træningsregimer.
Knogletæthed: Vægtbærende knogler (rygsøjle, hofter, lårben) reagerer på tyngdekraften ved at opretholde tætheden. Ved 0,38 g er stimulus reduceret, men stadig til stede - Mars forventes at være bedre for knoglesundheden end mikrogravitation, men værre end Jorden. Skøn tyder på, at Mars-tyngdekraftens knogletab kan kræve supplerende træning med måske 60 % af den intensitet, der kræves på ISS.
Udviklingsmæssige virkninger: Virkningerne af delvis tyngdekraft på foster- og barndomsudvikling er fuldstændig ukendte. Dyreforsøg med mikrogravitation viser udviklingsmæssige abnormiteter, men der eksisterer ingen langtidsstudier med partiel gravitation. Mars-miljøet på 0,38 g understøtter måske eller måske ikke normal menneskelig udvikling - dette repræsenterer en af de mest kritiske ukendte for enhver koloni med flere generationer.
Væskeskift: Det menneskelige kardiovaskulære system omfordeler væsker under tyngdekraften. I miljøer med lav tyngdekraft flytter væsker sig mod overkroppen og hovedet, hvilket forårsager hævelser i ansigtet, tilstoppet næse, synsforandringer (på grund af øget intrakranielt tryk) og ændringer i nyrefunktionen. Disse virkninger er blevet omfattende dokumenteret på ISS og ville være til stede, men mindre alvorlige ved Mars gravitationsniveauer.
Kontrasten mellem 0,38 g på Mars og 1,0 g på Jorden betyder, at mennesker, der tilbringer år eller årtier på Mars, kan blive fysiologisk tilpasset Mars tyngdekraft og finde Jordens tyngdekraft - deres forfædres hjem - fysisk utålelig ved tilbagevenden.