Stellen Sie sich auf eine Personenwaage und sie zeigt 160 Pfund an. Diese Zahl scheint eine feste Eigenschaft Ihres Körpers zu sein, ist es aber nicht – sie ist das Ergebnis der Anziehungskraft der Schwerkraft der Erde auf Ihre Masse. Bringen Sie denselben Körper zum Mars und die Waage zeigt 61 Pfund an. Auf Jupiter sind es 405 Pfund. Wenn man auf der Sonnenoberfläche auch nur einen Moment überleben könnte, wären es ungefähr 4.464 Pfund. Dein Körper hat sich überhaupt nicht verändert. Nur die Schwerkraft hat es getan.
Gewicht vs. Masse: Der Hauptunterschied
Masse ist die Menge an Materie in Ihrem Körper, gemessen in Kilogramm. Sie ist im gesamten Universum konstant. Eine 70 kg schwere Person hat auf der Erde, auf dem Mars, im Weltraum und auf der Oberfläche von Pluto eine Masse von 70 kg.
Gewicht ist die Kraft, die die Schwerkraft auf diese Masse ausübt. Es wird wie folgt berechnet:
Weight (N) = Mass (kg) × Gravitational acceleration (m/s²)
Auf der Erde beträgt die Gravitationsbeschleunigung an der Oberfläche etwa 9,8 m/s² (oft als 1 g angegeben). Eine 70 kg schwere Person wiegt:
Weight = 70 kg × 9.8 m/s² = 686 Newtons = 70 kg-force
Wenn wir sagen, dass jemand „70 kg wiegt“, verwenden wir informell Masseneinheiten für das Gewicht – was auf der Erde, wo g konstant ist, gut funktioniert. Sobald Sie woanders hinreisen, wird die Unterscheidung wesentlich.
Oberflächengravitation jedes Planeten
Die Oberflächengravitation hängt von der Masse und dem Radius eines Planeten ab. Eine größere Masse erhöht die Schwerkraft; Ein größerer Radius verringert ihn (Sie sind weiter vom Massenschwerpunkt entfernt). Aus diesem Grund hat Saturn, obwohl er fast 100-mal massereicher als die Erde ist, eine Oberflächengravitation, die nur geringfügig über der der Erde liegt – sein enormer Radius gleicht dies mehr als aus.
| 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 |
Hinweis: Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun sind Gasriesen ohne feste Oberfläche. Die oben genannten „Oberflächenschwerkraft“-Werte stellen die Schwerkraft an den Wolkenoberseiten dar, definiert bei 1 bar Atmosphärendruck. Auf diesen Planeten konnte man nicht bestehen.
Die Formel: Gewicht auf einem anderen Planeten
Die Konvertierung ist unkompliziert:
Weight_planet = Weight_Earth × (g_planet / g_Earth)
Oder äquivalent, indem man direkt das Gravitationsverhältnis verwendet:
Weight_planet (kg) = Mass (kg) × g_planet_ratio
Arbeitsbeispiel – 70 kg schwere Person auf dem 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
Arbeitsbeispiel – 85 kg schwere Person auf Neptun:
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
Lustige Beispiele: Sprunghöhe auf jedem Planeten
Wie hoch Sie springen können, hängt umgekehrt von der Oberflächenschwerkraft ab. Wenn Sie auf der Erde 0,5 Meter (ca. 20 Zoll) weit springen können, führt Sie die gleiche Muskelanstrengung zu Folgendem:
Jump height on planet = Jump height on Earth × (g_Earth / g_planet)
Sprunghöhenvergleich (Grundlinie: 0,5-m-Sprung auf der Erde):
| 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 |
Auf dem Mond entspricht ein vertikaler Sprung von 0,5 m auf der Erde einem Sprung von 3 m. Apollo-Astronauten haben diese Erfahrung dokumentiert – obwohl sie sperrige Raumanzüge trugen, die mehr als 80 kg an Masse aufwiesen, konnten sie problemlos 1 bis 2 Fuß von der Mondoberfläche springen und die Landung dauerte mehrere Sekunden. Das Laufen im Raumanzug wurde zu einem fesselnden Zeitlupenerlebnis.
Warum Sie auf dem Jupiter zerschmettert werden würden
Die Oberflächengravitation des Jupiter von 2,53 g scheint überlebensfähig zu sein – schließlich sind Sportler bei intensiver Aktivität routinemäßig 2–3 g ausgesetzt. Aber mehrere Faktoren machen Jupiter zu einer tödlichen Feindseligkeit:
Keine feste Oberfläche. Jupiter ist ein Gasriese. Beim Abstieg in die Atmosphäre steigt der Druck exponentiell an. In Tiefen, die mit einer Sonde erreichbar sind, erreichen Drücke Millionen von Atmosphären. Jede physische Struktur würde zerstört werden, bevor sie die Oberfläche erreicht.
Erdrückender atmosphärischer Druck. Jupiters Atmosphäre hat auf Wolkenhöhe bereits einen Druck von 1 bar – ähnlich dem Meeresspiegel der Erde. Nur 100 km tiefer erreicht der Druck 1.000 Bar. In technischen Strukturen gibt es keine Materialien, die stark genug sind, um solchen Belastungen standzuhalten.
Die 2,53-g-Wirkung auf den menschlichen Körper. Eine anhaltende Belastung mit 2,5 g führt zu einer Belastung des Herz-Kreislauf-Systems, da das Herz viel härter arbeiten muss, um Blut nach oben zum Gehirn zu pumpen. Längere Zeiträume bei mehr als 2 g führen zu orthostatischer Hypotonie, einer Vergrößerung des Herz-Kreislauf-Systems und schließlich zu Herzversagen. Selbst wenn alle anderen Faktoren kontrolliert würden, sind anhaltende 2,53 g mit einer langfristigen menschlichen Besiedlung nicht vereinbar.
Strahlung. Das Magnetfeld des Jupiter fängt intensive Strahlungsgürtel ein, die weitaus energiereicher sind als die Van-Allen-Gürtel der Erde. Ein Mensch in der Strahlungsumgebung des Jupiter würde innerhalb weniger Stunden eine tödliche Dosis erhalten.
Der Mond und der Mars: Zukünftige menschliche Lebensräume
Mond und Mars sind die einzigen Körper in unserem Sonnensystem, bei denen eine kurzfristige Besiedlung durch Menschen wissenschaftlich plausibel ist. Beide haben eine weitaus geringere Schwerkraft als die Erde, was erhebliche physiologische Herausforderungen mit sich bringt:
Muskelatrophie: Auf dem Mond (0,166 g) und dem Mars (0,38 g) ist die Muskelanstrengung, die für normale Bewegungen erforderlich ist, erheblich reduziert. Ohne Gegenmaßnahmen werden Muskeln und Knochen durch verminderte Belastung geschwächt. ISS-Astronauten, die sechs Monate lang bei 0 g verbringen, verlieren ohne intensive Trainingsprogramme 1–2 % der Knochendichte pro Monat.
Verlust der Knochendichte: Tragende Knochen (Wirbelsäule, Hüfte, Oberschenkelknochen) reagieren auf die Schwerkraftbelastung, indem sie ihre Dichte aufrechterhalten. Bei 0,38 g ist der Reiz zwar geringer, aber immer noch vorhanden. Es wird erwartet, dass der Mars für die Knochengesundheit besser ist als die Schwerelosigkeit, aber schlechter als die Erde. Schätzungen deuten darauf hin, dass der durch die Schwerkraft des Mars bedingte Knochenschwund zusätzliche Übungen mit etwa 60 % der auf der ISS erforderlichen Intensität erfordern könnte.
Auswirkungen auf die Entwicklung: Die Auswirkungen der partiellen Schwerkraft auf die Entwicklung des Fötus und der Kindheit sind völlig unbekannt. Tierversuche in der Schwerelosigkeit zeigen Entwicklungsanomalien, es liegen jedoch keine Langzeitstudien in der Schwerelosigkeit vor. Die 0,38-g-Umgebung des Mars kann die normale menschliche Entwicklung unterstützen oder auch nicht – dies stellt eine der kritischsten Unbekannten für jede Kolonie mit mehreren Generationen dar.
Flüssigkeitsverschiebungen: Das menschliche Herz-Kreislauf-System verteilt Flüssigkeiten unter der Schwerkraft neu. In Umgebungen mit geringer Schwerkraft verlagern sich Flüssigkeiten in Richtung Oberkörper und Kopf, was zu Schwellungen im Gesicht, verstopfter Nase, Sehstörungen (aufgrund eines erhöhten Hirndrucks) und Veränderungen der Nierenfunktion führt. Diese Auswirkungen wurden auf der ISS ausführlich dokumentiert und wären bei der Schwerkraft des Mars zwar vorhanden, aber weniger schwerwiegend.
Der Kontrast zwischen 0,38 g auf dem Mars und 1,0 g auf der Erde bedeutet, dass Menschen, die Jahre oder Jahrzehnte auf dem Mars verbringen, sich möglicherweise physiologisch an die Schwerkraft des Mars anpassen und bei ihrer Rückkehr die Schwerkraft der Erde – ihrer angestammten Heimat – als physisch unerträglich empfinden.