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.