体重計に乗ると160ポンドと表示されます。この数値はあなたの体の固定された特性のように思えますが、そうではありません。地球の重力があなたの質量を引っ張った結果です。その同じ遺体を火星に持っていくと、体重計には61ポンドと表示されます。木星では405ポンドと表示されます。太陽の表面で一瞬でも生き残ることができた場合、その重さはおよそ 4,464 ポンドになります。あなたの体はまったく変わっていません。重力だけが持っています。
重量と質量: 主な違い
質量は体内の物質の量であり、キログラム単位で測定されます。それは宇宙全体で一定です。体重 70 kg の人の質量は、地球、火星、深宇宙、冥王星の表面では 70 kg です。
重量は、重力がその質量に及ぼす力です。次のように��算されます:
Weight (N) = Mass (kg) × Gravitational acceleration (m/s²)
地球では、地表の重力加速度は約 9.8 m/s² (通常 1g と表記されます) です。 70 kg の人の体重:
Weight = 70 kg × 9.8 m/s² = 686 Newtons = 70 kg-force
私たちが誰かの「体重が 70 kg」と言うとき、非公式には体重の質量単位を使用します。地球では g が一定なので、これは問題なく機能します。他の場所に旅行した瞬間、区別が不可欠になります。
すべての惑星の表面重力
表面重力は惑星の質量と半径によって決まります。質量が大きくなると重力が増加します。半径が大きいほど、半径は小さくなります (重心から遠ざかります)。これが、土星の質量が地球の約 100 倍であるにもかかわらず、表面重力が地球よりわずかに高いだけである理由です。その巨大な半径はそれを補って余りあるものです。
| 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 |
注: 木星、土星、天王星、海王星は固体表面を持たない巨大ガス惑星です。上記の「表面重力」の値は、大気圧 1 bar で定義された雲の頂上での重力を表しています。あなたはこれらの惑星の上に立つことはできません。
公式: 別の惑星の重さ
変換は簡単です:
Weight_planet = Weight_Earth × (g_planet / g_Earth)
または、同様に、重力比を直接使用します:
Weight_planet (kg) = Mass (kg) × g_planet_ratio
作業例 — 火星の 70 kg の人:
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
実際の例 — 海王星の体重 85 kg の人:
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
楽しい例: 各惑星のジャンプの高さ
どのくらい高くジャンプできるかは、表面重力に反比例します。地球上で 0.5 メートル (約 20 インチ) ジャンプできる場合、同じ筋肉の努力で次のことが可能になります。
Jump height on planet = Jump height on Earth × (g_Earth / g_planet)
ジャンプ高さの比較 (ベースライン: 地球上での 0.5 メートルのジャンプ):
| 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 |
月では、地球での 0.5 メートルの垂直ジャンプは 3 メートルの跳躍に相当します。アポロ宇宙飛行士はこの経験を記録し���います。かさばる宇宙服を着ていて質量が 80 kg 以上増加したにもかかわらず、月面から 1 ～ 2 フィートの高さまで簡単にジャンプし、着陸までに数秒かかりました。宇宙服を着て走るのは、弾むようなスローモーションの体験になりました。
なぜ木星で潰されるのか
木星の表面重力 2.53g は生存可能であるように思えます。結局のところ、アスリートは激しい運動中に日常的に 2 ～ 3g を経験します。しかし、いくつかの複合要因が木星を���命的に敵対的なものにしています:
固体表面はありません。 木星は巨大ガス体です。大気圏に降下すると、圧力は指数関数的に増加します。探査機が到達できる深さでは、圧力は数百万気圧に達します。あらゆる物理的構造は、表面に到達する前に押しつぶされてしまいます。
押しつぶされる大気圧 雲の上のレベルにある木星の大気はすでに 1 バールの圧力に達しており、これは地球の海面と同様です。わずか 100 km 深くなると、圧力は 1,000 バールに達します。このような圧力に耐えるのに十分な強度の材料は、人工構造物には存在しません。
人体に対する 2.53g の影響。 2.5g に継続的に曝露されると、心臓が脳に血液を送り出すためにより激しく働かなければならないため、心臓血管に負担がかかります。 2g以上の期間が長くなると、起立性低血圧、心血管の拡大、そして最終的には心不全につながります。たとえ他のすべての要因が制御されたとしても、持続的な 2.53g は人間の長期居住には適合しません。
放射線。 木星の磁場は、地球のヴァン アレン帯よりもはるかにエネルギーの強い放射線帯を捕らえます。木星の放射線環境内にいる人間は数時間以内に致死量の線量を受けることになる。
月と火星: 将来の人類の生息地
月と火星は、科学的に近い将来の人類の植民地化が考えられる太陽系の唯一の天体です。どちらも地球よりもはるかに重力が低いため、生理学的に重大な問題が生じます:
筋萎縮: 月 (0.166g) と火星 (0.38g) では、通常の運動に必要な筋力が大幅に減少します。対策を講じないと、負荷の軽減により筋肉や骨が弱ってしまいます。 ISS の宇宙飛行士は 0g で 6 か月間過ごすと、集中的な運動療法を行わないと 1 か月あたり 1 ～ 2% の骨密度が減少します。
骨密度の低下: 体重を支える骨 (脊椎、股関節、大腿骨) は、密度を維持することで重力負荷に応答します。 0.38g では、刺激は減少しますが、依然として存在します。火星は、微小重力よりも骨の健康に良いと予想されていますが、地球よりは悪いです。推定では、火星の重力による骨損失には、おそらく ISS で必要とされる強度の 60% の強度で補助的な運動が必要になる可能性があることが示唆されています。
発育への影響: 部分重力が胎児および小児期の発育に及ぼす影響は、まったくわかっていません。微小重力下での動物研究では発達異常が示されていますが、部分重力下での長期研究は存在しません。火星の 0.38g の環境は、人間の正常な発達をサポートしている場合とサポートしていない場合があります。これは、多世代にわたるコロニーにとって最も重要な未知の 1 つです。
体液の移動: 人間の心臓血管系は重力の下で体液を再分配します。低重力環境では、体液が上半身と頭の方に移動し、顔のむくみ、鼻づまり、視力の変化（頭蓋内圧の上昇による）、腎臓機能の変化が引き起こされます。これらの影響は ISS で広範囲に記録されており、火星の重力レベルでは存在しますが、それほど深刻ではありません。
火星の0.38gと地球の1.0gのコントラストは、火星で数年、あるいは数十年を過ごした人類は生理的に火星の重力に適応し、帰還時には祖先の故郷である地球の重力が物理的に耐えられないと感じる可能性があることを意味する。