Postavte sa na kúpeľňovú váhu a tá ukazuje 160 libier. Zdá sa, že toto číslo je pevnou vlastnosťou vášho tela, ale nie je – je to výsledok gravitácie Zeme pôsobiacej na vašu hmotu. Vezmite to isté telo na Mars a váha ukazuje 61 libier. Na Jupiteri je to 405 libier. Na povrchu Slnka, ak by ste dokázali na okamih prežiť, bolo by to zhruba 4 464 libier. Vaše telo sa vôbec nezmenilo. Má iba gravitáciu.

Hmotnosť vs hmotnosť: kľúčový rozdiel

Hmotnosť je množstvo hmoty vo vašom tele, merané v kilogramoch. Je konštantná v celom vesmíre. 70 kg vážiaci človek má 70 kg hmotnosti na Zemi, na Marse, v hlbokom vesmíre a na povrchu Pluta.

Hmotnosť je sila, ktorou na túto hmotu pôsobí gravitácia. Vypočíta sa ako:

Weight (N) = Mass (kg) × Gravitational acceleration (m/s²)

Na Zemi je gravitačné zrýchlenie na povrchu približne 9,8 m/s² (často písané ako 1g). Osoba s hmotnosťou 70 kg váži:

Weight = 70 kg × 9.8 m/s² = 686 Newtons = 70 kg-force

Keď hovoríme, že niekto „váži 70 kg“, neformálne používame hmotnostné jednotky – čo funguje dobre na Zemi, kde je g konštantné. Vo chvíli, keď cestujete inam, rozdiel sa stáva nevyhnutným.

Povrchová gravitácia každej planéty

Povrchová gravitácia závisí od hmotnosti a polomeru planéty. Väčšia hmotnosť zvyšuje gravitáciu; väčší polomer ho zmenšuje (ste ďalej od ťažiska). To je dôvod, prečo Saturn, napriek tomu, že je takmer 100-krát hmotnejší ako Zem, má povrchovú gravitáciu len o málo vyššiu ako Zem – jeho obrovský polomer to viac než kompenzuje.

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

Poznámka: Jupiter, Saturn, Urán a Neptún sú plynní obri bez pevného povrchu. Vyššie uvedené hodnoty "povrchovej gravitácie" predstavujú gravitáciu na vrcholoch oblakov, definovanú pri atmosférickom tlaku 1 bar. Na týchto planétach ste nemohli stáť.

Vzorec: Hmotnosť na inej planéte

Konverzia je jednoduchá:

Weight_planet = Weight_Earth × (g_planet / g_Earth)

Alebo ekvivalentne, priamo použitím gravitačného pomeru:

Weight_planet (kg) = Mass (kg) × g_planet_ratio

Pracovný príklad – 70 kg osoba na Marse:

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

Pracovný príklad – 85 kg osoba na Neptúne:

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

Zábavné príklady: Výška skoku na každej planéte

Ako vysoko dokážete vyskočiť závisí nepriamo od povrchovej gravitácie. Ak dokážete na Zemi preskočiť 0,5 metra (asi 20 palcov), rovnaké svalové úsilie vás zaberie:

Jump height on planet = Jump height on Earth × (g_Earth / g_planet)

Porovnanie výšky skoku (základná línia: skok z 0,5 m na Zemi):

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

Na Mesiaci 0,5 m vertikálny skok na Zemi znamená 3-metrový skok. Astronauti z Apolla túto skúsenosť zdokumentovali – napriek tomu, že mali na sebe objemné skafandre s hmotnosťou 80+ kg, mohli ľahko vyskočiť 1–2 stopy z mesačného povrchu a pristátie im trvalo niekoľko sekúnd. Beh v skafandri sa stal ohraničujúcim, spomaleným zážitkom.

Prečo by ste boli zdrvení na Jupiteri

Povrchová gravitácia Jupitera 2,53 g znie ako prežitá – napokon, športovci bežne zažívajú 2 – 3 g pri intenzívnej aktivite. Ale niekoľko zložených faktorov spôsobuje, že Jupiter je smrteľne nepriateľský:

Žiadny pevný povrch. Jupiter je plynný gigant. Pri zostupe do jeho atmosféry sa tlak exponenciálne zvyšuje. V hĺbkach dosiahnuteľných sondou dosahujú tlaky milióny atmosfér. Akákoľvek fyzická štruktúra by bola rozdrvená skôr, ako by sa dostala na akýkoľvek povrch.

** Drvivý atmosférický tlak.** Atmosféra Jupitera na úrovni vrchnej časti oblaku už má tlak 1 bar – podobný ako pri hladine mora na Zemi. Len o 100 km hlbšie tlak dosahuje 1000 barov. Materiály dostatočne pevné na to, aby prežili takéto tlaky, v inžinierskych štruktúrach neexistujú.

Účinok 2,53 g na ľudské telo. Trvalé vystavenie 2,5 g spôsobuje kardiovaskulárne napätie, pretože srdce musí pracovať oveľa tvrdšie, aby pumpovalo krv smerom nahor do mozgu. Predĺžené periódy pri 2g+ vedú k ortostatickej hypotenzii, kardiovaskulárnemu zväčšeniu a nakoniec k zlyhaniu srdca. Aj keby boli všetky ostatné faktory kontrolované, udržiavaná 2,53 g je nezlučiteľná s dlhodobým ľudským bývaním.

Žiarenie. Magnetické pole Jupitera zachytáva pásy intenzívneho žiarenia oveľa energickejšie ako pásy Van Allena na Zemi. Človek v prostredí Jupitera by v priebehu niekoľkých hodín dostal smrteľnú dávku.

Mesiac a Mars: Budúce ľudské biotopy

Mesiac a Mars sú jediné telesá v našej slnečnej sústave, kde je vedecky prijateľná krátkodobá ľudská kolonizácia. Obe majú oveľa nižšiu gravitáciu ako Zem, čo spôsobuje významné fyziologické problémy:

Svalová atrofia: Na Mesiaci (0,166 g) a Marse (0,38 g) je svalová námaha potrebná na normálny pohyb podstatne znížená. Bez protiopatrení zo zníženej nosnosti ochabujú svaly a kosti. Astronauti ISS, ktorí strávia 6 mesiacov na 0 g, stratia 1–2 % hustoty kostí za mesiac bez intenzívneho cvičenia.

Úbytok hustoty kostí: Kosti nesúce váhu (chrbtica, boky, stehenná kosť) reagujú na gravitačnú záťaž udržiavaním hustoty. Pri 0,38 g je stimul redukovaný, ale stále prítomný – očakáva sa, že Mars bude pre zdravie kostí lepší ako mikrogravitácia, ale horší ako Zem. Odhady naznačujú, že úbytok kostnej hmoty v dôsledku gravitácie Marsu môže vyžadovať dodatočné cvičenie s možnou 60% intenzitou potrebnou na ISS.

Vplyv na vývoj: Účinky čiastočnej gravitácie na vývoj plodu a detstva nie sú úplne známe. Štúdie na zvieratách v mikrogravitácii ukazujú vývojové abnormality, ale neexistujú žiadne dlhodobé štúdie čiastočnej gravitácie. Prostredie Marsu s hmotnosťou 0,38 g môže alebo nemusí podporovať normálny ľudský vývoj – to predstavuje jednu z najdôležitejších neznámych pre každú viacgeneračnú kolóniu.

Posuny tekutín: Ľudský kardiovaskulárny systém redistribuuje tekutiny vplyvom gravitácie. V prostredí s nízkou gravitáciou sa tekutiny presúvajú smerom k hornej časti tela a hlavy, čo spôsobuje opuchy tváre, upchatý nos, zmeny videnia (v dôsledku zvýšeného intrakraniálneho tlaku) a zmeny funkcie obličiek. Tieto účinky boli rozsiahle zdokumentované na ISS a boli by prítomné, ale menej závažné na úrovniach gravitácie Marsu.

Kontrast medzi 0,38 g na Marse a 1,0 g na Zemi znamená, že ľudia, ktorí strávia roky alebo desaťročia na Marse, sa môžu fyziologicky prispôsobiť gravitácii Marsu a po návrate považujú zemskú gravitáciu – domov ich predkov – za fyzicky neznesiteľnú.