Проведено новое, беспрецедентно точное измерение силы гравитации

Космос

О путешествиях к звездам люди мечтали издревле, начиная с тех времен, когда первые астрономы рассмотрели в примитивные телескопы иные планеты нашей системы и их спутники, а значит, по их мнению, они могли быть обитаемы.

С тех пор прошло много веков, но увы, межпланетные и тем более полеты к другим звездам невозможны и сейчас. А единственным внеземным объектом, где побывали исследователи, является Луна. Но уже в начале XX века ученые знали, что сила тяжести на других планетах отличается от нашей. Но почему? Что она собой представляет, отчего возникает и может ли быть губительной? Эти вопросы мы и разберем.

Немного физики

Еще Исаак Ньютон разработал теорию, согласно которой любые два объекта испытывают взаимную силу притяжения. В масштабах космоса и Вселенной в целом подобное явление проявляется очень явственно. Наиболее яркий пример – это наша планета и Луна, которая именно благодаря гравитации и вращается вокруг Земли. Видим проявление гравитации мы и в повседневной жизни, просто привыкли к нему и совсем не обращаем внимание. Это так называемая сила притяжения. Именно из-за нее мы не парим в воздухе, а спокойно ходим по земле. Также она способствует удержанию нашей атмосферы от постепенного улетучивания в космос. У нас она составляет условные 1 G, но какая сила тяжести на других планетах?

Марс

Марс наиболее похож по физическим данным на нашу планету. Конечно, жить там проблематично из-за отсутствия воздуха и воды, но он находится в так называемой зоне обитаемости. Правда, весьма условно. На нем нет ужасающей жары как на Венере, многовековых бурь как на Юпитере, и абсолютного холода как на Титане. И ученые последние десятилетия все не оставляют попыток придумать методы его терраформирования, создания пригодных для жизни условий без скафандров. Однако каково такое явление как сила тяжести на Марсе? Она составляет 0,38 g от земной, это примерно в два раза меньше. Это значит, что на красной планете можно скакать и прыгать гораздо выше, чем на Земле, и все тяжести весить будут также значительно меньше. И этого вполне достаточно для удержания не только его нынешней, «хилой» и жидкой атмосферы, но и гораздо более плотной.

Правда, говорить о терраформации пока рано, ведь для начала нужно хотя бы просто высадиться на него и наладить постоянные и надежные полеты. Но все же сила тяжести на Марсе вполне пригодна для обитания будущих поселенцев.

Сила тяжести на других планетах

До изобретения телескопа было известно лишь семь планет: Меркурий, Венера, Марс, Юпитер, Сатурн, Земля и Луна. Их количество многих устраивало. Поэтому, когда в 1610 г. вышла книга Галилея «Звездный вестник», в которой он сообщил, что с помощью своей «зрительной трубы» ему удалось обнаружить еще четыре небесных тела, «никем еще не виданные от начала мира до наших дней» (спутники Юпитера), то это вызвало сенсацию. Сторонники Галилея радовались новым открытиям, противники же объявили ученому непримиримую войну.

Уже через год в Венеции вышла книга «Размышления об астрономии, оптике и физике», в которой автор утверждал, что Галилей заблуждается и число планет должно быть обязательно семь, так как, во-первых, в Ветхом Завете упоминается семисвечник (а это означает семь планет), во-вторых, в голове имеется лишь семь отверстий, в-третьих, существует только семь металлов и, в-четвертых, «спутники не видны для простого глаза, а поэтому и не могут оказывать влияние на Землю, следовательно, они не нужны, а поэтому они не существуют».

Однако подобными аргументами нельзя было остановить развитие науки, и теперь мы точно знаем, что спутники Юпитера существуют и число планет вовсе не равно семи. Вокруг Солнца обращаются девять больших планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон, из которых лишь первые две не обладают спутниками) и свыше трех тысяч малых планет, называемых астероидами.

Спутники обращаются вокруг своих планет под действием их гравитационного поля. Сила тяжести на поверхности каждой из планет может быть найдена по формуле FT = mg, где g = GM/R2 — ускорение свободного падения на планете. Подставляя в последнюю формулу массу M и радиус R разных планет, можно рассчитать, чему равно ускорение свободного падения g на каждой из них. Результаты этих расчетов (в виде отношения ускорения свободного падения на данной планете к ускорению свободного падения на поверхности Земли) приведены в таблице 7.

Из этой таблицы видно, что наибольшее ускорение свободного падения и, следовательно, наибольшая сила тяжести на Юпитере. Это самая большая планета Солнечной системы; ее радиус в 11 раз, а масса в 318 раз больше, чем у Земли. Слабее всего притяжение на далеком Плутоне. Эта планета меньше Луны: ее радиус всего лишь 1150 км, а масса в 500 раз меньше, чем у Земли!

Еще меньшей массой обладают малые планеты Солнечной системы. 98% этих небесных тел обращаются вокруг Солнца между орбитами Марса и Юпитера, образуя так называемый пояс астероидов. Первый и самый большой астероид — Церера был открыт в 1801 г. Его радиус около 500 км, а масса примерно 1,2*1021 кг (т. е. в 5000 раз меньше, чем у Земли). Нетрудно подсчитать, что ускорение свободного падения на Церере примерно в 32 раза меньше, чем на Земле! Во столько же раз меньше там оказывается и вес любого тела. Поэтому космонавт, оказавшийся на Церере, смог бы поднять груз массой 1,5 т (рис. 110).

На Церере, однако, пока еще никто не был. А вот на Луне люди уже побывали. Впервые это произошло летом 1969 г., когда космический корабль «Аполлон-11» доставил на наш естественный спутник трех американских астронавтов: Н. Армстронга, Э. Олдрина и М. Коллинза. «Конечно, — рассказал потом Армстронг,— в условиях лунного притяжения хочется прыгать вверх… Наибольшая высота прыжка составляла два метра — Олдрин прыгнул до третьей ступеньки лестницы лунной кабины. Падения не имели неприятных последствий. Скорость настолько мала, что нет оснований опасаться каких-либо травм».

Ускорение свободного падения на Луне в 6 раз меньше, чем на Земле. Поэтому, прыгая вверх, человек поднимается там на высоту, в 6 раз большую, чем на Земле. Чтобы подпрыгнуть на Луне на 2 м, как это сделал Олдрин, требуется приложить такое же усилие, что и на Земле при прыжке на высоту 33 см.

Первые астронавты находились на Луне 21 ч 36 мин. 21 июля они стартовали с Луны, а 24 июля «Аполлон-11» уже приводнился в Тихом океане. Люди покинули Луну, но на ней осталось пять медалей с изображениями пяти погибших космонавтов. Это Ю. А. Гагарин, В. М. Комаров, В. Гриссом, Э. Уайт и R Чаффи.

??? 1. Перечислите все большие планеты, входящие в состав Солнечной системы. 2. Как называется самая большая из них и самая маленькая? 3. Во сколько раз вес человека на Юпитере превышает вес того же человека на Земле? 4. Во сколько раз сила тяжести на Марсе меньше, чем на Земле? 5. Что вы знаете о Церере? 6. Почему походка астронавтов на Луне напоминала скорее прыжки, чем обычную ходьбу?

Венера

Еще одной самой близкой к нам планетой (кроме Луны) является Венера. Это мир с чудовищными условиями и невероятно плотной атмосферой, заглянуть за которую долгое время никому не удавалось. Ее наличие, кстати, открыл не кто иной как Михаил Ломоносов.

Атмосфера является причиной парникового эффекта и ужасающей средней температуры на поверхности в 467 градусов по Цельсию! На планете постоянно выпадают осадки из серной кислоты и кипят озера жидкого олова. Такая вот негостеприимная планета Венера. Сила тяжести ее составляет 0,904 G от земной, что почти идентично.

Она также является кандидатом на терраформирование, а впервые ее поверхности достигла советская исследовательская станция 17 августа 1970 года.

Юпитер

Еще одна планета Солнечной системы. Вернее, газовый гигант, состоящий в основном из водорода, который ближе к поверхности из-за чудовищного давления становится жидким. По подсчетам кстати, в его глубинах вполне возможно однажды вспыхнет термоядерная реакция, и у нас будет два солнца. Но если это и произойдет, то, мягко говоря, нескоро, так что беспокоиться не следует. Сила тяжести на Юпитере составляет 2,535 g относительно земной.

Какая роль силы тяжести в природе?

Если бы не было силы тяжести, то мы все выплыли в космос. Без нее все наши наземные виды медленно увядали и умирали. В то же время, наши мышцы дегенерировали, кости у людей и животных становились хрупкими и слабыми, а органы переставали функционировать должным образом.

• Поэтому без преувеличений можно сказать, что сила тяготения — это не только факт жизни на Земле, но и предпосылка для этого. Однако порой люди намерены выйти из сферы влияния этой силы.
• Сила тяжести оказывает незначительное влияние на материю в наименьшем из масштабов, то есть на субатомные единицы. Однако она имеет большое значение для развития объектов на макроуровне.
• Поскольку на макроскопическом уровне, то есть на уровне планет, звезд и галактик, она является доминирующей силой, влияющей на взаимодействие материй. Она вызывает формирование и влияет на траекторию астрономических тел, управляя астрономическим поведением. Сила тяготения сыграла важную роль в эволюции ранней Вселенной.
• Именно сила тяжести отвечала за совокупление материи, чтобы образовать облака газа, которые подверглись гравитационному коллапсу. Облака образовывали первые звезды, которые затем формировали первые галактики. Кстати, без нее, например, звезды превращаются в черные дыры.
• В пределах отдельных звездных систем это заставило пыль и газ слиться. В результате образовывались планеты. Сила тяжести управляет движениями орбит планет вокруг звезд, вращением звезд вокруг центра их галактики и слиянием галактик.
• Но нельзя недооценивать всю ее важность – именно сила тяжести и создает необходимую для жизни атмосферу. Именно от нее и зависит атмосферное или гидростатическое давление. А также она закладывает основу нашего скелета и вестибулярного аппарата.

Влияние силы притяжения на живые организмы

Сила притяжения также оказывает различные воздействия на живых существ. Попросту говоря, когда будут открыты другие обитаемые миры, мы увидим, что их обитатели сильно отличаются друг от друга в зависимости от массы их планет. К примеру, будь Луна обитаема, то ее населяли бы очень высокие и хрупкие существа, и наоборот, на планете массой с Юпитер жители были бы очень низкие, крепкие и массивные. А иначе на слабых конечностях в таких условиях попросту не выживешь при всем желании.

Сила притяжения сыграет важную роль и при будущей колонизации того же Марса. Согласно законам биологии, если чем-то не пользуешься, то это постепенно атрофируется. Космонавтов с борта МКС на Земле встречают с креслами на колесах, так как в невесомости их мышцы задействованы очень мало, и даже регулярные силовые тренировки не помогают. Так что потомство колонистов на других планетах будет как минимум выше и физически слабее своих предков.

Так что мы разобрались с тем, какая сила тяжести на других планетах.

Что собой представляет сила тяжести?

Сила тяжести – это довольно удивительная фундаментальная сила. Она является естественным эффектом, в котором все вещи, обладающие массой, притягиваются друг к другу. Будь то астероиды, планеты, звезды, галактики и т. д.

• Чем больше масса объекта, тем большую силу он будет оказывать на объекты вокруг него. Сила объекта также зависит от расстояния — то есть влияние, которое он оказывает на другой объект, уменьшается с увеличением расстояния между ними.
• Силу тяготения называют притягивающей, потому что она всегда пытается объединить массы и никогда не отталкивает их. Фактически, каждый объект живой и неживой природы тянется ко всем другим объектам во Вселенной.
• Сила тяжести также является одной из четырех основных сил, которые регулируют все взаимодействия в природе. Она находится наряду со слабой и сильной ядерной силой, а также электромагнетизмом.
• Из этих сил гравитация является самой слабой. Она слабее примерно в 1038 раз сильной ядерной силы и в 1036 раз слабее электромагнитной силы. Также слабее она и слабой ядерной силы в 1029 раз.
• Лучшим средством описания поведения силы тяжести остается общая теория относительности Эйнштейна. Согласно теории, сила тяготения не является силой. Это следствие кривизны пространства и времени, что вызвана неравномерным распределением массы или энергии.
• С этой теорией согласуются взаимодействия в природе. Энергия и масса эквивалентны, а это значит, что все формы энергии также вызывают силу тяжести и находятся под ее влиянием.
• Однако, большинство способов применения этой силы лучше всего объясняет Закон всемирного тяготения Ньютона. В нем говорится, что сила тяжести существует как притяжение двух тел. Сила этого притяжения может вычисляться математически, где сила тяготения прямо пропорциональна произведению их масс. Также она обратно пропорциональна квадрату расстояния между телами.
• Сила тяготения высчитывается по общепринятой формуле:

None В каждой точке планеты действует сила тяжести, что есть и на других планетах.

[custom_ads_shortcode1]