какая гравитация на марсе по сравнению с землей
Гравитация на Марсе
Земля и Марс во многом похожи. Они практически сходятся по площади поверхности, обладают полярными шапками, осевым наклоном и сезонной изменчивостью. К тому же обе показывают, что прошли сквозь климатические перемены.
Но они и отличаются. И одним из важнейших факторов выступает гравитация. Поверьте, если вы собираетесь колонизировать чужой мир, то этот момент сыграет важную роль.
Эта анимация наглядно показывает, на какую высоту смог бы подпрыгнуть человек, находясь на Марсе
Сравнение гравитации на Марсе и Земле
Художественная интерпретация марсианского интерьера
Если длина марсианского дня почти сходится с земным (24 часа и 37 минут), то год охватывает целых 687 дней. Марсианская гравитация на 62% ниже земного показателя, то есть 100 кг там переходят в 38 кг.
На подобное отличие влияют масса, радиус и плотность. Несмотря на схожесть в площади поверхности, Марс охватывает лишь половину земного диаметра, 15% от объема и 11% массивности. А что с силой тяжести Марса?
Вычисление гравитации Марса
Для определения марсианской гравитации исследователи использовали теорию Ньютона: гравитация выступает пропорциональной массе. Мы сталкиваемся со сферическим телом, поэтому гравитация будет обратно пропорциональная квадрату радиуса. Ниже представлена карта гравитации Марса.
Гравитационная карта Марса
Марсианская масса – 6.4171 х 10 23 кг, что в 0.107 раза больше нашей. Средний радиус – 3389.5 км = 0.532 земного. Математически: 0.107/0.532² = 0.376.
Мы не знаем, что случится с человеком, если его окунуть в подобные условия на длительный срок. Но изучение воздействия микрогравитации показывает потерю мышечной массы, плотности костей, удары по органам и снижение зрения.
Прежде чем отправляться на планету, мы должны детально изучить ее гравитацию, иначе колония обречена на гибель.
Художественное видение марсианского астронавта
Уже есть проекты, которые занимаются этим моментом. Так Марс-1 разрабатывает программы по улучшению мускулатуры. Пребывание на МКС дольше 4-6 месяц показывает потерю мышечной массы на 15%.
Но марсианская займет намного больше времени на сам полет, где корабль атакуется космическими лучами, и пребывание на планете, где также нет защитного магнитного слоя. Экипажные миссии 2030-х гг. все ближе, поэтому мы должны поставить решение этих вопросов в приоритет. Теперь вы знаете, как выглядит гравитация на Марсе.
Предложено объяснение гравитационному феномену Марса
Исследователи во главе с Габриэллой Джилли из Института астрофизики и науки в Лиссабоне представили работу, описывающую механизм работы гравитационных волн в атмосфере Марса. Он оказался похож на земной, но из-за специфики Красной планеты его мощность гораздо больше.
Авторская статья опубликована в журнале Journal of Geophysical Research, а коротко об открытии рассказывает Phys.org. Как известно, Марс обладает очень тонкой атмосферой, размером всего в одну сотую от атмосферы нашей планеты, а сила притяжения там составляет чуть более одной трети силы, которую мы ощущаем на Земле.
Этим ученые объясняют то, что на Марсе происходят глобальные пылевые бури, подобных которым на Земле нет. В новом исследовании астрофизики зашли еще дальше и описали механизм, который управляет воздушными потоками в марсианской атмосфере. Это давняя загадка для ученых.
Дело в том, что данные об атмосфере, полученные с орбиты Красной планеты и непосредственно с ее поверхности, различаются. Причем различие, порой, выходит за рамки допустимой погрешности. Однако разногласия исчезают, если применить для их оценки метод, предложенный Габриэллой Джилли.
Эти волны могут быть вызваны рядом процессов. Например, в результате столкновения теплого и холодного воздуха или прохода потока воздуха над горами. Эти волны переносят и выделяют энергию, что заставляет ветра ускоряться или замедляться. То есть они играют определенную роль в циркуляции атмосферы на планете.
На Земле это влияние не очень заметно. Однако на Марсе, согласно данным проведенного компьютерного моделирования, оно играет глобальную роль. На Красной планете гравитационные волны, вероятно, взаимодействуют с периодическими колебаниями атмосферы в целом, называемыми суточными приливами. Они возникают из-за перепадов дневной и ночной температур.
На Марсе эти приливы намного сильнее, чем на Земле, потому что там, напомним, очень тонкая атмосфера. Исследование показывает, что воздействие гравитационных волн на дневные приливы Марса, как правило, замедляет ветры на высотах более 50 км. А это согласуется с данными, полученными с поверхности Красной планеты.
Исследователи использовали трехмерную модель, разработанную парижской лабораторией Laboratoire de Meteorologie Dynamique (LMD). Этой моделью пользуются многие астрофизики, добавляя в нее все новые данные о Марсе.
Моделирование подтвердило предположения команды Джилли. Оно показало, что гравитационные волны на Марсе действительно обладают специфическими свойствами, позволяющими им глобально влиять на атмосферу. Кстати, на снимках с орбиты можно разглядеть своего рода рябь, чем-то похожую на отпечаток пальца. Это и есть следы гравитационных волн.
Сила притяжения на Марсе
Гравитация на Марсе значительно ниже, чем на Земле, если точнее, то на 62% ниже. Это означает, что марсианская гравитация составляет 38% от Земной. Человек массой 100 кг, на Марсе весил бы 38 кг.
Сила тяжести
Марс меньше Земли и это определяет силу тяжести на планете. Ньютон использовал закон всемирного тяготения чтобы описать как работает сила притяжения, однако он описал только часть явления. Эйнштейн заявил, что гравитация это просто искривление пространства-времени, которое создается массой объекта.
Сообщество ученых по квантовой физике предложило теоретическую частицу, названную “гравитон”, которая создает притяжение, так что у нас теперь есть современное понимание тяжести, но это явление все еще покрыто тайной и является препятствием на пути к созданию универсальной теории всех взаимодействий во Вселенной.
Негативные моменты низкой гравитации
Известно, что люди страдают от потери костной массы, при низкой гравитации, поэтому при освоении таких планет как Марс, нужно учитывать долгосрочное влияние низкой силы тяжести на организм и проводить научные исследования, касающиеся влияния низкой силы тяжести.
Преодоление последствий низкой гравитации может быть отправной точкой для освоения человеком других планет.
Похожие статьи
Понравилась запись? Расскажи о ней друзьям!
Гравитация на Марсе
Гравитация на Марсе, как утверждают учёные, намного ниже, нежели на Земле. Точный процент разницы составляет 62%. Это свидетельствует о том, что притяжение на «красной планете» равняется 38% от притяжения «у нас». Если масса человека на Земле – 100 кг, на соседнем космическом теле этот показатель равнялся бы всего 38 кг.
Особенности силы тяжести
Марс значительно меньше в отличие от Земли, именно размером обусловлена меньшая сила тяжести на нём. Ньютон использовал закон всемирного тяготения, чтобы описать, как это работает на Земле. Но уже другим учёным удалось объяснить, какая сила тяжести на Марсе.
Эйнштейн, в свою очередь, сообщил, что гравитационная сила представляет собой не что иное, как искривление, создаваемое за счёт массы тела.
Квантовые физики при этом предложили использование теоретической частицы, получившей название «гравитон». Как они считают, именно за счёт неё происходит притяжение, но данный феномен до сих пор остаётся непонятным.
Принцип расчёта гравитации
Как уже отмечалось, сила тяжести на «красной планете» — это 38% от земного показателя. Рассчитать её не составит труда, для этого применяется специальная формула:
Где m – соотношение между массами планет, r – аналогичный показатель, только для радиусов космических объектов. На основании этого толкования можно составить следующее равенство:
G = 0,107 / 0,532^2 = 0,376.
Если округлить этот показатель до сотых, получится 0,38, а на Земле 0,99732.
Почему «там» всё по-другому?
По той простой причине, что гравитация на Марсе традиционно выражается в прямой и непосредственной зависимости между определёнными характеристиками:
Для Земли характерно превосходство по всем этим параметрам, и оно серьёзно влияет на силу притяжения, ослабление которой происходит исключительно по мере удаления объектов друг от друга. Эти же показатели способствуют определению влияния на предметы, которые находятся на поверхностях. Несмотря на то, что учёные обнаружили определённые сходства, различия между планетарными свойствами вполне серьёзные.
Минусы низкой гравитации
Как можно заметить, опираясь на материал, изложенный выше, сила тяжести на Марсе является более низкой в сравнении с его «соседкой» — Землёй. Известно, что в таких условиях среднестатистический человек страдает от потери костной массы, в связи с этим в процессе освоения планеты стоит принимать во внимание продолжительное влияние невысокой силы тяжести на тело и организовывать научные исследования. Преодоление этого аспекта может дать хороший старт для освоения человечеством других планет.
Таким образом, несмотря на сходства, планеты Земля и Марс различны, в том числе и по гравитации.
Нюансы магнитного поля
На Марсе, как известно, не имеется магнитосферы. Но есть некоторые остатки магнетизма, значения которых в 500 раз меньше, нежели напряжённость земного «собрата». Основная задача этого слоя заключается в обеспечении защиты от проникновения на поверхность солнечного ветра и радиации из космоса.
Ядро Земли вращается, что приводит к созданию в магме токов. За счёт них происходит генерация особой магнитной напряжённости. На соседней планете данный механизм отсутствует. Поэтому на ней не имеется атмосферы, и наблюдается повышенный уровень радиации.
Тем не менее, учёные, изучающие красную планету, а в частности гравитация на Марсе, отмечают, что есть очевидные признаки существования магнитного поля на планете в прошлом, причём оно справлялось с возложенными на него функциями. И только порядка 3,2 млрд лет тому назад произошло прекращение этого процесса по неизвестным причинам. Возможно притяжение на Марсе как-то на это влияет.
Причины утраты
Самой распространённой считается гипотеза, созданная профессором Джафаром Аркани-Хамеда из Торонто. Он исследовал планету и смог доказать, что утрата магнитного поля Марса связана, в первую очередь, с воздействием Юпитера на астероидный пояс. Именно под его влиянием тело было «захвачено» красной планетой и превратилось в его спутник с убывающим значением радиуса обращения.
Давайте подумаем 1 — Можно ли «победить» низкую гравитацию Марса?
Итак, на Geektimes я встречал мнение, что низкая гравитация Марса это чуть ли не главная проблема почему колонизация Марса невозможна или приведет к большому количеству заболеваний, к вырождению и вымиранию колонии на Марсе.
Уменьшить гравитацию сложно, а вот можно ли ее увеличить?
1 Способ. Очень простой и древний
Вы не поверите, но «машину», чтобы «оказаться на Юпитере» придумали тысячу лет назад и выглядела она как-то так.
Да обычные рыцарские доспехи, которые весили иногда (особенно если предназначались для турниров) чуть ли не сколько же сколько сам рыцарь (до 70-80 кг). В них вы сможете почувствовать себя на планете, где гравитация раза в 2 больше.
По сути, для мышц и костей человека нет большой разницы между земной силой тяжести и доспехами или скафандром с дополнительным весом, ведь давить сверху будет с той же силой.
Например, скафандр миссии Аполлонов весил целиком около 100 кг., то есть космонавт/астронавт в таком скафандре на Марсе чувствовал почти как на Земле (до 70-80% земной силы тяжести). Естественно, внутри помещений колонисты не будут постоянно носить скафандры, однако они могут носить обычные жилет-утяжелители для тренировок:
и такие же на руки и ноги
Возможно, так же можно надевать специальные головные уборы для тренировки шеи. Разумеется, если придется переносить тяжелые грузы, такие утяжелители можно и нужно будет снять.
Обычно такие утяжелители используют песок в качестве грузом, но вместо песка можно использовать свинец (или еще более тяжелые металлы) и объем будет относительно небольшим. Литр свинца весил 11 кг., небольшой 20 литровый рюкзак забитый свинцом будет весить более 200 кг. Это будет более чем достаточно для создания «как бы Земной силы тяжести».
Кстати, подобные свинцовые костюмы-утяжелители или скафандры-утяжелители могут заодно служить личным средством защиты от радиации (хотя вероятнее большая часть жилых помещений будет подземным).
1. Инерция. Обычно тех кто тренируется с такими утяжелителями для рук и ног предупреждают об опасности резких движений, так как кости при большом весе могут не выдержать. К тому же, в случае неожиданной опасности колонисты будет сложно двигаться быстро, не снимая утяжелители. Это может быть опасным, когда речь будет о секундах. Кроме того, колонисты при таком утяжелении будут быстрее уставать при ходьбе или беге, просто из-за борьбы с инерцией.
2. Возможные проблемы с внутренними органами. Да, можно создать как бы «дополнительную силу тяжести» для мышц, костей и т.п., но вот как низкая гравитация будет действовать на внутренние органы не очень понятно. К сожалению, ученые хорошо знают как действует невесомость, но нет экспериментов при пониженной (но не нулевой) гравитации. По идее, внутри тела человека все равно есть внутреннее давление и гравитация не должна играть решающую роль, но вопрос остается открытым…
3. Этот способ не будет работать во время сна и открытым остается вопрос беременности и первых лет жизни детей.
2 Способ Центрифуга
На картинке ниже вы видите центрифугу для тренировок космонавтов.
В принципе, не сложно разработать подобную же систему для ночного отдыха Марсиан (разумеется в упрощенном варианте).
Почему для ночного?
Во-первых, именно во сне человек проводить треть своего времени, вполне возможно, что треть времени с Земной силой тяжестью + дополнительные утяжелители «днем» будет достаточным для профилактики всех проблем из-за низкой гравитации.
Во-вторых, именно во сне человеку требуется очень небольшое пространство (капсульные отели гарантируют), поэтому в небольшой центрифуге может находится достаточно много народу. К тому же, во время сна здоровому человеку (а космонавты/астронавты по умолчанию здоровые) обычно не требуется покидать постель, то есть разгонять и останавливать центрифугу можно только три раза в сутки.
В-третьих, одной центрифугой можно пользоваться в течении трех / четырех смен в земные сутки (в зависимости от длительности сна 8 или 6 часов). Так как скорее всего ритм жизни будет земной, не будет особой проблемы, если каждая «смена» колонистов будет спать в свое время.
В-четвертых, существует сила Кориолииса, которая вызывает неприятные ощущения если размеры центрифуги не очень велики, однако именно если неподвижно лежать во сне, скорее всего неприятные ощущения будет минимальными.
Так же в случае беременности (и первых месяцах жизни), мать и ребенок могут находится в подобных центрифугах более длительное время.
1. Требуется довольно много место для подобных аппаратов, учитывая, что из-за радиации скорее придется их размещать под землей. С другой стороны, вроде для колоний планируется использовать естественные пещеры, возможно на Марсе существуют огромные пещеры.
2. Несмотря на намного разреженную атмосферу, постоянная работа центрифуги потребует определенных затрат энергии. Да и просто ее создание потребует определенных ресурсов или поставок с Земли, которые возможно использовать для других целей.
3. Если центрифуга невелика, то сила Кориолииса даже у профессиональных космонавтов/астронавтов может вызывать неприятные ощущения (или придется ограничиваться лишь частичным увеличением гравитации). С другой стороны, человеческих организм хорошо адаптируется к морской болезни, возможно специально отобранные и неподвижно лежащие колонисты достаточно быстро привыкнут к болезни Кориолииса.
3 Способ «Метро»
Это способ скорее для более развитой колонии. Дело в том что в принципе центрифуга не единственный способ создать центробежную силу, можно представить, небольшие «детские» вагончики (так чтобы только поместились спящие колонисты, они могут быть всего 80-90 см в ширину и высоту), которые ходят по зацикленной подземной «трубе» с радиусом в пол-километра или более. Диаметр подобного тоннеля «метро» может быть всего около метра. Для экономии энергии можно откачать воздух, благо на Марсе это не так сложно.
В принципе, там будет создаваться центробежная сила как в центрифуге, но за счет большего радиуса сила Кориолииса будет практически не чувствоваться. В остальном, способ полностью аналогичен способу 2.
1. Возможные ресурсы и затраты колонии будут выше чем в способе 2, однако это может компенсироваться тем что не будет требоваться большого подземного помещения, плюс не будет проблемы с силой Кориолииса.