Posted by გრავიტაცია ფიზიკის ერთ-ერთი ფუნდამენტური ცნებაა, რასაც დედამიწელები არაფრად ვაგდებთ, სანამ საქმე მეცნიერულ განხილვებს არ შეეხება. ამაში დიდი დანაშაული არც მიგვიძღვის, იმის გათვალისწინებით, რომ დღიდან სიცოცხლის გაჩენისა, უკვე მილიარდობით წელია, ჩვენი ევოლუცია მშობლიური პლანეტის კომფორტულ 1g (ანუ 9,8 მ/წმ2) მიზიდულობის თანხლებით მიმდინარეობს. მაგრამ, თუ მთვარეზე მყოფ ადამიანებს ვკითხავთ, ისინი გრავიტაციის მნიშვნელობას სულ სხვაგვარად აგვიხსნიან.
გრავიტაცია პირდაპირდამოკიდებულია მასაზე, და მისი ზეგავლენის ფარგლებში მოქცეული ყველა სახის მატერია – ვარსკვლავები, პლანეტები, გალაქტიკები, სინათლე და სუბ-ატომური ნაწილაკებიც კი ერთმანეთს ”იზიდავს”. ამ ”გავლენის სფეროს” გავრცელების არეალი კი, მასასთან ერთად, დამოკიდებულია ობიექტის ზომაზე და სიმკვრივეზე. ამიტომ იოლი წარმოსადგენია, როგორი გრავიტაციული მრავალფეროვნებით გამოირჩევიან ჩვენი მზის სისტემის პლანეტები და მთვარეები.
როგორც უკვე ავღნიშნეთ, დედამიწაზე გრავიტაცია 9,80665 მ/წმ2 ტოლია, ეს იმას ნიშნავს, რომ დედამიწისკენ თავისუფალ ვარდნაში მყოფი ობიექტი ყოველ მომდევნო წამს 9,8 მეტრით მეტს გაიფრენს, ანუ აჩქარდება. ეს გრავიტაციული სიდიდე სტანდარტადაა აღებული და აღინიშნება როგორც 1g.
ნიუტონის კანონის მიხედვით, ორ სხეულს შორის გრავიტაციული მიზიდულობა მათემატიკურად შემდეგნაირად გამოისახება: F = G (m1 × m2/r2) – სადაც F ძალაა, m1 და m2 ურთიეთმოქმედი ობიექტების მასებია, r – მასათა ცენტრებს შორის მანძილი, G -გრავიტაციული მუდმივა, რომელიც გამოთვლილია როგორც 6,674×1011 N × m2/kg2 .
ზომაზე და მასაზე დამოკიდებულებით, სხვა კოსმოსურ სხეულებზე არსებული გრავიტაციაც ორგვარად გამოისახება – g ერთეულით ან აჩქარებით. მოდი, ვნახოთ, ზუსტად რა სიდიდისაა ეს მონაცემები სხვა პლანეტებზე, დედამიწისაგან განსხვავებით.
გრავიტაცია მერკურიზე:
მზესთან უახლოესი პლანეტის საშუალო რადიუსი დაახლოებით 2440 კმ-ა, ხოლო მასა 3,30 × 1023 კგ. მაშასადამე მერკური ზომით დედამიწის მესამედს მცირედ აღემატება და მზის სისტემის ყველაზე პატარა პლანეტას წარმოადგენს. მაგრამ საყურადღებოა მერკურის სიმკვრივე – 5,427 გ/სმ3, რომელიც დედამიწის საშუალო 5,514 გ/სმ3 სიმკვრივეს სულ მცირედ ჩამოუვარდება. მერკურის ზედაპირზე გრავიტაცია 3,7 მ/წმ2 ტოლია, რაც 0,38g შეადგენს. საინტერესოა, რომ მერკურის ე. წ. ”გრავიტაციული ანომალიები” ახასიათებს, რაც მის სიღრმეებში არსებული მაღალი სიმკვრივის მქონე უბნებითაა გამოწვეული.
გრავიტაცია ვენერაზე:
ვენერა ბევრი პარამეტრით დედამიწის მსგავსია, ამიტომ მას ხშირად უწოდებენ ”დედამიწის ტყუპისცალს”. ვენერას საშუალო რადიუსია 4,6023×108 კმ, მასა – 4,8675×1024 კგ, ხოლო სიმკვრივე 5,243 გ/სმ3. ე. ი. ვენერას პარამეტრები დედამიწისაზე სულ ოდნავ მცირეა, და რა გასაკვირია, რომ გრავიტაციაც თითქმის იგივეა: 8,87 მ/წმ2, ანუ 0,904 g.
გრავიტაცია მთვარეზე:
მთვარე ერთად-ერთი კოსმოსური სხეულია, რომლის მცირე გრავიტაციაც ადამიანებმა საკუთარ თავზე გამოსცადეს. მთვარის საშუალო რადიუსია 1737 კმ, მასა 7,3477 x 1022 კმ, სიმკვრივე 3,3464 გ/სმ3. ამ მონაცემებით მთვარეზე მოსალოდნელი გრავიტაცია გამოთვალეს, რისი მნიშვნელობაც ”Apollo”-ს ასტრონავტებმაც დაადასტურეს – 1,62 მ/წმ2, ანუ 0,1654 g.
გრავიტაცია იუპიტერზე:
იუპიტერი მზის სისტემის ყველაზე დიდი პლანეტაა. მისი საშუალო რადიუსია 69,911 ± 6 კმ, ის დედამიწაზე 317,8-ჯერ უფრო მასიურია – 1,8986×1027კგ. თუმცა იუპიტერი გაზის პლანეტაა და მას არც ზედაპირი გააჩნია, ხოლო სიმკვრივე მცირეა და 1,326 გ/სმ3 შეადგენს. ნებისმიერი ობიექტი, რომელიც იუპიტერზე დაეშვება, თანდათან მისი მყარი (თეორიულად) ბირთვისკენ დაიწყებს ჩაძირვას. ამგვარად, მისი ღრუბლოვანი ზედაპირის თავზე გრავიტაცია 24,79 მ/წმ2, ანუ 2,528 g უდრის.
გრავიტაცია სატურნზე:
იუპიტერის მსგავსად, სატურნიც უზარმაზარი გაზის გიგანტია, თუმცა ნაკლები სიმკვრივით. მისი საშუალო რადიუსია 58232±6 კმ, მასა 5,6846×1026 კგ (95,15 -ჯერ აღემატება დედამიწისას), სიმკვრივე 0,687 გ/სმ3. ამგვარად, სატურნის გრავიტაცია (მის ღრუბლოვან ზედაპირთან) 10,44 მ/წმ2, ანუ 1,065 g უდრის.
ურანის გრავიტაცია:
ურანის საშუალო რადიუსია 25360 კმ, მასა – 8,68 × 1025 კგ, ურანი დედამიწასთან შედარებით 14.536-ჯერ უფრო მასიურია. ამ გაზის გიგანტის სიმკვრივე ძალიან დაბალია და 1.27 გ/სმ3 უდრის. ამგვარად, ურანის ”ზედაპირული” გრავიტაციაა 8,69 მ/წმ2, ანუ 0,886 g.
გრავიტაცია ნეპტუნზე:
ნეპტუნი მზის სისტემის ზომით მეოთხე პლანეტაა. მისი საშუალო რადიუსია 24,622 ± 19 კმ, მასა – 1,0243×1026 კგ. ლურჯი გაზის გიგანტი, ნეპტუნი, დედამიწაზე 17-ჯერ უფრო მასიურია. მისი სიმკვრივე მცირეა – 1,638 გ/სმ3. მისი ”მაღლა, ღრუბლებში” გრავიტაციაა 11,15 მ/ს2 (1,14 g).
გრავიტაცია მარსზე:
მარსი დედამიწას გარკვეულ ასპექტებში წააგავს, თუნდაც იმით, რომ კლდოვანი პლანეტაა. მაგრამ მარსი ზომით დედამიწის თითქმის ნახევარია, მისი საშუალო რადიუსი მხოლოდ 3,389 კმ-ა. მასით მარსი დედამიწაზე თითქმის 10-ჯერ მცირეა – 6.4171×1023 კგ. მარსის საშუალო სიმკვრივეა 3,93 გ/სმ3. ამიტომ მისი გრავიტაციაა 0,38 g, ანუ – 3,711 მ/წმ2.
მარსს და დედამიწას ბევრი რამ აქვთ საერთო – ხმელეთის ზედაპირის ფართობი დაახლოებით ერთნაირია, არის პოლარული ქუდები, ღერძის დახრილობა და დღე-ღამის ხანგრძლივობა (24 სთ და 39 წთ), რაც მკვეთრად გამოხატულ სეზონურ ცვალებადობას განაპირობებს.
ამასთან, ორივე პლანეტა მნიშვნელოვნად განსხვავდება ერთმანეთისგან, მაგალითად, ატმოსფერული წნევა მარსზე მხოლოდ 7.5 მილიბარია, მაშინ, როდესაც დედამიწის ზღვის დონეზე მისი ნიშნული 1000 მილიბარს (1 ატმ.) შეადგენს. მარსზე საშუალო ტემპერატურაც ძალიან დაბალია -63 °C, დედამიწა კი, მზის თბილი სხივებისა და სქელი ატმოსფეროს წყალობით, სასიამოვნო 14 °C-იან კლიმატში ”ნებივრობს”. მარსის ორბიტა გაწელილია, ამიტომ იქაური წელიწადი 687 დღეს შეადგენს.
ძალიან დიდი განსხვავებაა გრავიტაციაშიც, რომელიც მარსზე 62%-ით უფრო ნაკლებია, ანუ 0.38. ე.ი. თუ ადამიანი დედამიწაზე 100 კგ-ს იწონის, მარსზე მისი წონა მხოლოდ 38 კგ იქნება.
გრავიტაციაში ასეთი სხვაობა პლანეტების მასით, სიმკვრივით და რადიუსითაა განპირობებული. უკვე ავღნიშნეთ, რომ ხმელეთის ფართობი მარსზე იმდენივეა, რამდენიც დედამიწაზე, მაგრამ ეს – ოკეანეების გამოკლებით. მარსის დიამეტრი დედამიწის ნახევარზე ნაკლებია, ხოლო მასით მხოლოდ 11%.
მარსის გრავიტაციის გამოსათვლელად მეცნიერებმა ნიუტონის გრავიტაციის თეორია გამოიყენეს, რომელიც ამბობს, რომ ობიექტზე ”მოდებული” გრავიტაციის ძალა მისი მასის პროპორციულია. გარკვეული მასის მქონე სფერული სხეულის შემთხვევაში, როგორიცაა, მაგალითად, პლანეტა – ზედაპირის გრავიტაცია რადიუსის კვადრატის უკუპროპორციულია.
ეს ურთიერთდამოკიდებულებები გამოსახება ფორმულით g = m/r2, სადაც g გრავიტაციაა მარსის ზედაპირზე (აქვე, დედამიწის ზედაპირზე – 9,8 მ/წმ2), m არის მასა (დედამიწის მასა – 5,976·1024 კგ), და r – რადიუსი (დედამიწის საშ. რადიუსი – 6,371 კმ). მარსის მასაა 6,4185·1023 კგ, დედამიწის მასის 0,107, საშ. რადიუსი – 3,390 კმ, ანუ დედამიწის 0,532. ამგვარად, მარსის გრავიტაცია იქნება 0,107/0,5322, ანუ 0,38. ეს იგივეა, რაც 3,724 მ/წმ2.
მარსზე საკაცობრიო მისსიების და შემდეგ – კოლონიზაციის წარმატებით განხორციელებისთვის აუცილებელია შევისწავლოთ ცოცხალ ორგანიზმებზე მარსის დაბალი გრავიტაციის ხანგრძლივი ზემოქმედების ფიზიოლოგიური ეფექტი. საერთაშორისო კოსმოსურ სადგურზე ჩატარებული ექსპერიმენტების საფუძველზე გაირკვა, რომ უწონობაში გატარებული 6 თვის შემდეგ აღნიშნება კუნთოვანი ქსოვილის მასის 15%-ის დაკარგვა, რაც ასევე ზრდის ძვლოვანი მასის დაკარგვისა და ოსტეოპოროზის განვითარების რისკს. გასაგებია, რომ ეს ეფექტები გაორმაგებულად გამოვლინდება მარსის ხანგრძლივი მისსიების დროსაც, არა მარტო ფრენის, არამედ მარსის ზედაპირზე ცხოვრების განმავლობაშიც. თუმცა მეცნიერები ამტკიცებენ, რომ მათ დაბალი გრავიტაციების ფიზიოლოგიური ეფექტების შესამცირებლად საკმაოდ ეფექტური მეთოდები შეიმუშავეს.
NASA მარსზე პირველი საკაცობრიო მისსიის განხორციელებას 2030 წელს გეგმავს, ამგვარად, მარსის გრავიტაციის ადამიანებზე ზემოქმედების შესახებ მნიშვნელოვანი მონაცემები იქნება შეგროვებული. იხილეთ სტატია, რომელიც მარსის სიმულირებული გრავიტაციის პირობებში მოთავსებული თაგვების ტესტირებას შეეხება.
მაშ ასე, გრავიტაცია მზის სისტემაში ბატონობს, და არის როგორც მცირე – 0,38 g მერკურსა და მარსზე, აგრეთვე უზარმაზარიც – 2,528 g იუპიტერის ღრუბლებში. მისი გავლენა რამდენიმე იღბლიანმა ასტრონავტმაც გამოსცადა – ყველას აქვს საშუალება იხილოს მთვარეზე გადაღებული კადრები, სადაც ისინი 0,1654 g გრავიტაციის პირობებში ერთობიან!
ინფორმაცია მარსის გრავიტაციის ბიოსატელიტზე. იხილეთ საბავშვო პროექტი საკლასო აქტივობისთვის: მარსის გრავიტაციის დემონსტრირება.