La gravité est une force fondamentale de la physique, que nous, Terriens, avons tendance à considérer comme acquise. Vous ne pouvez pas vraiment nous en vouloir. Ayant évolué au cours de milliards d'années dans l'environnement de la Terre, nous avons l'habitude de vivre avec l'attraction d'un g constant (ou 9,8 m / s²). Cependant, pour ceux qui sont allés dans l'espace ou ont posé le pied sur la Lune, la gravité est une chose très ténue et précieuse.
Fondamentalement, la gravité dépend de la masse, où toutes les choses - des étoiles, des planètes et des galaxies à la lumière et aux particules subatomiques - sont attirées les unes par les autres. Selon la taille, la masse et la densité de l'objet, la force gravitationnelle qu'il exerce varie. Et en ce qui concerne les planètes de notre système solaire, qui varient en taille et en masse, la force de gravité sur leurs surfaces varie considérablement.
Par exemple, comme déjà indiqué, la gravité de la Terre équivaut à 9,80665 m / s² (ou 32,174 pi / s²). Cela signifie qu'un objet, s'il est maintenu au-dessus du sol et lâché, accélérera vers la surface à une vitesse d'environ 9,8 mètres pour chaque seconde de chute libre. Il s'agit de la norme pour mesurer la gravité sur d'autres planètes, qui est également exprimée en g unique.
Conformément à la loi d'Isaac Newton de la gravitation universelle, l'attraction gravitationnelle entre deux corps peut être exprimée mathématiquement comme F = G (m¹m² / r²) - oùF est la force, m1 et m2 sont les masses des objets qui interagissent, r est la distance entre les centres des masses et g est la constante gravitationnelle (6,674 × 10-11 N m2/kg2 ).
En fonction de leurs tailles et masses, la gravité sur une autre planète est souvent exprimée en termes de g ainsi qu'en termes de taux d'accélération en chute libre. Alors, comment les planètes de notre système solaire s’empilent-elles exactement en termes de gravité par rapport à la Terre? Comme ça:
Gravité sur le mercure:
Avec un rayon moyen d'environ 2 440 km et une masse de 3,30 × 1023 kg, Mercure est environ 0,383 fois la taille de la Terre et seulement 0,055 aussi massif. Cela fait de Mercure la planète la plus petite et la moins massive du système solaire. Cependant, grâce à sa haute densité - un robuste 5,427 g / cm3, qui est juste légèrement inférieure à 5,514 g / cm sur Terre3 - Le mercure a une gravité superficielle de 3,7 m / s², ce qui équivaut à 0,38 g.
Gravité sur Vénus:
Vénus est semblable à la Terre à bien des égards, c'est pourquoi elle est souvent appelée «jumelle de la Terre». Avec un rayon moyen de 4,6023 × 108 km2, une masse de 4,8675 × 1024 kg, et une densité de 5.243 g / cm3, Vénus a une taille équivalente à 0,9499 Terre, 0,815 fois plus massive et environ 0,95 fois plus dense. Il n'est donc pas surprenant que la gravité sur Vénus soit très proche de celle de la Terre - 8,87 m / s2ou 0,904 g.
Gravité sur la Lune:
Il s'agit d'un corps astronomique où les êtres humains ont pu tester les effets de la gravité diminuée en personne. Calculs basés sur son rayon moyen (1737 km), sa masse (7,3477 x 10²² kg) et sa densité (3,3464 g / cm³), et les missions menées par les astronautes d'Apollo, la gravité de surface sur la Lune a été mesurée à 1,62 m / s2 ou 0,1654 g.
Gravité sur Mars:
Mars est également similaire à la Terre à bien des égards. Cependant, en ce qui concerne la taille, la masse et la densité, Mars est relativement petite. En fait, son rayon moyen de 3,389 km équivaut à environ 0,53 Terre, tandis que sa masse (6,4171 × 1023 kg) n'est que de 0,107 Terre. Sa densité, quant à elle, est d'environ 0,71% des Terres, avec un taux relativement modeste de 3,93 g / cm³. Pour cette raison, Mars a 0,38 fois la gravité de la Terre, ce qui correspond à 3,711 m / s².
Gravité sur Jupiter:
Jupiter est la planète la plus grande et la plus massive du système solaire. Son rayon moyen, à 69 911 ± 6 km, lui fait 10,97 fois la taille de la Terre, tandis que sa masse (1,8986 × 1027 kg) est l'équivalent de 317,8 Terres. Mais étant une géante gazeuse, Jupiter est naturellement moins dense que la Terre et les autres planètes terrestres, avec une densité moyenne de 1,326 g / cm3.
De plus, étant une géante gazeuse, Jupiter n'a pas de véritable surface. Si l'on devait s'y tenir, ils couleraient simplement jusqu'à ce qu'ils arrivent finalement à son noyau solide (théorisé). En conséquence, la gravité de surface de Jupiter (qui est définie comme la force de gravité au sommet de ses nuages), est de 24,79 m / s, soit 2,528 g.
Gravité sur Saturne:
Comme Jupiter, Saturne est une énorme géante gazeuse qui est considérablement plus grande et plus massive que la Terre, mais beaucoup moins dense. En bref, son rayon moyen est de 58232 ± 6 km (9,13 Terres), sa masse est de 5,6846 × 1026 kg (95,15 fois plus massif), et a une densité de 0,687 g / cm3. En conséquence, sa gravité superficielle (encore une fois, mesurée du haut de ses nuages) est légèrement supérieure à celle de la Terre, qui est de 10,44 m / s² (ou 1,065 g).
Gravité sur Uranus:
Avec un rayon moyen de 25 360 km et une masse de 8,68 × 1025 kg, Uranus est environ 4 fois la taille de la Terre et 14,536 fois plus massive. Cependant, en tant que géant du gaz, sa densité (1,27 g / cm3) est nettement inférieur à celui de la Terre. Par conséquent, pourquoi sa gravité en surface (mesurée depuis le sommet de ses nuages) est légèrement plus faible que celle de la Terre - 8,69 m / s2ou 0,886 g.
La gravité sur Neptune:
Avec un rayon moyen de 24 622 ± 19 km et une masse de 1,0243 × 1026 kg, Neptune est la quatrième plus grande planète du système solaire. Tout compte fait, elle est 3,86 fois la taille de la Terre et 17 fois plus massive. Mais, étant un géant du gaz, il a une faible densité de 1,638 g / cm3. Tout cela donne une gravité de surface de 11,15 m / s2 (ou 1,14 g), qui est à nouveau mesuré au sommet des nuages de Neptune.
Dans l'ensemble, la gravité couvre toute la gamme ici dans le système solaire, allant de 0,38 g sur Mercure et Mars à un puissant 2,528 g au sommet des nuages de Jupiter. Et sur la Lune, où les astronautes se sont aventurés, il s'agit d'un 0.1654 g très doux, ce qui a permis de quelques expériences amusantes en apesanteur!
Comprendre l'effet de la gravité zéro sur le corps humain a été essentiel pour les voyages dans l'espace, en particulier lorsqu'il s'agit de missions de longue durée en orbite et vers la Station spatiale internationale. Au cours des prochaines décennies, savoir comment le simuler sera utile lorsque nous commencerons à envoyer des astronautes en mission dans l'espace lointain.
Et bien sûr, savoir à quel point il est fort sur d'autres planètes sera essentiel pour les missions habitées (et peut-être même pour les colonies) là-bas. Étant donné que l'humanité a évolué dans un environnement de 1 g, savoir comment nous nous en sortirons sur des planètes qui n'ont qu'une fraction de la gravité pourrait faire la différence entre la vie et la mort.
Nous avons écrit de nombreux articles intéressants sur la gravité ici à Space Magazine. Voici à quelle vitesse la gravité est-elle?, D'où vient la gravité? et comment nous savons que la gravité n'est pas (seulement) une force.
Et voici, pourrions-nous faire de la gravité artificielle? et "Action fantasmagorique" définit-elle la gravité?
Pour plus d'informations, consultez la page de la NASA intitulée «L'attraction constante de la gravité» et la loi de Newton sur la gravité.
Astronomy Cast a également un épisode, intitulé Episode 102: Gravity.
