الجاذبية هي قوة أساسية رائعة. لولا راحة الأرض 1 ز، التي تتسبب في سقوط الأجسام باتجاه الأرض بسرعة 9.8 م / ث² ، سنطفو جميعًا في الفضاء. وبدونها ، ستذبل جميعنا من الكائنات الأرضية وتموت ببطء مع تدهور عضلاتنا ، وأصبحت عظامنا هشة وضعيفة ، وتوقفت أعضائنا عن العمل بشكل صحيح.
لذلك يمكن للمرء أن يقول بدون مبالغة أن الجاذبية ليست مجرد حقيقة حياة هنا على الأرض ، ولكنها شرط مسبق لها. ومع ذلك ، بما أن البشر يبدون عازمين على النزول من هذه الصخرة - الهروب من "الروابط المؤلمة للأرض" كما كانت - فهم جاذبية الأرض وما يلزم للهروب منه أمر ضروري. ما مدى قوة جاذبية الأرض؟
تعريف:
لتكسيرها ، الجاذبية هي ظاهرة طبيعية يتم فيها جلب كل الأشياء التي تمتلك كتلة تجاه بعضها البعض - أي الكويكبات والكواكب والنجوم والمجرات والعناقيد الفائقة ، وما إلى ذلك. كلما زادت كتلة الجسم ، زادت جاذبيته على الأشياء من حوله. تعتمد قوة جاذبية الجسم أيضًا على المسافة - أي أن الكمية التي يمارسها على الجسم تنقص مع زيادة المسافة.
الجاذبية هي أيضًا واحدة من القوى الأساسية الأربع التي تحكم جميع التفاعلات في الطبيعة (إلى جانب ضعف القوة النووية والقوة النووية القوية والكهرومغناطيسية). من هذه القوى ، الجاذبية هي الأضعف ، حوالي 1038 أضعف الأوقات من القوة النووية القوية ، 1036 أضعف الأوقات من القوة الكهرومغناطيسية و 1029 أضعف من القوة النووية الضعيفة.
ونتيجة لذلك ، فإن الجاذبية لها تأثير ضئيل على المادة عند أصغر المقاييس (أي الجسيمات دون الذرية). ومع ذلك ، على المستوى الماكروسكوبي - مستوى الكواكب والنجوم والمجرات وما إلى ذلك - الجاذبية هي القوة المهيمنة التي تؤثر على تفاعلات المادة. يتسبب في تكوين الأجسام الفلكية وشكلها ومسارها ، ويحكم السلوك الفلكي. كما لعبت دورًا رئيسيًا في تطور الكون المبكر.
كانت مسؤولة عن تجمع المواد معًا لتشكيل سحب من الغازات التي تعرضت لانهيار الجاذبية ، لتشكيل النجوم الأولى - والتي تم جمعها بعد ذلك لتشكيل المجرات الأولى. وضمن أنظمة النجوم الفردية ، تسبب في اندماج الغبار والغاز لتشكيل الكواكب. كما أنها تحكم مدارات الكواكب حول النجوم ، والأقمار حول الكواكب ، ودوران النجوم حول مركز مجرتهم ، ودمج المجرات.
الجاذبية والنسبية العالمية:
نظرًا لأن الطاقة والكتلة متكافئتان ، فإن جميع أشكال الطاقة ، بما في ذلك الضوء ، تتسبب أيضًا في الجاذبية وتحت تأثيرها. وهذا يتفق مع نظرية النسبية العامة لأينشتاين ، والتي لا تزال أفضل وسيلة لوصف سلوك الجاذبية. وفقًا لهذه النظرية ، فإن الجاذبية ليست قوة ، ولكنها نتيجة لانحناء الزمكان الناجم عن التوزيع غير المتساوي للكتلة / الطاقة.
إن المثال الأكثر تطرفًا على انحناء الزمكان هذا هو الثقب الأسود ، الذي لا يمكن لأي شيء الهروب منه. عادةً ما تكون الثقوب السوداء نتاجًا لنجم فائق الكتلة أصبح سوبرنوفا ، تاركًا وراءه بقايا قزمًا بيضاء ذات كتلة كبيرة ، سرعة الهروب أكبر من سرعة الضوء. تؤدي الزيادة في الجاذبية أيضًا إلى تمدد الزمن الثقالي ، حيث يحدث مرور الوقت بشكل أبطأ.
على الرغم من ذلك ، بالنسبة لمعظم التطبيقات ، يتم تفسير الجاذبية بشكل أفضل من خلال قانون الجاذبية العالمية لنيوتن ، والذي ينص على أن الجاذبية موجودة كجاذبية بين جسدين. يمكن حساب قوة هذا الجذب رياضيًا ، حيث تتناسب القوة الجذابة بشكل مباشر مع منتج كتلها وتتناسب عكسًا مع مربع المسافة بينهما.
جاذبية الأرض:
على الأرض ، تعطي الجاذبية وزنًا للأجسام المادية وتسبب المد والجزر. قوة جاذبية الأرض هي نتيجة كتلة وكثافة الكواكب - 5.97237 × 1024 كجم (1.31668 × 1025 رطل) و 5.514 جم / سم3على التوالي. وينتج عن ذلك قوة جاذبية الأرض تبلغ 9.8 م / ثانية² بالقرب من السطح (تُعرف أيضًا باسم 1 ز) ، الذي يقلل بشكل طبيعي من مسافة أبعد عن السطح.
بالإضافة إلى ذلك ، تتغير قوة الجاذبية على الأرض اعتمادًا على المكان الذي تقف فيه. السبب الأول هو أن الأرض تدور. هذا يعني أن جاذبية الأرض عند خط الاستواء هي 9.789 م / ث2بينما تبلغ قوة الجاذبية عند القطبين 9.832 م / ث2. بعبارة أخرى ، أنت تزن في القطبين أكثر مما تفعله عند خط الاستواء بسبب هذه القوة المركزية ، ولكن فقط أكثر بقليل.
أخيرًا ، يمكن أن تتغير قوة الجاذبية اعتمادًا على ما تحت الأرض تحتك. يمكن أن تؤدي تركيزات الكتلة العالية ، مثل الصخور أو المعادن عالية الكثافة إلى تغيير قوة الجاذبية التي تشعر بها. ولكن بالطبع ، هذا المبلغ طفيف للغاية بحيث لا يمكن ملاحظته. لقد حددت بعثات وكالة ناسا مجال جاذبية الأرض بدقة لا تصدق ، مما يدل على الاختلافات في قوتها ، اعتمادًا على الموقع.
تنخفض الجاذبية أيضًا مع الارتفاع ، لأنك بعيدًا عن مركز الأرض. الانخفاض في القوة من الصعود إلى قمة الجبل ضئيل جدًا (0.28 ٪ أقل خطورة في قمة جبل إيفرست) ، ولكن إذا كنت مرتفعًا بما يكفي للوصول إلى محطة الفضاء الدولية (ISS) ، فستواجه 90 ٪ لقوة الجاذبية التي تشعر بها على السطح.
ومع ذلك ، نظرًا لأن المحطة في حالة السقوط الحر (وأيضًا في فراغ الفضاء) فإن الأجسام ورواد الفضاء على متن محطة الفضاء الدولية قادرون على التحليق. بشكل أساسي ، بما أن كل شيء على متن المحطة ينخفض بنفس المعدل نحو الأرض ، فإن أولئك الذين هم على متن محطة الفضاء الدولية يشعرون بأنهم عديمي الوزن - على الرغم من أنهم ما زالوا يزنون حوالي 90٪ مما قد يفعلونه على سطح الأرض.
جاذبية الأرض مسؤولة أيضًا عن كون كوكبنا "سرعة هروب" تبلغ 11.186 كم / ثانية (أو 6.951 ميل / ثانية). وهذا يعني بشكل أساسي أن الصاروخ يحتاج إلى تحقيق هذه السرعة قبل أن يأمل في التحرر من جاذبية الأرض والوصول إلى الفضاء. ومع معظم عمليات إطلاق الصواريخ ، فإن معظم اتجاهها مخصص لهذه المهمة وحدها.
بسبب الاختلاف بين جاذبية الأرض وقوة الجاذبية على الأجسام الأخرى - مثل القمر (1.62 م / ثانية² ؛ 0.1654ز) والمريخ (3.711 م / ثانية² ؛ 0.376 جم) - العلماء غير متأكدين من الآثار التي ستكون على رواد الفضاء الذين ذهبوا في مهام طويلة الأمد إلى هذه الأجسام.
في حين أظهرت الدراسات أن المهمات طويلة المدى في الجاذبية الصغرى (أي على محطة الفضاء الدولية) لها تأثير ضار على صحة رواد الفضاء (بما في ذلك فقدان كثافة العظام ، وانحطاط العضلات ، وتلف الأعضاء والبصر) لم يتم إجراء أي دراسات بشأن آثار البيئات منخفضة الجاذبية. ولكن نظرًا للمقترحات المتعددة التي تم تقديمها للعودة إلى القمر ، واقترحت وكالة ناسا "رحلة إلى المريخ" ، فإن هذه المعلومات يجب أن تكون واردة!
ككائنات أرضية ، نحن البشر مباركون ومسببون بقوة جاذبية الأرض. من ناحية ، يجعل الدخول إلى الفضاء صعبًا ومكلفًا. من ناحية أخرى ، فإنه يضمن صحتنا ، لأن جنسنا هو نتاج مليارات السنين من تطور الأنواع التي حدثت في 1 ز بيئة.
إذا كنا نأمل في أن نصبح أنواعًا ترتاد الفضاء والكواكب حقًا ، فمن الأفضل أن نكتشف كيف سنتعامل مع الجاذبية الصغرى والجاذبية الأقل. خلاف ذلك ، من غير المحتمل أن يخرج أي منا عن العالم لفترة طويلة جدًا!
لقد كتبنا العديد من المقالات حول مجلة Earth for Space. هنا من أين تأتي الجاذبية ؟، من اكتشف الجاذبية ؟، لماذا تدور الأرض ؟، لماذا لا تسرق الشمس القمر ؟، هل يمكننا صنع الجاذبية الاصطناعية ؟، وتظهر بطاطس بوتسدام الجاذبية الاختلافات في جاذبية الأرض .
هل تريد المزيد من الموارد على الأرض؟ في ما يلي رابط إلى صفحة رحلات الفضاء البشرية التابعة لوكالة ناسا ، وفي ما يلي الأرض المرئية التابعة لناسا.
لقد سجلنا أيضًا حلقة من علم الفلك حول الأرض ، كجزء من جولتنا عبر النظام الشمسي - الحلقة 51: الأرض ، والحلقة 318: الهروب من السرعة.
مصادر:
- ويكيبيديا - الجاذبية
- ناسا: مكان الفضاء - ما هو الجاذبية حقا؟
- ناسا - مسبار الجاذبية ب: مهمة النسبية
