So sánh lực hấp dẫn của các hành tinh trong Hệ Mặt Trời

Hiểu được những con số này cho phép chúng ta chuẩn bị kỹ càng cho những chuyến du hành vũ trụ, đặc biệt là sứ mệnh đi vào không gian sâu và đổ bộ hành tinh.

Lực hấp dẫn là một trong 4 lực cơ bản của vật lý. Sau khi trải qua hàng tỷ năm hình thành, Trái Đất có được lực hấp dẫn của nó vào khoảng 9,8 m/s², tạo điều kiện cho loài người và hàng loạt sinh vật khác tiến hóa và phát triển. Con người với trí tuệ và khoa học đã gọi lực hấp dẫn này là 1 g. Tuy nhiên, ở các hành tinh khác nhau ngay trong Hệ Mặt Trời, các lực hấp dẫn của chúng đã khác nhau đáng kể.

Lực hấp dẫn khiến không thời gian bị uốn cong

Về cơ bản, lực hấp dẫn phụ thuộc vào khối lượng của vật thể. Tất cả mọi thứ từ các ngôi sao, hành tinh cho tới thiên hà hay các hạt hạ nguyên tử, chúng đều có lực hút đối với các đối tượng khác. Tùy thuộc vào kích thước, khối lượng và mật độ vật chất, lực hấp dẫn nó tác động sẽ khác nhau.

Ví dụ, lực hấp dẫn của Trái Đất hiện tại khoảng 9,80665 m/s². Điều đó có nghĩa là nếu một vật ở trên mặt đất và bị ném lên trên cao, nó sẽ rơi lại với vận tốc được gia tăng 9,8 mét mỗi giây.

Theo định luật Vạn vật hấp dẫn của Isaac Newton, độ lớn lực hút hấp dẫn giữa hai vật thể được tính bằng công thức F = G (m₁m₂/r²). Trong đó, F là độ lớn của lực, m₁ và m₂ lần lượt là khối lượng của hai vật thể, r là khoảng cách giữa chúng, G là hằng số hấp dẫn (6,674×10^-11 Nm²/kg²).

Dựa trên kích thước và khối lượng của cách hành tinh, lực hấp dẫn của chúng có thể được biểu diễn qua đơn vị g cũng như tỷ lệ vật thể tăng tốc khi rơi tự do xuống bề mặt của nó. Vậy kết quả của các phép tính này là bao nhiêu, dưới đây là câu trả lời dành cho bạn:

Sao Thủy

Với một bán kính trung bình vào khoảng 2.440 km và khối lượng 3,30.10²³ kg, kích thước của sao Thủy là khoảng 0,383 lần so với Trái Đất, độ nặng chỉ khoảng 0,055 lần. Điều này làm cho sao Thủy trở thành hành tinh nhỏ và nhẹ nhất trong Hệ Mặt Trời.

Tuy nhiên, nhờ có mật độ vật chất cao, khoảng 5,427 g/cm³ so với Trái Đất là 5,514 g/cm³, sao Thủy có lực hấp dẫn trên bề mặt là 3,7 m/s², tương đương 0,38 g.

Sao Kim

Sao Kim có kích thước tương tự như Trái Đất, điều đó khiến nó thường được gọi là “anh em sinh đôi” với hành tinh của chúng ta. Với một diện tích bề mặt 4,6032.10⁸ km² , khối lượng 4,8675.10²⁴ kg và mật độ 5,243 g/cm³, kích thước sao Kim tương đương 0,9499 lần Trái Đất, khối lượng đạt 0,815 lần và mật độ khoảng 0,95 lần. Do đó, không có gì ngạc nhiên khi lực hấp dẫn trên sao Kim rất gần so với Trái Đất: 9,87 m/s² hay 0,904 g.

Mặt Trăng

Đây là thiên thể ngoài Trái Đất duy nhất mà con người đã từng trải nghiệm lực hấp dẫn trên bề mặt. Điều này được thực hiện bởi các phi hành gia trong sứ mệnh Apollo. Tính toán dựa trên bán kính 1.737 km, khối lượng 7,347.10²² kg và mật độ 3,3464 g/cm³ của Mặt Trăng, lực hấp dẫn của nó là 1,62 m/s² hay 0,16 g.

Sao Hỏa

Sao Hỏa cũng giống Trái Đất trong nhiều khía cạnh quan trọng. Tuy nhiên, khi nói đến kích thước, khối lượng và mật độ vật chất, sao Hỏa tương đối thua kém. Trên thực tế, bán kính trung bình của nó vào khoảng 3.389 km, tương đương 0,53 lần Trái Đất. Khối lượng sao Hỏa là 6,4171.10²³ kg, bằng 0,107 lần Trái Đất. Mật độ vật chất của nó cũng chỉ bằng 0,71 lần hành tinh của chúng ta, con số này là 3,93 g/cm³. Bởi những thông số này, lực hấp dẫn của sao Hỏa khoảng 0,38 g hay 3,711 m/s².

Sao Mộc

Sao Mộc là hành tinh lớn và nặng nhất trong Hệ Mặt Trời. Bán kính trung bình của nó là 69.911± 6 km, lớn gấp 10,97 lần Trái Đất. Khối lượng sao Mộc là 1,8986.10²⁷ kg, tương đương 317,8 lần Trái Đất. Mặc dù vậy, vì là một hành tinh khí, nó có mật độ vật chất nhẹ hơn vào khoảng 1,326 g/cm³.

Bên cạnh đó, vì là một khối khí khổng lồ, sao Mộc không có một bề mặt thực sự. Nếu ai đó đứng trên nó, đơn giản là họ sẽ chìm và đi xuyên vào lõi rắn của hành tinh. Kết quả là lực hấp dẫn trên sao Mộc (được định nghĩa trên đỉnh đám mây khí) khoảng 24,79 m/s², tương đương 2,528 g.

Sao Thổ

Cũng giống sao Mộc, sao Thổ là một hành tinh khí khổng lồ và lớn hơn rất nhiều so với Trái Đất. Bán kính của nó khoảng 58.232± 6 km (9,13 lần so với Trái Đất), khối lượng khoảng 5,846.10²⁶ kg (95,15 lần so với Trái Đất). Sao Thổ có mật độ vật chất là 0,687 g/cm³. Kết quả, lực hấp dẫn trên bề mặt đám mây của nó chỉ nhỉnh hơn Trái Đất một chút, khoảng 10,44 m/s² hay 1,065 g.

Sao Thiên Vương

Với bán kính trung bình 25.360 km và khối lượng 8,68.10²⁵ kg, sao Thiên Vương có kích thước gấp 4 lần Trái Đất và nặng hơn 14,536 lần. Tuy nhiên, bởi vì lại là một khối khí, nó có mật độ kém Trái Đất khá nhiều, chỉ 1,27 g/cm³. Lực hấp dẫn trên bề mặt khối khí của nó cỡ 8,69 m/s², tương đương 0,886 g.

Sao Hải Vương

Bán kính trung bình của sao Hải Vương là 24.622± 19 km, với khối lượng 1,0243.10²⁶ kg, sao Hải Vương là hành tinh lớn thứ 4 trong Hệ Mặt Trời. Những thông số này cho thấy, kích thước của nó là 3,86 lần so với hành tinh chúng ta và nặng hơn 17 lần. Mật độ vật chất thấp, khoảng 1,638 g/cm³ lại cho thấy nó là một hành tinh khí. Lực hấp dẫn trên bề mặt khối khí của sao Hải Vương là 11,15 m/s² hay 1,14 g.

Kết luận

Các hành tinh trong Hệ Mặt Trời

Như vậy, có thể thấy rằng lực hấp dẫn của các hành tinh trong Hệ Mặt Trời dao động từ 0,38 g trên sao Thủy và sao Hỏa tới 2,528 g trên sao Mộc. Lực hấp dẫn trên Mặt Trăng còn thấp hơn nữa, 0,1654 g cho phép chúng ta thử nghiệm một số thí nghiệm vui vẻ tương tự môi trường không trọng lực.

Tổ tiên chúng ta và cả nhân loại đã sống hàng triệu năm trong môi trường trọng lực 1 g, vậy có điều gì khác biệt sẽ xảy ra nếu chúng ta sống trên một hành tinh có lực hấp dẫn chỉ bằng một nửa con số? Hiểu được những con số này và tác động của các môi trường trọng lực khác nhau cho phép chúng ta chuẩn bị kỹ càng cho những chuyến du hành vũ trụ, đặc biệt là các sứ mệnh đi vào không gian sâu và đổ bộ hành tinh.

Nguồn: GenK