火星与我们的地球有很多共同的特征。这两个行星都有大致相同的地表面积,都有极冠,都有类似的倾斜旋转轴,使得火星和地球都有很强的季节性变化。此外,有确凿证据显示,在过去,这两个行星曾经历过气候变化。
同时,这两个行星在很多重要的方面,又是完全不同的。例如,火星表面的平均大气压强仅为大约7.5毫巴(比地球上的1%还小),地球上的大气压强超过1000毫巴。火星的平均表面温度也很低,达到零下63 °C,而地球上则是温和的14 °C。火星上一天的时长与地球相当,24小时37分钟,但火星上一年明显比地球长出很多,有687天。
两个行星之间最大的不同就是,火星表面的重力比地球上小得多——准确地说,比地球低62%。只有地球标准的0.38,一个在地球上重100公斤的人,在火星上,他的体重就只有38公斤了。
地表重力的差异源于很多因素的影响——质量,密度,半径(这是最重要的因素)。虽然火星的表面积相当于地球的陆地面积,但是它的直径只有地球的一半,密度也小于地球,只有地球体积的15%,地球质量的11%。
根据牛顿的引力理论,科学家们计算了火星的重力,该理论认为一个物体所产生的引力与它的质量成正比。将该理论应用到行星这类球体的时候(在本例中,指火星),质量给定的时候,表面重力与它半径的平方成反比。密度给定的时候,重力与半径成正比。
重力公式的表达式为g = m/ r2,其中g是火星表面重力(表示为地球表面重力的倍数,地球重力为9.8m/s2),m代表质量,表示为地球质量(5.976*1024kg)的倍数,r代表半径,表示为地球平均半径(6371km)的倍数。
例如,火星的质量是6.4185*1023kg,是地球质量的0.107倍。它的平均半径是3390km,是地球半径的0.532,因此,火星表面重力的计算公式,代入数字后为:0.107/0.5322=0.107/0.2830,计算得到的数值为0.38。根据地球表面重力,计算得出的加速度为3.724米每秒的平方。
如果我们想要将宇航员,探险家送上火星,或者有一天在火星定居,那么了解火星上的重力,及其对陆地生命的影响将是非常关键的一步。对于任何打算进行载人航天或殖民火星的计划,了解长期暴露于只有地球重力三分之一的环境下会造成哪些影响,是一个关键的方面。
例如,像火星1号这样的众包项目也考虑到了参与者肌肉退化和骨质酥松的可能性。引用了国际空间站宇航员的一项最新研究,他们承认,这个持续时间4-6个月的任务会导致肌肉性能最高会达到30%的损失,肌肉质量最高达到15%的损失。
他们提出的任务,不仅需要花费几个月的时间才能到达火星,而且要求志愿者的余生都要在火星上度过。他们还声称,他们计划降低这些数字,让宇航员们“准备好一个有效的对策方案,保证宇航员的健康,不仅仅安全到达火星,也会让宇航员适应火星表面的重力。”所有这些措施还有待观察。
了解更多关于火星重力和陆地生物在这样的重力环境下如何生存,对于其它行星的太空探索和任务来说也非常重要。随着火星上的机器人着陆器、轨道任务,以及载人飞行任务所传回的科学信息,我们有望更详细地了解火星的重力。NASA提出的载人火星探测任务,计划于2030年发射,我们期待科学家们更多的研究成果。
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