下楼遛弯时想到的,如果站在银河系九大行星上,体重会变成多少?
昨晚下楼扔垃圾,抬头看见木星亮得不像话,突然就冒出一个傻问题:如果我能站在木星表面,体重秤会显示多少?这个念头一出来,就再也收不住了,我回家翻了翻资料,干脆把银河系九大行星的重力都算了一遍——用最笨的方法,就像在厨房拿秤称食材一样简单。
不过在开始之前,有一件事得先坦白:冥王星到底算不算行星?咱们今天不纠结这个,2006年国际天文学联合会把它重新分类成矮行星,这事在天文圈吵了好多年,但因为它实在太有名了,我就把它也算进来了,凑个九大行星的吉利数,你要是遇到较真的朋友,可以告诉他这是“八大行星加冥王星”的重力对比,显得你特别严谨。
先搞清楚“重力”到底在说什么
我们在地球上感受到的重力,其实就是一个字——拽,地球的质量在使劲把我们往地心拽,这个拽的力度,物理学家叫它重力加速度,在地球表面,这个数值大约是 8 m/s²,你站在体重秤上读到的数字,就是你的质量乘以这个加速度算出来的。
换个星球,同样的体重秤(假设它够结实不会坏),读数就会完全不一样,因为每个行星的质量不一样,个头也不一样,拽人的力度自然天差地别,费曼老爷子当年教物理的时候说过,复杂的东西要拆开来想,行星重力这件事,拆开就是两样:质量决定拽的力量有多大,半径决定你离拽的中心有多远,离得越远,力度就越小,这个平方反比关系,就跟灯下看书一个道理——离灯越远,书上的光就越暗,而且是暗得很快那种。
九大行星重力速查表
我先把各行星的重力加速度整理成一张表,这样你看起来一目了然,地球的数值是 9.8,其他行星都跟它比,注意看最后一列,那就是你在一个 70 公斤成年人的基础上,到了那个星球会显示的体重,70 公斤大概就是普通成年男性的体重,你也可以按比例换算自己的。
| 行星 | 表面重力 (m/s²) | 与地球的比值 | 70公斤体重对应 (公斤) |
| 水星 | 7 | 38 | 6 |
| 金星 | 87 | 91 | 4 |
| 地球 | 8 | 00 | 0 |
| 火星 | 71 | 38 | 5 |
| 木星 | 79 | 53 | 1 |
| 土星 | 44 | 07 | 6 |
| 天王星 | 69 | 89 | 1 |
| 海王星 | 15 | 14 | 6 |
| 冥王星 | 62 | 06 | 4 |
这张表的数据我核对了好几个来源,跟 NASA 的行星资料表、以及《天文物理基础数据手册》里的记录都对得上,有个小细节要说明:木星、土星、天王星和海王星是气态巨行星,它们没有像地球这样硬邦邦的地面。“表面”重力指的是它们云层顶部那个假设的界面,就是你如果掉进去,在抵达云顶那一瞬间感受到的引力。
站在不同星球上是什么感觉
水星:一跳三米高的瘦身天堂
水星的重力只有地球的 38%,一个 70 公斤的人站在水星上,体重秤会显示不到 27 公斤,你随便跳一下就能窜到三层楼那么高,不过水星没有大气层,白天热到四百多度,晚上冷到零下一百八,站上去的感受可不是瘦身那么简单,那叫极限生存挑战。
金星:差点被骗的“姐妹星”
金星经常被叫地球的双胞胎,因为大小质量都差不多,它的表面重力是 8.87,相当于地球的 91%,你站上去体重变化不大,70 公斤变成了 63 公斤多点,轻是轻了点,但不会让你觉得自己突然身轻如燕,不过金星的表面温度四百六十多度,大气压是地球的九十多倍,还下硫酸雨,重力相似这点温柔,完全被其他极端条件给掩盖了。
火星:科幻迷的轻功梦想
火星重力也是地球的 38% 左右,70 公斤的人在上面只有 26 公斤半,这个数值让科幻作家们特别兴奋,因为人类如果长期在低重力环境生活,身体会发生什么变化,谁也不知道,骨密度会不会下降?肌肉会不会萎缩?这些问题的答案,可能要到人类真的踏上火星那天才能揭晓。
木星:把你死死按在地上的巨人
木星是太阳系里重力最残暴的行星,表面重力加速度 24.79,相当于地球的 2.53 倍,70 公斤的人在木星云顶上称重,读数是 177 公斤,想象一下你背着另一个自己走路,每一步都像在深水里跋涉,宇航员在发射时承受的重力过载也就 3 到 4 个 g,木星上的 2.5 个 g 虽然没到把人压垮的程度,但日常生活绝对是一场噩梦,而且别忘了,你脚下是翻腾的氢和氦,根本没有落脚的地方。
土星:密度低到能浮在水上的大块头
土星的重力比地球大 7%,70 公斤的人在上面大概是 74.6 公斤,这个数字挺让人意外的,因为土星体积那么大,看着就觉得应该很重,但土星的平均密度只有 0.69 克每立方厘米,比水还轻,理论上如果你找到一个够大的水池,土星能漂在上面,低密度抵消了它巨大体积带来的引力优势,所以表面重力跟地球差不太多。
天王星与海王星:比地球轻一点的蓝色世界
天王星重力是地球的 89%,海王星是 1.14 倍,有意思的是,海王星比天王星体积小一点,但质量更大,所以密度更高,表面重力反而更强,这两个冰巨行星的体验跟地球差别不大,大概就是你早上空腹和吃饱饭之间的那种轻微差别。
冥王星:轻到怀疑人生的边缘地带
冥王星的表面重力只有 0.62,是地球的 6%,一个 70 公斤的成年人,在冥王星上只重 4.4 公斤——跟一只猫差不多,你轻轻一蹬地,能飞出去几十米远,落下来也要好一会儿,不过冥王星表面温度极低,氮气都冻成了冰,那种轻盈的浪漫很快就会被寒冷拉回现实。
为什么这些数字跟你想象的不一样?
很多人以为,行星越大,重力就越强,这个直觉对了一半,行星的质量越大,引力当然越大,但重力还取决于你离行星中心有多远——也就是行星的半径,半径越大,你离地心越远,引力反而会减弱,这就是为什么土星虽然体积巨大,表面重力却只比地球大一点点,它的质量分散在那么大的体积里,密度低得像个充气玩具。
这个道理其实就在我们身边,你站在高楼顶层和站在地面,体重真的会有微小的差别,只不过这个差别太小了,普通体重秤根本量不出来,但放到行星尺度上,半径的差异动辄几千上万公里,对重力的影响就变得非常明显。
“表面”重力这个词,其实有点骗人
讲到这里我不得不坦白一件事,前面说的“站在行星表面”,在地球、火星、水星这种岩石行星上是有意义的,它们真的有一层硬壳让你站,但对于木星、土星、天王星、海王星这四个气态和冰质巨行星,“表面”就是个很模糊的概念了,它们的表面重力是按照云层顶部的那个压力水平来定义的,相当于地球海平面的大气压,你如果真的冲向木星,会一直往下掉,穿过越来越浓密的气体,最后被巨大的压力压扁,根本没有一个硬邦邦的地面接住你。
这些数字有什么用?
你可能会想,我又不去木星,知道这些有啥用?其实行星重力数据直接影响航天任务的每一个环节,探测器要进入环行星轨道,速度要精确到米每秒,稍微算错一点引力参数,要么撞上去,要么飞过头,着陆器要降落在火星上,降落伞的大小、反推火箭的推力,都要根据火星重力来设计,未来人类要是真的考虑移民火星,低重力环境对人体的长期影响,是科学家们现在就在研究的大课题,这些数据和我们的生活并不是毫无关联——至少下一次有人跟你说“去火星能变瘦”,你可以认真地回一句:“没错,直接减掉三分之二的体重。”
写到这里已经凌晨一点多了,窗外那颗木星早就转到了西边,想想也挺奇妙的,我们每天被地球的引力稳稳地按在地上,从来没想过这个数字会不一样,但如果有一天早上醒来,发现自己轻得像只猫或者重得像背了个人,那种反差大概比任何科幻电影都来得更震撼,数据和公式是冷的,但站在不同星球上的感受,光想想就够让人出神好一阵子了。