แรงโน้มถ่วงของโลกในช่วงสุริยุปราคาคืออะไร?

ภายใต้อิทธิพลของแรงโน้มถ่วง โลกโคจรรอบดวงอาทิตย์มาสองสามพันล้านปีแล้ว ดวงจันทร์โคจรรอบโลกมานานเกือบเท่าๆ กัน ขณะที่โคจรรอบดวงอาทิตย์ ดวงจันทร์ และโลก ล้วนเรียงแถวกันเป็นแถว ตำแหน่งของดวงจันทร์ระหว่างดวงอาทิตย์กับโลกทำให้เกิดสุริยุปราคา และเมื่อโลกอยู่ระหว่างดวงอาทิตย์กับดวงจันทร์อย่างแม่นยำ มันคือจันทรุปราคา แม้ว่าสุริยุปราคาจะดูน่าทึ่ง แต่ก็ไม่มีอิทธิพลต่อแรงโน้มถ่วง ความแตกต่างเพียงอย่างเดียวของแรงโน้มถ่วงระหว่างสุริยุปราคาก็คือดวงจันทร์และดวงอาทิตย์เป็นทั้งสองอย่าง ดึงโลกจากด้านเดียวกัน -- แต่นั่นไม่ได้สร้างความแตกต่างในการวัดใดๆ เลยจริงๆ ทาง.

ทุกวัตถุในจักรวาลดึงดูดวัตถุอื่น ๆ ในจักรวาล นั่นคือการค้นพบของไอแซก นิวตันด้วยกฎความโน้มถ่วงสากล เป็นข้อความทางคณิตศาสตร์ของขนาดของแรงโน้มถ่วง สมการของนิวตันสำหรับความโน้มถ่วงสากลระบุว่าแรงดึงดูดระหว่างวัตถุทั้งสองมีค่าเท่ากับ a ค่าคงที่โน้มถ่วงคูณมวลของวัตถุชิ้นแรกคูณมวลของวินาที ทั้งหมดหารด้วยกำลังสองของระยะทาง ระหว่างพวกเขา.

ระยะห่างเฉลี่ยระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์คือ 150 ล้านล้านเมตร หรือ 1.5 x 10^11 เมตร มวลของดวงอาทิตย์คือ 1.99 x 10^30 กิโลกรัม ในขณะที่โลกมีน้ำหนัก 6.0 x 10^24 กิโลกรัม ค่าคงตัวโน้มถ่วงคือ 6.67 x 10^-11 เมตร^3 / (กิโลกรัม - วินาที^2) ดังนั้นโลกและดวงอาทิตย์จึงดึงเข้าหากันด้วยแรง 3.52 x 10^22 นิวตัน นิวตันเป็นหน่วยของแรงเท่ากับกิโลกรัม-เมตร/วินาที^2 หนึ่งนิวตันมีค่าเท่ากับ 0.22 ของหน่วยภาษาอังกฤษที่ไม่ค่อยได้ใช้เรียกว่า แรงปอนด์ ดังนั้น 3.52 x 10^22 นิวตันจึงเท่ากับ 7.9 x 10^21 แรงปอนด์

ระยะห่างเฉลี่ยระหว่างโลกกับดวงจันทร์คือ 380 ล้านเมตร และมวลของดวงจันทร์เท่ากับ 7.35 x 10^22 กิโลกรัม ดังนั้นแรงระหว่างดวงจันทร์กับโลกคือ 2.03 x 10^20 นิวตัน (4.5 x 10^19 แรงปอนด์) นั่นคือ แรงดึงดูดระหว่างโลกกับดวงจันทร์มีค่าประมาณครึ่งเปอร์เซ็นต์ของแรงระหว่างโลกกับดวงอาทิตย์

ในช่วงสุริยุปราคา แรงดึงของดวงจันทร์และดวงอาทิตย์จะเรียงตัวกันเพื่อให้โลกรู้สึกถึงแรงรวม 3.54 x 10^22 นิวตัน (7.96 x 10^21 ปอนด์-แรง) ในทิศทางของดวงอาทิตย์ ระหว่างเกิดจันทรุปราคา ดวงจันทร์ดึงในทิศทางตรงกันข้ามกับดวงอาทิตย์ ทำให้เกิดแรงสุทธิ 3.50 x 10^22 นิวตัน (7.87 x 10^21 ปอนด์-แรง) ในทิศทางของดวงอาทิตย์

ในมุมมองนี้ ในช่วงปีหนึ่ง รูปร่างวงรีของวงโคจรของโลกจะทำให้มันเข้าใกล้และห่างจากดวงอาทิตย์มากขึ้น เมื่อดวงอาทิตย์และโลกอยู่ใกล้ที่สุด แรงดึงดูดระหว่างดวงอาทิตย์คือ 3.67 x 10^22 นิวตัน (8.25 x 10^21 แรงปอนด์) และเมื่อมันอยู่ไกลที่สุด แรงดึงดูดคือ 3.43 x 10^22 นิวตัน (7.71 x 10^21) แรงปอนด์) กล่าวคือ ความแปรผันประจำปีตามปกติของแรงโน้มถ่วงระหว่างช่วงหนึ่งปีนั้นมากกว่าการเปลี่ยนแปลงเนื่องจากตำแหน่งของดวงจันทร์ในช่วงสุริยุปราคามากกว่า 10 เท่า

บางทีคำถามที่น่าสนใจยิ่งกว่านั้นอาจเกี่ยวข้องกับผลกระทบของแรงโน้มถ่วงที่มีต่อตัวคุณเองในช่วงสุริยุปราคา แรงดึงดูดของดวงอาทิตย์ตกบนตัวคุณ เท่ากับ 0.0603 เปอร์เซ็นต์ของการดึงโลกเข้าหาคุณ แรงดึงดูดของดวงจันทร์มีค่าประมาณ 0.0003 เปอร์เซ็นต์ของแรงดึงดูดของโลก ดังนั้น ถ้าคุณหนัก 68 กิโลกรัม (150 ปอนด์) ตอนเที่ยงระหว่างสุริยุปราคา -- หรือช่วงพระจันทร์ขึ้นใหม่ -- คุณจะมีน้ำหนัก 0.6 กรัม (สองร้อยหนึ่งออนซ์) น้อยกว่าตอนเที่ยงเมื่อน้ำหนักเต็ม ดวงจันทร์.