Quelle est l’intensité de la force de gravité sur Terre ?

La gravité est une force fondamentale assez géniale. S’il n’y avait pas le confortable 1 g de la Terre, qui fait tomber les objets vers la Terre à une vitesse de 9,8 m/s², nous flotterions tous dans l’espace. Et sans elle, toutes les espèces terrestres que nous sommes s’étioleraient et mourraient lentement à mesure que nos muscles dégénéreraient, que nos os deviendraient fragiles et faibles et que nos organes cesseraient de fonctionner correctement.

On peut donc dire sans exagérer que la gravité n’est pas seulement un fait de la vie ici sur Terre, mais une condition préalable à celle-ci. Cependant, puisque les êtres humains semblent vouloir quitter ce rocher – échapper aux « liens hargneux de la Terre », pour ainsi dire – il est nécessaire de comprendre la gravité terrestre et ce qu’il faut faire pour y échapper. Alors, à quel point la gravité terrestre est-elle forte ?

Définition

Pour décomposer, la gravité est un phénomène naturel dans lequel toutes les choses qui possèdent une masse sont amenées les unes vers les autres – c’est-à-dire les astéroïdes, les planètes, les étoiles, les galaxies, les super-amas, etc. Plus un objet a de masse, plus il exercera de gravité sur les objets qui l’entourent. La force gravitationnelle d’un objet dépend également de la distance – c’est-à-dire que la quantité qu’elle exerce sur un objet diminue avec l’augmentation de la distance.

La gravité est également l’une des quatre forces fondamentales qui régissent toutes les interactions dans la nature (avec la force nucléaire faible, la force nucléaire forte et l’électromagnétisme). Parmi ces forces, la gravité est la plus faible, étant environ 1038 fois plus faible que la force nucléaire forte, 1036 fois plus faible que la force électromagnétique et 1029 fois plus faible que la force nucléaire faible.

En conséquence, la gravité a une influence négligeable sur la matière à la plus petite des échelles (c’est-à-dire les particules subatomiques). Cependant, au niveau macroscopique – celui des planètes, des étoiles, des galaxies, etc. – la gravité est la force dominante qui affecte les interactions de la matière. Elle est à l’origine de la formation, de la forme et de la trajectoire des corps astronomiques, et régit le comportement des astres. Elle a également joué un rôle majeur dans l’évolution de l’univers primitif.

Elle était responsable de l’agglutination de la matière pour former des nuages de gaz qui ont subi un effondrement gravitationnel, formant les premières étoiles – qui ont ensuite été attirées ensemble pour former les premières galaxies. Et au sein des systèmes stellaires individuels, elle a provoqué la coalescence de la poussière et du gaz pour former les planètes. Elle régit également les orbites des planètes autour des étoiles, des lunes autour des planètes, la rotation des étoiles autour du centre de leur galaxie et la fusion des galaxies.

Gravitation universelle et relativité

Puisque l’énergie et la masse sont équivalentes, toutes les formes d’énergie, y compris la lumière, provoquent également la gravitation et sont sous son influence. Cela est cohérent avec la théorie générale de la relativité d’Einstein, qui reste le meilleur moyen de décrire le comportement de la gravité. Selon cette théorie, la gravité n’est pas une force, mais une conséquence de la courbure de l’espace-temps causée par la distribution inégale de la masse/énergie.

L’exemple le plus extrême de cette courbure de l’espace-temps est un trou noir, duquel rien ne peut s’échapper. Les trous noirs sont généralement le produit d’une étoile supermassive qui est devenue supernova, laissant derrière elle un vestige de naine blanche qui a tellement de masse que sa vitesse de fuite est supérieure à la vitesse de la lumière. Une augmentation de la gravité entraîne également une dilatation gravitationnelle du temps, où le passage du temps se produit plus lentement.

Pour la plupart des applications cependant, la gravité est mieux expliquée par la loi de la gravitation universelle de Newton, qui stipule que la gravité existe comme une attraction entre deux corps. La force de cette attraction peut être calculée mathématiquement, la force d’attraction étant directement proportionnelle au produit de leurs masses et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare.

Gravité terrestre

Sur Terre, la gravité donne du poids aux objets physiques et provoque les marées océaniques. La force de gravité terrestre est le résultat de la masse et de la densité des planètes – 5,97237 × 1024 kg (1,31668×1025 lbs) et 5,514 g/cm3, respectivement. Il en résulte que la Terre a une force gravitationnelle de 9,8 m/s² près de la surface (également connue sous le nom de 1 g), qui diminue naturellement à mesure que l’on s’éloigne de la surface.

En outre, la force de gravité sur la Terre change réellement en fonction de l’endroit où l’on se trouve sur elle. La première raison est que la Terre est en rotation. Cela signifie que la gravité de la Terre à l’équateur est de 9,789 m/s2, tandis que la force de gravité aux pôles est de 9,832 m/s2. En d’autres termes, vous pesez plus aux pôles qu’à l’équateur à cause de cette force centripète, mais seulement un peu plus.

Enfin, la force de gravité peut changer en fonction de ce qui se trouve sous la Terre, sous vous. Des concentrations plus élevées de masse, comme des roches ou des minéraux de haute densité, peuvent modifier la force de gravité que vous ressentez. Mais bien sûr, cette quantité est trop faible pour être perceptible. Les missions de la NASA ont cartographié le champ de gravité de la Terre avec une incroyable précision, montrant les variations de sa force, en fonction du lieu.

La gravité diminue également avec l’altitude, puisque vous êtes plus éloigné du centre de la Terre. La diminution de la force en grimpant au sommet d’une montagne est assez minime (0,28 % de gravité en moins au sommet de l’Everest), mais si vous êtes assez haut pour atteindre la Station spatiale internationale (ISS), vous subirez 90 % de la force de gravité que vous ressentiriez à la surface.

Cependant, comme la station est en chute libre (et aussi dans le vide spatial), les objets et les astronautes à bord de l’ISS sont capables de flotter. En gros, comme tout ce qui se trouve à bord de la station tombe à la même vitesse vers la Terre, ceux qui sont à bord de l’ISS ont la sensation d’être en apesanteur – même s’ils pèsent encore environ 90 % de ce qu’ils feraient à la surface de la Terre.

La gravité terrestre est également responsable du fait que notre planète a une « vitesse de fuite » de 11,186 km/s (ou 6,951 mi/s). Cela signifie essentiellement qu’une fusée doit atteindre cette vitesse avant de pouvoir espérer se libérer de la gravité terrestre et atteindre l’espace. Et avec la plupart des lancements de fusées, la majorité de leur poussée est dédiée à cette seule tâche.

En raison de la différence entre la gravité terrestre et la force gravitationnelle sur d’autres corps – comme la lune (1,62 m/s² ; 0,1654 g) et Mars (3,711 m/s² ; 0,376 g) – les scientifiques ne savent pas quels seraient les effets sur les astronautes qui ont effectué des missions de longue durée vers ces corps.

Alors que des études ont montré que les missions de longue durée en microgravité (c’est-à-dire sur l’ISS) ont un effet néfaste sur la santé des astronautes (notamment une perte de densité osseuse, une dégénérescence musculaire, des dommages aux organes et à la vue), aucune étude n’a été menée concernant les effets des environnements de gravité inférieure. Mais étant donné les multiples propositions faites pour retourner sur la Lune, et le « Voyage vers Mars » proposé par la NASA, cette information devrait être disponible prochainement !

En tant qu’êtres terrestres, nous, les humains, sommes à la fois bénis et maudits par la force de gravité de la Terre. D’un côté, elle rend l’accès à l’espace plutôt difficile et coûteux. De l’autre, elle assure notre santé, puisque notre espèce est le produit de milliards d’années d’évolution des espèces qui se sont déroulées dans un environnement de 1 g.

Si nous espérons un jour devenir une espèce véritablement spatiale et interplanétaire, nous ferions mieux de trouver comment nous allons gérer la microgravité et la gravité réduite. Sinon, aucun d’entre nous ne risque de sortir de l’espace pour très longtemps !