Planetų masės ir dydžio palyginimas yra sukurtas iš pirmo žvilgsnio paprastai problemai spręsti: žmonės mėgsta lyginti kosminius kūnus, tačiau nuolat painioja jų savybes. Vienas sako, kad planeta yra „didesnė“, turėdamas omenyje jos skersmenį. Kitas galvoja apie jos masę. Trečias kalba apie tūrį. Ketvirtas pastebi stipresnę gravitaciją ir automatiškai daro prielaidą, kad planeta turi būti „didesnė“. Būtent taip mokslinis žodynas yra nuskandinamas buitiniuose pokalbiuose. Šis įrankis grąžina tvarką. Jūs pasirenkate du Saulės sistemos kūnus, o jis palygina jų masę, vidutinį spindulį, skersmenį, tūrį, tankį ir paviršiaus gravitaciją, neatlikdamas jokio planetary arithmetical teismo.
Pirmasis terminas, kurį verta išgelbėti, yra masė. Masė nėra dydis. Masė nėra plotis. Masė nėra tai, „kaip įspūdingai planeta atrodo plakate“. Fizikoje masė yra savybė, susijusi su tuo, kiek materijos turi objektas ir kaip stipriai jis priešinasi pagreičiui, kai jį veikia jėga. Štai kodėl klasikinėje mechanikoje masė yra taip glaudžiai susijusi su inercija. Niutono Principia padėjo formalizuoti šį terminą fizikos kalboje, apibrėžiant masę kaip „materijos kiekį“, o vėlesnė mechanika susiejo ją su pasipriešinimu pagreičiui ir gravitaciniu elgesiu. Tad ne, niekas „neišrado“ masės taip, kaip išrandamas skrudintuvas. Ši koncepcija evoliucionavo, tačiau Niutonas suteikė jai vieną iš svarbiausių vaidmenų fizikoje. Vėlesnė metrologija atliko nuobodų, bet būtiną biurokratinį darbą – standartizavo vienetus, o tai galiausiai atvedė prie kilogramo – SI sistemos masės vieneto.
Ši metrologinė istorija turi savo komišką pusę. Žmonija norėjo universalaus masės vieneto, todėl istoriškai kilogramą pririšo prie vandens svorio, vėliau – prie fizinio metalinio cilindro (etalono), ir tik daug vėliau perėjo prie apibrėžimo, susieto su Planko konstanta. Kitaip tariant, net ir su tokiu fundamentaliu dalyku kaip masė, žmonės nuėjo ilgą kelią per praktinius suapvalinimus, poliruotus metalinius cilindrus ir ilgas institucines derybas, kol galiausiai nusprendė, kad gamtos konstantos yra kur kas stabilesnis pamatas. Per aspera ad astra, bet su komitetais.
Masė skiriasi nuo tūrio pačiu paprasčiausiu būdu. Masė parodo, kiek materijos yra objekte. Tūris parodo, kiek vietos tas objektas užima. Dangaus kūnas gali būti labai didelio tūrio, bet visai netankus, arba nepaprastai masyvus, bet vizualiai nedidelis. Šiuo atžvilgiu Jupiteris ir Saturnas yra puikūs mokytojai. Jie abu yra milžiniški savo tūriu, tačiau jų tankis ir masė nedidėja taip dramatiškai, kaip jų vizualinis dydis žmonių vaizduotėje. Didelis balionas užima didelį tūrį. To paties svorio švino rutuliukas užima kur kas mažiau tūrio. Kosmosas neprivalo taikytis prie mūsų intuicijos.
Toliau seka tankis – masės ir tūrio santykis. Tankis yra ta savybė, kurioje slepiasi dangaus kūno sudėties paslaptys. Tankesnis pasaulis talpina daugiau masės tame pačiame tūrio vienete. Uolinės planetos pasižymi didesniu tankiu nei dujiniai ar lediniai milžinai, kurie susideda iš lengvesnių medžiagų. Tankis paaiškina, kodėl Saturnas, nepaisant savo milžiniško dydžio, yra mažesnio tankio nei vanduo – tai vienas iš tų faktų, kurį žmonės nuolat kartoja, nes tai skamba taip, tarsi visata trumpam būtų pasamdžiusi satyriką. Ne, Saturnas neplūduriuotų jūsų vonioje. Bet taip, jo vidutinis tankis iš tiesų yra stebėtinai mažas.
Spindulys ir skersmuo yra paprastesni dydžiai, tačiau dažnai naudojami neteisingai. Spindulys matuoja atstumą nuo centro iki paviršiaus. Skersmuo yra dvigubas spindulys. Tai skamba akivaizdžiai, kol nepamatote, kaip dažnai žodis „dydis“ internete vartojamas nepatikslinus, kuris geometrinis dydis turimas omenyje. Vidutinis spindulys yra ypač naudingas lyginant planetas, nes realūs pasauliai nėra tobulos sferos. Daugelis jų sukasi taip greitai, kad tampa plokšti ties ašigaliais – tai mandagus matematinis būdas pasakyti, kad jie yra šiek tiek suploti. Jupiteris ir Saturnas dėl to neįsižeidžia – jie per daug užsiėmę būdami milžiniškais.
Paviršiaus gravitacija yra ta vieta, kurioje žmonės dažniausiai pasiklysta. Gravitacija paviršiuje priklauso ir nuo masės, ir nuo spindulio. Dangaus kūnas gali būti daug masyvesnis už kitą, tačiau jo paviršiaus gravitacija gali būti mažesnė, jei jo spindulys yra kur kas didesnis (nes atstumas nuo paviršiaus iki centro yra didesnis). Štai kodėl „sunkesnė planeta“ nebūtinai reiškia, kad stovėdami joje jausitės proporcingai labiau prispausti prie žemės (nors kai kuriuose pasauliuose šis eksperimentas jums tikrai nepatiktų). Gravitacija nėra paprastas populiarumo konkursas, kurį laimi ta planeta, kuri turi didžiausią skaičių masės stulpelyje.
O dabar apie pačią Saulės sistemą – šį heliocentrinį žvėryną, kuriame kiekvienas kūnas tarsi pasiryžęs išmokyti mus vis kitokios pamokos apie materiją, struktūrą ir kraštutinumus. Saulė apskritai nėra planeta, tai žvaigždė, ir ji taip dominuoja mūsų sistemoje, kad bet koks kitas masės palyginimas tampa scale-induced pamoka apie nuolankumą. Ji talpina triuškinančią didžiąją dalį visos Saulės sistemos masės. Galima praleisti visą gyvenimą lyginant planetas tarpusavyje, bet galiausiai priėjus prie Saulės suprasti, kad ankstesnis pokalbis buvo tik mandagus įvadas.
Merkurijus yra mažas, tankus, iškepęs ir šiek tiek griežto būdo (jei dangaus kūnui galima priskirti būdą). Tai artimiausia Saulei planeta ir vienas geriausių įrodymų, kad „mažas“ nereiškia „lengvas“. Didelis jo tankis rodo geležinę šerdį ir primena mums, kad kompaktiški pasauliai vis tiek gali būti gravimetriškai rimti.
Venera dažnai vadinama Žemės seserimi dvyniu dėl panašaus dydžio – šeimyninis palyginimas, kuris praranda savo žavesį tą pačią akimirką, kai pradedame kalbėti apie jos atmosferą, paviršiaus slėgį ir pragarą primenančią temperatūrą. Spinduliu ir mase ji yra arti Žemės. O pagal svetingumą ji elgiasi kaip uždara, įkaitinta krosnis.
Žemė užima patogią vietą mūsų intuicijoje, nes žmonės primygtinai reikalauja naudoti savo namus kaip visuotinį matavimo etaloną visiems kitiems pasauliams. Žemės masė, Žemės spindulys, Žemės gravitacija, Žemės tankis – žmonija tiesiog dievina šį uolinį etaloną. Ir tai teisinga. Be jo, mokslo populiarinimas subyrėtų į beprasmių būdvardžių kratinį.
Mėnulis, Žemės palydovas, yra mažas lyginant su planetomis, tačiau pakankamai didelis, kad išliktų svarbus tiek dinamiškai, tiek kultūriškai. Mažesnė jo masė, silpnesnė gravitacija ir mažesnis spindulys yra puikus kontrastas Žemei ir Marsui. Mėnulio kuklumas turi didelę edukacinę vertę.
Marsas užima ypatingą vietą mūsų vaizduotėje, nes tai vienu metu yra planeta, projektas, fantazija ir inžinerinis iššūkis. Savo mase ir dydžiu jis yra gerokai mažesnis už Žemę, pasižymi silpnesne gravitacija ir mažesniu tankiu. Jis atrodo pakankamai pažįstamas, kad viliotų kolonizavimo idėjomis, ir pakankamai kitoks, kad nubaustų už romantišką skubėjimą.
Jupiteris yra didysis tūrio ir gravitacijos lyderis planetų šeimoje. Milžiniškas savo spinduliu, kolosalus savo mase, dominuojantis tarp visų planetų, jis priverčia Žemės palyginimus atrodyti provincialiai. Tačiau jo tankis yra palyginti mažas, nes planetos milžinės nėra tiesiog per dideli akmenys. Tai visiškai kitokia kosminė architektūra.
Saturnas yra vizualinės astronomijos aristokratas ir visų tų, kurie mano, jog žiedai pateisina viską, globėjas. Jis masyvus, gigantiškas ir garsėja neįtikėtinai mažu tankiu. Saturnas puikiai įrodo, kad vien dydis yra prastas vadovas sprendžiant apie planetos sudėtį. Tai monumentalus priminimas, kad „didelis“ ir „tankus“ nėra susiję terminai.
Uranas ir Neptūnas, ledo milžinai, sujaukia paprastas vadovėlines istorijas būtent taip, kaip tai dažnai daro geras mokslas. Jie yra mažesni už Jupiterį ir Saturną, didesni už Žemę ir pilni lakiųjų medžiagų. Neptūnas aplenkia Uraną savo mase, nors spinduliu yra šiek tiek mažesnis – tai puiki pamoka visiems, manantiems, kad planetų išsidėstymas garantuoja paprastus atsakymus.
Plutonas, dabar klasifikuojamas kaip nykštukinė planeta, išlieka nepakeičiamas moksliškai ir kultūriškai būtent todėl, kad erzina supaprastintus klasifikavimo instinktus. Mažesnis už Žemės Mėnulį, daug lengvesnis už didžiąsias planetas, bet vis tiek beprotiškai įdomus. Plutonas yra puikus vaistas nuo vaikiško įsitikinimo, kad svarba priklauso tik nuo masės. Saulės sistema visada turėjo daugiau vaizduotės nei mūsų taksonomijos.
Taigi tikroji tokio palyginimo įrankio vertė yra konceptuali higiena. Jis leidžia lyginti pasaulius pagal konkrečias savybes, o ne suplakti masę, dydį, tankį ir gravitaciją į vieną neaiškų būdvardį „didesnis“. Masė parodo materijos kiekį. Tūris – užimamą erdvę. Tankis – kaip stipriai ta materija supakuota. Spindulys ir skersmuo – geometrinius matmenis. Paviršiaus gravitacija – išorinę trauką. Jei viską sujauksite, gausite ne astronomiją, o verbalinį kompostą. Bet jei atskirsite teisingai, Saulės sistema taps tuo, kuo visada ir buvo – stulbinančiai įvairiu fizinių formų archyvu, kuriame kiekvienas kūnas paneigia kokią nors tingią žmonijos prielaidą.