Gravitaatiokenttiä

Gravitaatiokenttiä tai gravitaatiokenttä kuvaa sitä, miten massa ja energia vaikuttavat tilassa toisiinsa. Kenttä määrittelee vuorovaikutuksen, jonka kautta kappaleet kokevat gravitaation. Käsitteet voivat viitata sekä klassiseen Newtonin gravitaatioon että yleisen suhteellisuusteorian kuvaamaan tilan kaareutumiseen.

Newtonilaisessa gravitaatiossa gravitaatiokenttä g(r) on pituudeltaan ja suunnaltaan kohti massaa. g = -∇Φ, missä Φ on gravitaaliopotentiaali. Potentiaali täyttää Poissonin yhtälön ∇^2Φ = 4πGρ, jossa ρ on massatiheys. Esimerkkinä Maan pinnalla g on noin 9,81 m/s^2. Kenttä voidaan kuvata kenttäviivoilla, jotka suuntautuvat kohti massaa, sekä potentiaalierillä, joka kuvaa kappaleiden potentiaalienergiaa.

General relativity muuttaa käsitteen: gravitaatio ei ole voima, vaan tilan kaareutumista. Mass-energy määrittää tilan metriikan gμν, jonka avulla kappaleet seuraavat geodeettisia polkuja. Paikallisella tasolla gravitaatiokenttä voidaan kuvata mittauksin, kuten gravitaatiokellon ajassa tapahtuvalla dilataatiolla, sekä valon taipumisella, massan määräytyessä valon reitin kaareutumiseen.

Havaintoja ja sovelluksia ovat valon taipuminen massan lähellä, gravitaatiokellon aika- ja tilaintoon liittyvät vaikutukset sekä gravitaatioaaltojen havaitseminen. Gravitaatiokenttiä mittaamalla voidaan tehdä maapallon ja muiden kappaleiden massan ja jakautumisen kartoituksia sekä testata relativityn ennusteita.

Gravitaatiokenttiä käytetään sekä teoreettisessa että käytännön tutkimuksessa geodesian, navigoinnin, geofysiikan ja astrofysikaalisten ilmiöiden tulkinnassa.