Содержание
Заблуждение: причина невесомости на орбите
Еще один случай, когда все в целом правильно понимают суть некоего явления, но часто, к сожалению, описывают его не совсем верно.
Андрей Сердечнов
Согласно закону всемирного тяготения все тела притягиваются друг к другу, и сила притяжения прямо пропорциональна массам тел и обратна пропорциональна квадрату расстояния между ними. То есть выражение «отсутствие гравитации» вообще не имеет смысла. На высоте нескольких сотен километров над поверхностью Земли — там, где летают пилотируемые корабли и космические станции — сила притяжения Земли очень велика и практически не отличается от силы гравитации вблизи поверхности.
Если бы существовала техническая возможность сбросить некий предмет с башни высотой километров 300, он бы начал падать вертикально и с ускорением свободного падения, точно так же, как он падал бы с высоты небоскреба или с высоты человеческого роста. Таким образом, во время орбитальных полетов сила земного притяжения не отсутствует и не ослабевает в значимых масштабах, а компенсируется. Точно так же, как для водных судов и аэростатов, сила притяжения земли компенсируется архимедовой силой, а для крылатых летательных аппаратов — подъемной силой крыла.
Да, но вот самолет-то летит и не падает, а пассажиру внутри салона не летают как космонавты на МКС. При обычном полете пассажир прекрасно ощущает свой вес, и от падения на землю его удерживает не непосредственно подъемная сила, а сила реакции опоры. Лишь во время аварийного или искусственно вызванного резкого снижения человек вдруг чувствует, что перестает давить на опору. Возникает невесомость. Почему? А потому что если потеря высоты происходит с ускорением, близким к ускорению свободного падения, то опора больше не мешает пассажиру падать — она и сама падает.
Понятно, что когда самолет прекратит резкое снижение, или, к несчастью, упадет на землю, тут-то и станет ясно, что гравитация никуда не девалась. Ибо в земных и околоземных условиях эффект невесомости возможен только во время падения. Собственно продолжительным падением и является орбитальный полет. Космическому кораблю, двигающемуся по орбите с первой космической скоростью, мешает упасть на Землю сила инерции. Взаимодействие гравитации и инерции имеет название «центробежной силы», хотя в реальности такой силы не существует, это в некотором роде фикция. Аппарат стремится двигаться по прямой (по касательной к околоземной орбите), но земная гравитация постоянно «закручивает» траекторию движения. Здесь эквивалентом ускорения свободного падения является так называемое центростремительное ускорение, в результате которого меняется не значение скорости, а ее вектор. И поэтому скорость корабля остается неизменной, а направление движение постоянно меняется. Поскольку и корабль, и космонавт движутся с одной и той же скоростью и с тем же самым центростремительным ускорением, космический аппарат не может выступать в качестве опоры, на которую давит вес человека. Вес — это возникающая в поле сил тяжести сила воздействия тела на опору препятствующую падению, А корабль, как и резко снижающийся самолет, падать не мешает.
Вот поэтому совершенно неправильно говорить об отсутствии земной гравитации или о наличии «микрогравитации» (как принято в англоязычных источниках) на орбите. Напротив, притяжение земли является одним из главных факторов возникающего на борту феномена невесомости.
Об истинной микрогравитации можно говорить лишь в применении к полетам в межпланетном и межзвездном пространстве. Вдали от крупного небесного тела действие сил притяжения отдаленных звезд и планет будет настолько слабым, что возникнет эффект невесомости. О том, как с этим бороться, мы не раз читали в фантастических романах. Космические станции в виде тора (баранки) станут раскручиваться вокруг центральной оси и создавать имитацию гравитации с помощью центробежной силы. Правда, чтобы создать эквивалент земного притяжения, придется задать тору диаметр более 200 м. Есть и другие проблемы, связанные с искусственной гравитацией. Так что все это дело отдаленного будущего.
9 любопытных фактов о ближнем космосе
Огненный шар
На Земле пламя имеет вытянутую форму благодаря силе тяжести. Молекулы газов, которые входят в состав воздуха, притягиваются к планете точно так же, как и остальные объекты, обладающие массой. Поэтому чем ближе к поверхности, тем больше молекул скапливается на одном и том же пространстве.
Огонь нагревает окружающий воздух, то есть заставляет молекулы двигаться быстрее. Ускорившиеся газы разбегаются во все стороны от пламени и сталкиваются с более медленными, то есть холодными, молекулами. В нижней части огонька их больше, и спринтеры, врезаясь в неспешных товарищей, как в стену, выскакивают наверх, где плотность газа меньше. На освободившееся место приходят медленные молекулы, в том числе кислород, благодаря которому огонь продолжает гореть.
Такое перемещение газов называют конвекцией, и в невесомости она невозможна, потому что плотность газов одинакова во всем объеме (например, МКС). Поэтому огонь на космической станции (к счастью) горит очень плохо. Пламя не вытянуто, а выглядит как шар. Более того, огонь быстро тухнет, потому что молекулы кислорода не успевают вовремя добираться до него, а продукты горения, напротив, уходят слишком медленно.
В открытом космосе свеча или спичка не будут гореть вовсе, так как в межзвездном пространстве почти нет кислорода (слово «почти» означает, что отдельные молекулы там все же встречаются, но от одной до другой могут быть многие миллионы километров).
В октябре 2013 года в прокате прошел фильм Альфонсо Куарона «Гравитация». Из-за аварии герои Сандры Буллок и Джорджа Клуни оказываются в открытом космосе и пытаются добраться до какого-нибудь корабля, чтобы спастись. В Голливуде, как обычно, старались изо всех сил, но допустили массу физических ошибок. Например, в невесомости Куарона:
волосы героини остаются плотно прижатыми к голове. Стрижка под мальчика, очевидно, призвана нивелировать эффект, но, к огорчению киношников, даже короткие волосы подчиняются законам физики;
оба астронавта движутся в вакууме с одинаковой скоростью, однако плотно натянутый между ними трос вдруг начинает произвольно извиваться;
герой Джорджа Клуни, летающий вокруг шаттла при помощи реактивного ранца, газует даже тогда, когда висит на одном месте, хотя в невесомости он может оставаться там годами;
огонь на МКС горит подозрительно по-земному — на орбите невозможны показанные в кино языки пламени.
Кипящий пузырь
Ученые примерно понимали, что будет происходить на орбите с пламенем еще до того, как космонавты провели реальные эксперименты в невесомости. А вот насчет поведения жидкостей у них такой уверенности не было — это вообще один из самых сложных разделов физики с уравнениями, которые зачастую не влезают на журнальную страницу. Выяснить, что произойдет на орбите с содержимым закипающего чайника, решили исследователи из Мичиганского университета. Они придумали множество экспериментов, которые экипажи пяти миссий космических шаттлов выполняли с 1992 по 1996 год. Вместо воды астронавты использовали хладагент на основе фреона, который кипит при низких температурах, — наука наукой, а лечить ожоги на орбите куда сложнее, чем на Земле.
Небоскреб до МКС
Многие ошибочно полагают, что невесомость — это отсутствие силы тяжести. На самом деле сила тяжести в космосе вовсе не исчезает, по крайней мере на околоземной орбите. Именно эта сила удерживает Луну на ее орбите вокруг Земли и не дает спутникам и космическим кораблям умчаться в другую галактику. Если бы кто-то построил небоскреб высотой 370 км (примерно здесь пролегает орбита МКС), забрался на верхний этаж и шагнул из окна, то, вместо того чтобы стать новым искусственным спутником планеты, экспериментатор очень быстро упал бы на Землю.
Чтобы нарезать круги вокруг планеты, не тратя топливо, и наслаждаться невесомостью, сперва нужно как следует разогнаться — примерно до 7,9 км/с. Эта скорость называется первой космической. И если, стоя на последнем этаже гипотетического небоскреба, вы бросите камень так быстро, то он по-прежнему будет падать на Землю, но траектория этого падения как раз совпадет с земной орбитой.
Оказалось, что в невесомости кипящая жидкость превращается в один гигантский пузырь, который растет, вбирая в себя случайно образующиеся пузырьки поменьше. Физики до конца не уверены, почему орбитальный кипяток выглядит именно так, но полагают, что причина все в том же отсутствии конвекции и «отключении» силы Архимеда. В описывающей ее формуле присутствует вес, а в невесомости он равен нулю.
Вредное шампанское
Без силы Архимеда нельзя не только принять ванну (по легенде, ученый открыл названный его именем принцип как раз во время водных процедур), но и насладиться кока-колой или пивом. Газированные напитки имеют характерный привкус благодаря углекислому газу, который выходит из жидкости в виде пузырьков. В невесомости CO² не выталкивается из напитков и остается растворенным в них, даже попав в желудки космонавтов. Отрыгнуть углекислый газ или как-то еще избавиться от него невозможно, поэтому пиво, а тем более шампанское на орбите доставляют одни неприятности.
Впрочем, коммерсанты думают о космонавтах: австралийская пивоварня 4-Pines совместно с исследовательской компанией Saber Astronautics разработала пиво с пониженным содержанием CO². Компенсировать недостаток «волшебных пузырьков» должен более насыщенный вкус.
Американский астронавт Клейтон Андерсон наблюдает, как пузырек воздуха плавает внутри водяного пузыря на борту шаттла «Дискавери»
Бесконечный кристалл
Без конвекции в невесомости не горит огонь, а космонавтам приходится при помощи вентиляторов гонять воздух по станции, иначе даже выступивший на лбу пот не испаряется. Но есть один процесс, которому отсутствие конвекции идет на пользу, — это рост кристаллов.
Красивые многогранники образуются из раствора того или иного вещества, когда атомы или молекулы из жидкости присоединяются к имеющемуся зачатку кристалла. Лишившаяся части вещества жидкость становится менее плотной, и на Земле она выталкивается наверх, то есть происходит конвекция. Постоянное движение жидкости не дает кристаллу как следует разрастись. В невесомости конвекции нет, поэтому кубы и тетраэдры (например, минерала цеолита) вырастают до очень внушительных размеров.
Нерожденный космонавт
Если жить в невесомости худо-бедно можно, то родиться на орбите человек и другие сложные млекопитающие, похоже, не смогут. Сами роды особых проблем (вероятно) не вызовут, но шансов, что эмбрион перенесет девять месяцев без гравитации, нет. Развитие плода — очень сложный и скоординированный процесс, который регулируется множеством внешних и внутренних факторов, один из которых — земное притяжение.
Без него ткани и органы эмбриона формируются неправильно, и он погибает на ранних стадиях. В 1996 году шаттл «Колумбия» доставил на орбиту мышиные эмбрионы, которые только начали развиваться. Они пробыли в невесомости четыре дня и вернулись на Землю. Все «путешественники» погибли, причем в них не произошло ни одного изменения, характерного для нормальных эмбрионов. В параллельном опыте в лаборатории все процессы шли как надо. Еще раньше, в 1979 году, в рамках советского проекта «Бион-5» несколько крыс спарились на орбите, однако ни одна из самок не смогла выносить крысят.
Впрочем, некоторым организмам невесомость нипочем. Небольшие рыбки японские оризии (на фото) в 1994 году успешно отложили икру на борту шаттла «Индевор», и некоторые из икринок развились в полноценных взрослых особей. Впрочем, среда обитания рыб отчасти напоминает невесомость, и, вероятно, поэтому оризии смогли благополучно размножиться в космосе. Японские оризии не только прекрасно развиваются в невесомости от икринки до взрослой особи. Эти рыбки стали первыми позвоночными, которые успешно спарились в космосе.
Пропадающий кальций
Одушевленные создания построены из тех же молекул и атомов, что и неживая материя, поэтому аномальное (на взгляд землянина) изменение законов физики действует и на них. Плюс сложнейшие биохимические и физиологические системы живых существ тоже реагируют на невесомость.
Например, во время первых длительных космических полетов выяснилось, что в невесомости из костей очень интенсивно вымывается кальций. За месяц на орбите космонавты теряют как минимум 1,5% костной массы. Причины этого неотвратимого процесса до конца неясны. Ученые предполагают, что дело, хотя бы отчасти, может быть в том, что механизмы, отвечающие за поддержание костей в нормальном состоянии, ориентируются на внешние стимулы, в том числе постоянное земное притяжение. Когда оно исчезает, системы, которые миллионы лет складывались с учетом гравитации планеты, дают сбой.
Не менее пагубно невесомость сказывается на мышцах. На Земле мускулатура работает даже тогда, когда мы смотрим телевизор или спим. В космосе мышцы практически выключаются и очень быстро «усыхают». Когда 10 декабря 1982 года Анатолий Березовой и Валентин Лебедев вернулись с орбиты после рекордно длительной на тот момент миссии — больше 211 суток, — их пришлось выносить из корабля «Союз Т-7». У космонавтов атрофировались мышцы, и только после интенсивного курса реабилитации они смогли нормально ходить.
Заразные бактерии
Некоторые существа в невесомости превращаются в монстров. В 2006 году экипаж шаттла «Атлантис» взял на орбиту бактерий Salmonella typhimurium, главных виновников отравлений у человека и животных. Опасные создания были запакованы в специальные контейнеры, от астронавтов требовалось всего лишь опустить поршень, чтобы сальмонеллы попали в емкость с питательным бульоном. Параллельно тот же эксперимент проводили специалисты на Земле. Перед возвращением космические микробы были зафиксированы специальным составом так, чтобы их внешний вид и ДНК остались такими же, какими они были в космосе.
Изучив привезенных астронавтами сальмонелл, исследователи выяснили, что по сравнению с земными бактериями у них стали иначе работать 167 генов и изменилась интенсивность синтеза 73 белков. Эти адаптации были ответом на стресс от невесомости и значительно повысили заразность S. typhimurium. Попав в космос, микроорганизмы активизировали гены, которые отвечают за формирование биопленок — объединений бактерий, внутрь которых не могут пробиться ни иммунные клетки, ни антибиотики. Поэтому в длительных миссиях, например на Марс, людям стоит опасаться не только радиации или инопланетян, но и «родных» бактерий.
Цветущая роза
Чтобы выяснить, как меняется запах роз в невесомости, астронавты Тиаки Мукаи и Джон Гленн добыли из цветков пахучие вещества при помощи специальной иглы
Растения особенно недоумевают без гравитации, ведь их корни, стебли и ветви «узнают», куда расти, ориентируясь на притяжение Земли, — это явление называют геотропизмом. Но у флоры есть один трюк, благодаря которому космонавты уже давно разбили на орбите грядки: растения могут определять направления вверх-вниз еще и по источнику света. Они принимают лампочку за солнце и тянутся к ней, компенсируя отсутствие силы тяжести. И тем не менее невесомость сказывается на растительной физиологии.
В 1998 году астронавт шаттла «Дискавери» Джон Гленн посадил на орбите розу сорта Overnight Sensation («ночное чувство»), чтобы изучить, как она будет пахнуть за пределами Земли. Оказалось, что в невесомости цветок источает совершенно иной аромат. И хотя в космосе роза пахла слабее, основных компонентов, ответственных за характерный аромат — фенилэтилового спирта, цитронеллола, гераниола и метилгераниата, — выделялось больше. Позже японская компания Shiseido воссоздала парфюмерную композицию растущей на орбите розы в аромате Zen.
Материал опубликован в журнале «Вокруг света» № 12, декабрь 2013
Дарья Зелёная
Теги
- космос
- факты
Свободное падение: наука о невесомости
Лизы Хепплер
цифры Йованы Андреевич
Многие из нас мечтали о невесомости с детства. Мы видели кадры, на которых астронавты летают вокруг Международной космической станции, играя в пинг-понг с шариками из воды и в Pac-Man с нитками M&Ms.
На мгновение, когда мы наблюдаем за этими астронавтами, живущими в совершенно чуждой нам среде, мы можем представить, что плаваем вместе с ними. К сожалению, волшебство недолговечно. Вес наших задних конечностей, плотно прижатых к нашим сиденьям, возвращает нас на планету Земля, обратно в реальность.
Итак, действительно ли мечта настолько близка к полету в космосе, насколько это возможно? Действительно ли волшебное переживание невесомости ограничено крошечной частью людей, которые называют себя как-то навтами (вы знаете, астронавтами, космонавтами, тайконавтами, космонавтами)? Не так быстро.
Невесомость может быть только для астронавтов, но с помощью частных компаний, таких как SpaceX, Blue Origin и Virgin Galactic, стать астронавтами не так уж и сложно. Наши мечты о полетах в космосе стали реальностью как никогда раньше.
Чтобы подготовиться к путешествию, мы должны сначала понять, что такое, черт возьми, невесомость.
Что такое вес?
Наш вес на Земле зависит от нашей массы, из которой мы состоим, а также от силы притяжения между нашей массой и массой планеты Земля. Эта сила притяжения, более известная как гравитация, представляет собой бесконтактную силу, действующую на нас на расстоянии. Как следует из названия, бесконтактная сила — это сила, которая действует между двумя объектами, которые не находятся в физическом контакте друг с другом, а это означает, что нам не нужно касаться Земли, чтобы гравитация действовала на нас. На самом деле мы не ощущать силу гравитации, если нет противодействующей контактной силы, противодействующей ей. Эта противодействующая сила называется нормальной силой, которая, в отличие от гравитации, представляет собой контактную силу, действующую на объекты, физически связанные друг с другом.
Например, когда мы стоим на земле, сила земного притяжения притягивает наше тело к земле. Однако, поскольку наши ступни находятся в физическом контакте с землей, на наши ступни также действует нормальная сила (рис. 1А). Именно благодаря этой контактной (или нормальной) силе на наших ногах мы можем воспринимать силу гравитации как вес. Если бы земля под нашими ногами исчезла, гравитация тем не менее действовала бы на нас, но мы не смогли бы ее ощутить. эта неспособность чувствовать гравитация заставила бы нас чувствовать себя невесомыми (по крайней мере, на мгновение; вставка 1).
Рисунок 1. Космонавты чувствуют себя невесомыми, когда ничто не противостоит силе тяжести. (A) Космонавт, стоящий на Земле, не чувствует себя невесомым, потому что земля создает нормальную силу, противодействующую силе тяжести. (B) Астронавт на орбите Земли действительно чувствует себя невесомым, потому что нет земли или нормальной силы, противодействующей силе гравитации. Таким образом, космонавт падает. Однако, поскольку космонавт также движется вперед сверхбыстро, он/она постоянно падает вокруг Земли, а не врезается в нее.
Почему космонавты чувствуют себя невесомыми?
Так что же это означает для орбитальных астронавтов? В космосе астронавты и их космические корабли по-прежнему имеют массу и по-прежнему находятся под действием земного притяжения. В этом смысле они по-прежнему имеют вес, даже несмотря на то, что гравитационная сила Земли на орбите меньше, чем на поверхности Земли (вставка 1). Однако они не чувствуют своего веса, потому что их ничто не отталкивает. По сути, из-под них исчезла земля, и астронавты, и космический корабль падают (рис. 1Б).
Подождите, значит, невесомость — это просто свободное падение? Да. Свободное падение определяется как «любое движение тела, при котором гравитация является единственной силой, действующей на него». В космическом вакууме, где нет молекул воздуха или опорных поверхностей, на космонавтов действует только сила тяжести. Таким образом, они падают на Землю с ускорением свободного падения.
Напрашивается вопрос: как космические корабли могут оставаться на орбите, а не падать обратно на поверхность Земли? Хотя гравитация притягивает астронавтов к Земле, космический корабль движется так быстро в прямом направлении, что в конечном итоге вращается вокруг Земли по кругу, подобно мячу, качающемуся на конце веревки. Например, Международная космическая станция движется со скоростью около 17 150 миль в час, и этот поступательный импульс удерживает астронавтов на орбите, несмотря на то, что их притягивает к Земле.
Невесомость возможна только в космосе?
Так как же мы можем испытать невесомость? Что ж, самый простой и, возможно, самый дешевый способ испытать невесомость — это воспользоваться параболическим полетом (он же полет на борту «Рвотной кометы»).
Чтобы понять, как полет по параболическим дугам создает ощущение невесомости, нам сначала нужно рассмотреть четыре основные силы, действующие на самолет (рис. 2А). Первая сила — сопротивление, вызванное молекулами воздуха, препятствующими движению самолета вперед. Вторая сила — это тяга, которая представляет собой движущую силу, создаваемую двигателем. Третья сила – вес. Последней силой является подъемная сила, возникающая главным образом в результате взаимодействия крыльев самолета с молекулами воздуха и зависящая от плотности воздуха, формы крыльев и ориентации самолета в воздухе. Сочетание этих четырех сил определяет скорость и направление движения самолета.
Вернемся к концепции параболического полета. Для создания ощущения невесомости пилот устанавливает тягу, равную сопротивлению, и исключает подъемную силу. В этот момент единственной неуравновешенной силой, действующей на самолет, является вес, поэтому самолет и его пассажиры находятся в свободном падении. Это то, что создает опыт невесомости. Однако самолеты могут упасть только до того, как упадут на землю. Итак, перед этим маневром пилот направляет самолет вверх и применяет тягу. Затем самолет находится в свободном падении в течение 20-30 секунд, когда он завершает набор высоты и начинает падать обратно к Земле. Наконец, как только самолет возвращается на ту же высоту, с которой он стартовал, в передней половине дуги, пилот повторно включает подъемную силу, чтобы вернуть самолет на стабильную высоту и подготовиться к следующему набору высоты. Получившаяся параболическая траектория полета дает пилоту достаточно времени и расстояния для безопасного падения (рис. 2В).
Рисунок 2. Параболические полеты позволяют пассажирам ощутить невесомость, не отправляясь в космос. (A) На самолет действуют четыре силы: вес, подъемная сила, тяга и сопротивление. Поскольку ускорение происходит в направлении неуравновешенной силы, самолеты ускоряются в прямом направлении, когда тяга больше сопротивления, и увеличивают высоту, когда подъемная сила больше веса. (B) Когда пилот устанавливает тягу, равную сопротивлению, и устраняет подъемную силу, единственной неуравновешенной силой, действующей на самолет, является вес. Соответственно самолет падает и пассажиры чувствуют себя невесомыми секунд 20-30. Чтобы самолет не врезался в землю, этому маневру в невесомости предшествует контролируемый подъем, а за ним следует контролируемый спуск. Этот цикл контролируемого подъема, невесомости и контролируемого спуска создает параболическую траекторию полета, характерную для опытов в невесомости.
В целом полет на параболе очень похож на гипотетическую поездку в лифте. Представьте, что лифт едет с 1 этажа (20 000 футов) на 10 этаж (30 000 футов) и обратно на 1 этаж (20 000 футов) без заметной остановки на 10 этаже. Когда лифт ускоряется до 10 этажа, пассажиры чувствуют себя тяжелее, чем обычно. (самолет поднимается на высоту 30 000 футов). Когда лифт приближается к 10-му этажу и сразу же меняет направление движения на 1-й этаж, пассажиры чувствуют себя невесомыми (маневр свободного падения). Наконец, когда лифт замедляет скорость при возвращении на первый этаж, пассажиры чувствуют себя тяжелее, чем обычно (самолет снижается до 20 000 футов).
Такой полет с корпорацией Zero G начинается от 4950 долларов на человека и включает в себя 15 параболических маневров. Это составляет около 14 долларов за секунду невесомости. Итак, в следующий раз, когда вы почувствуете, как у вас переворачивается живот на рейсе Delta, улыбнитесь и наслаждайтесь поездкой! Вы только что выиграли бесплатную секунду невесомости.
Как заказать полет в космос?
Хотя путешествие на Рвотной комете и дает ощущение невесомости, оно не дает вам имени космонавта. Для этого вам нужно отправиться в космос! К счастью, SpaceX, Blue Origin и Virgin Galactic работают над тем, чтобы сделать это возможным.
Хотя SpaceX обещает стать первой частной компанией, отправляющей людей в космос, в настоящее время ее клиентами являются только астронавты НАСА, богатый человек по имени Юсаку Маэдзава и 6-8 творческих друзей Маэдзавы.
К счастью, Blue Origin и Virgin Galactic предоставили свои невесомые впечатления тем, у кого немного чековая книжка меньшего размера и чуть менее амбициозные планы космических путешествий. Хотя New Shepard от Blue Origin и SpaceShipTwo от Virgin Galactic сильно различаются по дизайну транспортных средств, оба обещают частным лицам возможность путешествовать в космос. Платные клиенты покинут атмосферу Земли, увидят кривизну Земли и испытают несколько минут невесомости, прежде чем благополучно вернуться на землю. Хотя информация о ценах и датах запуска еще не опубликована, несколько новостных агентств сообщили, что билеты будут стоить от 200 000 до 300 000 долларов за штуку, а поездки начнутся уже в 2019 году. .
Итак, обратный отсчет до того, как стать кем-то-навтом, официально начался!
Лиза Хепплер — кандидат биологических и биомедицинских наук на пятом курсе Гарвардского университета. Она изучает роль факторов транскрипции STAT при раке.
Йована Андреевич учится на третьем курсе прикладной физики в Школе инженерии и прикладных наук Гарвардского университета.
Для получения дополнительной информации:
- Чтобы узнать о влиянии невесомости на астронавтов, прочтите эту статью на Space.com.
- Чтобы узнать об экспериментах, проводимых на борту Международной космической станции, в том числе о влиянии длительного пребывания в невесомости на здоровье человека, посетите эту страницу.
- Чтобы узнать, как НАСА изучает влияние невесомости на неживые объекты, посетите этот сайт.
- Чтобы следить за развитием SpaceX, Blue Origin и Virgin Galactic, посетите их веб-сайты и следите за ними в социальных сетях.
Почему космонавты невесомы в космосе?
Большинство наших постоянных читателей понимают, почему астронавты и объекты кажутся плавающими на Международной космической станции, но есть некоторые неправильные представления и предвзятые мнения по этой теме, которые не соответствуют действительности и не представляют собой очень хорошего понимания. физики! В этом видео представлен интересный обзор некоторых представлений людей о невесомости на борту орбитального космического корабля, а также показано, почему астронавты на самом деле кажутся невесомыми.
Но давайте обсудим и это:
На вопрос, почему объекты и космонавты в космических кораблях кажутся невесомыми, многие отвечают так:
1. В космосе нет гравитации и они ничего не весят.
2. Космос — это вакуум, а в вакууме нет гравитации.
3. Астронавты находятся слишком далеко от поверхности Земли, чтобы подвергаться ее гравитационному притяжению.
Все эти ответы неверны !
Тут главное понять что там IS гравитация в космосе. Это очень распространенное заблуждение. Что удерживает Луну на ее орбите вокруг Земли? Гравитация . Что удерживает Землю на орбите вокруг Солнца? Гравитация . Что удерживает галактики вместе? Гравитация .
Гравитация в космосе повсюду!
Если вы построите на Земле башню высотой 370 км (230 миль), примерно на высоте орбиты космической станции, гравитация на вершине башни будет почти такой же сильной, как если бы вы были на земле. Если вы сойдете с вершины башни, вы упадете на Землю точно так же, как это сделает Феликс Баумгартнер позже в этом году, когда попытается прыгнуть с края космоса. (Конечно, это не объясняет низких температур, которые в конечном итоге приведут к вашей смерти, или того, что вас не убьют ни воздух, ни атмосферное давление, или то, как падение через атмосферу серьезно повлияет на ваши части тела. И затем этот внезапный остановка тоже была бы плохой.)
Итак, почему космическая станция или спутники на орбите не падают на Землю, и почему астронавты и объекты внутри МКС или других космических кораблей кажутся парящими?
Из-за скорости !
Космонавты, сама МКС и другие объекты на околоземной орбите не парят, а падают. Но они не падают с на Земли из-за своей огромной орбитальной скорости. Вместо этого они падают вокруг Земли. Объекты на околоземной орбите должны двигаться со скоростью не менее 28 160 км/ч (17 500 миль в час). Поэтому, когда они ускоряются к Земле, Земля изгибается под ними, и они никогда не становятся ближе. Поскольку у космонавтов такое же ускорение, как у космической станции, они чувствуют себя невесомыми.
Бывают моменты, когда мы можем быть невесомыми — ненадолго — на Земле, когда вы падаете. Вы когда-нибудь катались на американских горках и сразу после вершины холма, когда машина начинает снижаться, ваше тело отрывается от сиденья? Если бы вы были в лифте высотой в сто этажей и трос порвался, когда лифт упал, вы бы плавали в кабине лифта. Конечно, в таком случае концовка была бы довольно плачевной.
А также вы, наверное, слышали о «Рвотной комете» — самолете KC 135, который НАСА использует для создания коротких периодов невесомости для обучения космонавтов и для проверки экспериментов или оборудования в невесомости, а также коммерческий Zero -G полеты, при которых самолет летит по параболе, и подобно американским горкам (но на большей скорости и большей высоте), когда самолет пересекает вершину параболы и направляется вниз, при падении самолета создается среда невесомости.