Содержание
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
Невесомость помогла создать пузыри холодного газа на МКС
Физика
Сложность
7.
6
R. A. Carollo et al. / Nature, 2022
Американские физики смогли придать холодному атомному газу форму пузыря, отправив компактную лабораторию на борт Международной космической станции. Они исследовали, как такая форма влияет на свойства газа, а также увидели интерференцию его плотности после снятия удерживающего потенциала. Условия микрогравитации позволили устранить главное препятствие на пути к созданию пузырей из бозе-эйнштейновского конденсата. Исследование опубликовано в Nature.
Придание определенной формы веществу часто в корне меняет его свойства. Типичным примером такого изменения можно назвать поведение жидкости в тонких пленках, которое сильно отличается от такового в объемном образце. Иной баланс поверхностных сил меняет механические свойства пленочных структур, самая известная из которых — пузырь. Физика жидких пузырей достаточно сложная и интересная, поэтому ей часто уделяют внимание ученые.
Например, они пытаются сделать так, чтобы пузыри как можно дольше не лопались.
Надувание пузыря способно менять свойства не только жидкостей. Физики активно исследуют, какие эффекты это даст и для других состояний вещества, например, конденсата Бозе — Эйнштейна. В этой фазе атомы холодного бозонного газа замедляются настолько, что их волновые функции перекрываются и сходятся к одной. Ученые считают, что пузырь бозе-эйнштейновского конденсата проявит необычные топологические свойства, новые коллективные эффекты и самоинтерференцию.
Несмотря на то, что физики предпринимали попытки надуть пузырь конденсата еще 20 лет назад, до сих пор сделать это еще никому не удалось. Даже если пытаться формировать из холодного газа сферу с помощью магнитных полей, атомы довольно быстро стекают в ее основание под действием силы тяжести и конденсируются уже там привычным образом. Таким образом, на пути исследователей стоит гравитация, для преодоления которой в 2018 году на МКС была отправлена автономная лаборатория для работы с холодными атомными газами.
Два года назад ученые из Лаборатории холодных атомов NASA рапортовали об успешном измерении свойств рождающегося в невесомости конденсата.
Теперь та же группа физиков под руководством Роберта Томпсона (Robert Thompson) и Джейсона Вильямса (Jason Williams) в коллаборации с коллегами из нескольких американских университетов сообщила о том, что им удалось надуть в установке пузыри холодного рубидиевого газа. Фотографируя тень пузырей, ученые увидели, что их размер может достигать миллиметра, а толщина стенок составляет несколько микрон. И хотя атомы в составе пузырей не конденсировались, работа авторов показывает, что космическая невесомость устраняет главную преграду на этом пути.
В основе техники формирования газовых пузырей, использованной в работе, лежит общий принцип атомных ловушек, который заключается в создании минимума в соответствующем потенциале. Применительно к сферической форме, однако, это оказалось нетривиальной задачей. Авторы решили ее с помощью двух различных магнитных полей.
Первое из них представляло собой постоянное поле, чей модуль авторы старались наделить радиальной симметрией относительно центра будущих пузырей. Действуя на атомы, это поле слегка меняет их энергию в зависимости от их полного момента F и его проекции M. Само по себе это поле формирует гармоническую магнитную ловушку вокруг центра.
Второе поле было переменным и достаточно интенсивным, чтобы связать два сверхтонких подуровня (авторы остановили свой выбор на паре состояний атома рубидия-87 |F = 2, m = 2⟩ и |F = 2, m = 1⟩). Замечательная особенность такой связи заключается в том, что систему «два уровня + переменное резонансное поле» можно описывать с помощью лишь пары переопределенных («одетых полем») состояний. В этом случае также переопределяется и потенциал, в котором оказывается одетый атом (физики в этом случае говорят об эффективном потенциале).
Энергия верхнего одетого уровня оказывается тем ниже, чем точнее выполняется условие резонанса. С другой стороны, резонансная частота зависит от величины магнитного поля.
Это значит, что одновременное наложение обоих полей приводит к образованию эффективного энергетического минимума в виде сферического слоя, радиусом которого можно управлять, тонко отстраивая частоту колебаний переменного поля.
В компактной установке, отправленной физиками на МКС и удаленно управляемой с Земли, однако, не удалось достичь сферичности из-за ее плоской конфигурации. В результате ученые исследовали эллиптические пузыри в пропорции 3 к 1. Для их визуализации газ облучали резонансным светом. Чем плотнее был газ, тем сильнее он поглощал свет, и тем темнее было пятно на фотографии. Этот же метод физики использовали для измерения температуры газа, временно выключая все поля и через некоторое время фотографируя то, насколько далеко разлетелись атомы.
Фотографии показали, что холодный газ формировал скорее полупузыри, нежели полноценные замкнутые поверхности. Такое искажение было эквивалентно приложению к газу одной двухсотой доли земной гравитации, однако на самом деле оно было вызвано нестабильностью и ангармоничностью постоянного поля, а также неоднородностью переменного магнитного поля.
В остальном газ вел себя согласно симуляциям, из которых следовало, что толщина облака была равна нескольким микрометрам. С помощью достаточно больших отстроек физикам удавалось создавать пузыри размерами более одного миллиметра.
Фотографии атомного газа при различных начальных температурах и отстройках
R. A. Carollo et al. / Nature, 2022
Поделиться
Авторы исследовали их образование для различных радиусов и стартовых температур, которые лежали в диапазоне от одной до нескольких сотен нанокельвин. В частности, они выяснили, что увеличение радиуса пузыря охлаждает его. Кроме того, ученые посмотрели, как будет вести себя газ, если резко отключить переменное поле. Как и предполагалось, атомы в этом случае устремляются к центру магнитной ловушки, однако форма облака при этом оказывается достаточно сложной из-за интерференции между волновыми функциями, соответствующим различным квантовым числам.
Бозе-эйнштейновский конденсат — это, безусловно, высокие материи. Однако на МКС изучают и физику попроще. Так, недавно мы рассказывали, как туда отправили пачку конфет M&M’s, чтобы понять, как остывает созданный из них гранулированный газ.
Марат Хамадеев
Правила жизни на международной космической станции
Интернет переполнен публикациями о фактах, связанных с жизнью космонавтов на МКС. Разобраться, что из этого правда, а что — вымысел, непросто. Точки над «i» расставила сотрудник музея «Самара Космическая» Александра Цыбатова, изучившая тему. Разбираемся, какой информации из Сети верить, а что лучше «делить на два».
Разрушаем мифы
— Популярный факт о космонавтах, известный даже далеким от темы космоса, — прием пищи из тюбиков. А вот то, что на смену тубам пришли сублиматы — пища, из которой полностью удалена влага, — знают уже не все. С какими еще заблуждениями приходят к вам экскурсанты?
— Самый популярный вопрос — действительно ли американцы высаживались на поверхность Луны.
Почему-то в Интернете много данных о том, что это неправда, но факт есть факт. Высадки были — у них имелись все технологические возможности для их совершения. У нас тоже были такие возможности, но мы свою «Лунную программу» начали позже.
— Сегодня ученые и сами космонавты говорят, что, по аналогии с морской болезнью, есть космическая, со схожими симптомами. Действительно ли это так?
— У всех свои особенности, космонавты — не исключение. У кого-то адаптация к невесомости проходит легко и быстро, без последствий. Кому-то нужно несколько дней, чтобы произошла адаптация. Но вряд ли можно говорить о том, что космонавты поголовно страдают космической болезнью. Это индивидуально. В «Союзе» есть специальная аптечка с лекарствами для борьбы с «болезнью движения» — они помогают адаптироваться.
Что такое хороший тон за космическим столом
— Насколько верна информация, что космонавтам не рекомендуют брать в полет крошащиеся продукты?
— Это действительно так, крошки очень опасны в невесомости, они могут попасть в дыхательные пути или в глаза.
Поэтому все крошащиеся продукты, которые доставляются в космос, — на один укус, в том числе хлеб. То же относится и к печенью. Оно упаковано в специальную желатиновую пленку. Космонавты кладут его в рот и рассасывают. Так что брать с собой пакет сахара нельзя, а леденец на палочке можно. Помимо сублимированной пищи, есть консервы в алюминиевых банках, их космонавты разогревают в специальной печке. Кашу они на 15-20 минут заливают кипятком, а чтобы та не остыла, пока разбухает, пакет с обедом засовывают внутрь… обычного носка или меховой унты. Так сохраняется тепло.
— Как собирать крошки, если все-таки что-то рассыпалось?
— Для этого есть специальные пылесосы. Их называют «крохоборами». Еще, бывает, сами космонавты даже балуются иногда, но не с крошками, а с водой, которая в условиях невесомости летает шариками. Космонавты на камеру ловят ее ртом и отправляют смешные видео родным и близким.
За что на орбите можно «родину продать»
— Насколько разнообразно меню «жителей МКС»?
— Рацион у них обширный, более 250 наименований продуктов.
Изготовитель питания для космонавтов — Бирюлевский экспериментальный завод. У каждого человека, находящегося в условиях невесомости, 16-дневный рацион. То есть за 16 дней ни одно блюдо не повторяется. Перед отправкой в космос люди даже дегустируют какие-то блюда на заводе-изготовителе, а потом проводится анкетирование, космонавты ставят баллы напротив того, что им нравится больше или меньше. Меню разрабатывает диетолог, основываясь на сбалансированности и вкусовых предпочтениях тех, кто бороздит космические просторы.
— Меню российских космонавтов отличается от меню зарубежных коллег?
— Да. У космических братьев наших космонавтов продукты сублимированы, хранятся в герметичных пакетах. Помимо обычной еды, в рационе йогурты, чипсы из бекона, множество соусов. А вот супы и заливное жители Штатов не едят. Экипаж может меняться на станции между собой, пробовать блюда зарубежных коллег. По отзывам, у американцев очень вкусные стейки и десерты, а те хвалят наш творог..jpg)
Когда его доставляют на станцию, американцы что угодно могут отдать за него, вспоминал самарский космонавт Олег Кононенко. А вообще, наши космонавты говорят, что российское питание гораздо вкуснее.
— По-вашему, будущее космического питания сохранится за сублиматами или им на смену придет что-то новое, как они в свое время сменили тубы? Будет ли перерождение упаковки?
— Скорее это вопрос к тем, кто изготавливает питание. Могу лишь предположить, что на долгие годы сублиматы останутся оптимальной упаковкой. Прежде всего потому, что они легкие. Ведь каждый грамм груза, который доставляют на МКС, стоит колоссальных средств.
Почем проезд на МКС?
— Сколько, кстати, стоит доставка в космос?
— Точных цифр не назову. Но посудите сами: оборудование — космические корабли — очень затратно. Строится ракета, собирается космический корабль, осуществляется его запуск. Цифры колоссальные. Подсчеты делали и сами космонавты. Так, по словам московского космонавта Сергея Рязанского, в год Роскосмос тратит на содержание одного человека 88 млн долларов.
У космонавтов всегда в моде индпошив
— В какой одежде перемещается экипаж по станции? Скафандры?
— Нет, на космической станции люди находятся в обычной одежде — в удобных майках, шортах, брюках. Обувь — кроссовки — им нужна только для занятий спортом. Два часа в день космонавты обязательно занимаются на тренажерах, иначе мышцы со временем атрофируются. Кстати, сами космонавты говорят: если бы люди жили в невесомости постоянно, они бы выглядели длинными, тонкими, бледными червяками с атрофированными ногами и гибкими руками.
Скафандры необходимы, когда человек находится внутри космического корабля: при старте ракеты, при возвращении на Землю. Исторически сложилось, что обмундирование носит птичьи имена. В момент стыковки-расстыковки космонавты летят в спасательных скафандрах «Сокол». Если вдруг происходит внештатная ситуация (например, разгерметизация кабины), то именно благодаря скафандрам космонавт остается жив.
Кроме «Сокола», есть скафандры «Орлан», сейчас они называются «Орлан-МКС» и нужны для выхода в открытый космос. Там совсем другая защитная оболочка, в том числе закрывающая от радиации. Они состоят из жесткой алюминиевой кирасы, которая сохраняет избыточное давление. Эти скафандры выдерживают перепад температур от -150 до +150 градусов по Цельсию и весят около 112 кг, в то время как вес «Соколов» — 10 килограммов. Об «Орланах» можно сказать, что эти скафандры — сами по себе небольшой космический корабль с собственной системой вентиляции, подачи кислорода, очистки воздуха. Космонавты их не надевают, а влезают внутрь через прямоугольный вырез.
— Сложно представить 100 килограммов на себе…
— Это невесомость, не забывайте. Пробовали поднять кого-то в воде? Здесь так же — вес не ощущается. Помимо скафандров, обязательны перчатки, которые шьют индивидуально для «Орланов». Сами костюмы более универсальны. Кстати, «Соколы», в которых летают в космос, тоже шьют для каждого индивидуально.
Кроме прочего, в любом скафандре есть специальное устройство — «вальсальва», которое сами космонавты называют «чесалкой для носа». Это небольшая подушечка с двумя бугорками. Если в них упереться, зажимается нос. Она нужна, чтобы «продуть» уши, если их заложило при смене давления.
От воздуха до тортика везут на МКС космические грузовики
— Как долго находятся космонавты в условиях невесомости на МКС?
— В среднем на МКС, на высоте около 400 км от Земли, люди живут по полгода. Сама космическая станция за сутки делает 16 полных оборотов. Грубо говоря, за день космонавты 16 раз встречают рассвет и столько же закат. На МКС все по расписанию: подъем в 6:00, в 22:00 отбой. Весь день подчинен графику, в том числе приему водных процедур, питанию. Разумеется, водные процедуры — слишком громкая формулировка. В условиях невесомости космонавты протираются влажными салфетками. Кстати, на станции «Мир» раньше был душ. Он представлял собой цилиндр, в который космонавт залетал, фиксировал ноги, надевал маску.
Затем поступала вода, человек ее растирал по телу, а потом мощные пылесосы остатки воды удаляли.
Вода в космос доставляется с Земли. Кроме того, на МКС имеется специальное оборудование, которое восстанавливает воду до состояния питьевой из всей жидкости. Но восстановленную воду используют, в основном, в технических целях.
— А что еще, кроме еды и воды, доставляют на МКС?
— Разрешено брать личные вещи, но объем и вес строго лимитированы — не более одного литра и не более одного килограмма. Получают космонавты и подарки от семьи, бывает, и торт могут доставить. В основном присылают лакомства — орехи, сухофрукты, шоколад, конфеты.
На космических грузовиках «Прогресс» к станции доставляют воздух. Станция не совсем герметична, на ней постоянно происходят утечки. При этом запас кислорода возобновляется системой «Электрон-ВМ». Она простым электролизом разлагает воду на кислород и водород, при этом водород сразу стравливается в космос, а кислород поступает в атмосферу станции.
Хвостатые первопроходцы
— Может ли космонавт взять с собой кого-то из домашних животных?
— Нет, такое недопустимо, разве что в рамках определенного эксперимента. Было бы тяжело убирать за ним в невесомости, нужно создавать специальное устройство для животного с вытяжным шкафом. Для зверя это колоссальный стресс.
Вообще животные в космос летают с 1953 года. За это время в условиях невесомости побывало несколько десятков собак. Белку и Стрелку запустили в 1960-м, но не по орбитальной траектории, а по суборбитальной — на определенную высоту. Собаки выходили в невесомость и возвращались на землю.
Суеверный список космонавтов
— Каковы традиции у космонавтов?
— Возможно, вы слышали об индикаторах невесомости. Перед отправлением космонавт берет на борт небольшую игрушку и подвешивает ее на резинке. Пока сила притяжения еще действует, резинка натянута, но как только корабль отделяется от ракеты, игрушка начинает плавать.
В октябре 2020 года отправились наши космонавты на станцию МКС — двое наших и один американский. И капитан нашего корабля в качестве индикатора невесомости взял с собой игрушечного котенка — героя мультфильма «Котенок по имени Гав». Брать игрушку на борт — одна из главных традиций, которую соблюдают все космонавты. Они вообще очень суеверные люди. Кстати, любая игрушка предварительно осматривается. У нее не должно быть мелкого наполнителя и сыпучего ворса.
Еще из традиций — обязательный просмотр фильма «Белое солнце пустыни». Другая — когда едут на автобусе до МКС, всегда останавливаются в том же месте, где когда-то Юрий Гагарин, — справить нужду. Не все, конечно, справляют, но остановиться и выйти — обязательно. Одна из недавних традиций — освящение ракеты.
Батюшки всегда предлагают причастить и космонавтов, но тут уже все зависит от личного желания: на экипаже собираются люди разных вероисповеданий. Есть и традиции предстартового дня — автограф на двери гостиничного номера, прослушивание песни «Землян», фотосессия.
— Почему именно «Белое солнце пустыни»?
— Об этом пишет в своей книге космонавт Сергей Рязанский. Первым его перед стартом посмотрел экипаж «Союза-10» по инициативе Владимира Шаталова. За ними полетели космонавты, которые фильм не видели. Как известно, они погибли при возвращении на Землю. Потом кто-то предложил посмотреть фильм перед полетом «Союза-12» — и все прошло успешно. Так появилась и закрепилась традиция.
Каков он, космический дом без гравитации?
— Как спать в условиях невесомости?
— Спят космонавты в специальных мешках по типу туристических, привязанных гибкими лентами к стенам станции, иначе можно куда-нибудь улететь. Можно сказать, что они засыпают в положении стоя, хотя в космосе нет таких определений. А вот подушка в условиях невесомости не нужна.
— Какие ошибки земляне совершают на орбите?
— Сами космонавты рассказывают: иногда возникает рефлекторное желание поставить или положить какой-нибудь предмет на плоскость.
Но к невесомости быстро привыкаешь. Один из космических лайфхаков — «липкий стол». На стол клеится широкий скотч, благодаря чему на него можно ставить разные предметы.
Другая ошибка землян — резкие повороты при передвижении. Новички часто получают синяки, потому что не могут быстро перестроиться и повернуть в нужную сторону, не задев боком какую-нибудь стенку или аппаратуру.
— Много ли времени занимает процесс реабилитации на МКС и после возвращения со станции?
— Адаптация к невесомости происходит по-разному, но редко занимает дольше нескольких дней. К тому же космонавтов начинают готовить к полету задолго до него, в том числе за счет создания экстремальных условий — прыжков с парашютом, тренировок на выживание, бассейна гидроневесомости. В Центре подготовки космонавтов есть четырехэтажный бассейн, на дне которого размещен макет космической станции в натуральную величину. Под водой частично удается почувствовать настоящую невесомость.
Что же до постполетного восстановления, то, считается, оно длится столько же, сколько человек находился в космосе.
В медучреждениях космонавты пребывают первые три недели. Затем их направляют на восстановительные процедуры в санатории, профилактории. Только после этого они вновь могут почувствовать себя полноценными землянами.
Есть ли гравитация на космической станции?
Содержимое
- Правильный аргумент (качественный)
- Правильный аргумент (количественный)
На самом деле сила тяжести действует на объекты на МКС, хотя кажется, что они свободно плавают, как в глубоком космосе при полном отсутствии гравитации.
Чтобы увидеть, как обе вещи могут быть правдой, давайте вернемся к вопросу на Землю.
Если мы сядем в машину на поверхность Земли, то ясно, что действует гравитация.
Несмотря на это, нам знакомо знакомое ощущение невесомости, когда сидишь в машине или на американских горках, которые быстро мчатся по гребню холма.
Причина, по которой это происходит, заключается в том, что когда трасса изгибается (от подъема к склону), тележка для горок (и все, что в ней) все еще имеет свою первоначальную скорость движения вверх. Форма гусеницы определяет траекторию тележки и ускоряет ее движение вниз.
Предметы в тележке не испытывают этой силы и, таким образом, остаются в свободном падении до тех пор, пока не столкнутся с ремнем/привязью безопасности. Фактически, мы могли выпустить что-то из рук, и оно казалось бы парящим в воздухе, не двигаясь ни вверх, ни вниз с нашей точки зрения.
Понятно, что хотя гравитация продолжает действовать, объекты в тележке испытывают состояние невесомости из-за своей траектории.
Это аналогично обстоятельству, которое мы находим на космической станции. МКС не просто парит в космосе в состоянии покоя относительно Земли — она вращается вокруг планеты со скоростью более 17 500 миль в час или 4,5 мили в секунду.
Для движения по такой круговой орбите требуется сила, направленная к центру.
Для простой аналогии подумайте о силе, которую вы чувствуете от автомобильной двери при повороте. Здесь та же потребность, но стенки МКС не могут дать такой силы, ведь МКС мчится сквозь пространство и не может оттолкнуть что-то твердое вроде дороги.
Так откуда берется сила? Это происходит от гравитационного притяжения Земли. На самом деле, на орбите вокруг Земли МКС (или любой другой спутник) испытывает идеальный баланс между внутренним притяжением и центростремительным ускорением, необходимым для движения по кругу.
Таким образом, объекты внутри МКС испытывают постоянное свободное падение к Земле, создавая ощущение невесомости. Но вопреки тому, что мы могли бы ожидать, это происходит именно из-за притяжения, а не из-за его отсутствия!
То же явление наблюдается в свободно падающем лифте. Предположим, человек стоит в лифте в свободном падении, когда он протягивает свой телефон и отпускает его. В кадре Земли человек и телефон свободно падают под действием силы тяжести.
2}{r}
\end{aligned}agravityr2GMEarth=acentripetal=rv2
а орбитальная скорость равна v=GMEarth/r.v = \sqrt{GM_\textrm{Earth}/r}.v=GMEarth/r.
Следовательно, в системе МКС объекты испытывают ускорение a=agravity−acentripetal=0,\mathbf{a} = \mathbf{a}_\textrm{gravity} — \mathbf{a}_\textrm{ центростремительный} = 0,a=агравитация−ацентростремительный=0, так что космонавты испытывают состояние невесомости.
Запрос : Если человек встанет на весы внутри МКС, показания будут равны нулю. Означает ли это, что внутри МКС нет гравитации?
Ответ : Это правда, что показания весов равны нулю, но это не означает, что гравитация отсутствует. Масштаб человека ускорен к Земле.
Весы не противостоят ему, так как падают вместе с ним.
Поскольку нормальная реакция весов отсутствует, их показание равно нулю.Запрос : В системе МКС ускорение любого объекта равно нулю. Разве это не означает, что внутри МКС нет гравитации?
Ответ : Как объяснено во втором объяснении, в рамках МКС гравитационная сила компенсируется псевдосилой (центростремительное ускорение).
См. также
- Список распространенных заблуждений
- Гравитация
- Центростремительное ускорение
- Вывод законов Кеплера
Процитировать как:
Есть ли гравитация на космической станции?
Brilliant.org .
Извлекаются из
https://brilliant.org/wiki/is-there-gravity-in-the-space-station/Действительно ли астронавты невесомы?
Фрейзер Кейн, Universe Today
Астронавт НАСА Майкл Финке, специалист миссии STS-134, кажется, рад тому, что из-за невесомости космоса он может возобновить работу по дому, которую он не может делать на Земле, например, поднимать тяжелые сумки и одновременно свободно парить. Кредит: НАСА
Эй, смотри! Это монтаж очаровательных астронавтов, занимающихся веселыми космическими вещами в условиях невесомости.
Космос не так уж и далеко, скорее всего, он ближе, чем ближайший большой город. У нас есть уравнение для расчета гравитационного притяжения между объектами в космосе. Вот этот маленький монстр. Здесь нас интересует буква «r» внизу. Когда это небольшое значение, например, короткие 370 км над головой, нет заметной разницы между пребыванием на космической станции и на поверхности. На самом деле, наши любимые астронавты испытывают на себе около 90% земного притяжения.
Так почему же они парят так легко и самым странным образом? Разве они не должны упасть на дно космической станции? Разве вся космическая станция не должна рухнуть на землю? Быстро, в Интернет, чтобы узнать о нашем драматическом и жутком стиле сумеречной зоны, который заканчивается, когда мы понимаем, что книга на самом деле называлась «Как приготовить сорок человек!».
Согласно нашим расчетам, эти астронавты не парят, они падают. ОНИ ПАДАЮТ.
И бросок кредитов… Итак, настоящая загвоздка заключалась в том, что НАСА знало об этом с самого начала. То, что выглядит как невесомость, на самом деле является невесомостью. И вы можете получить невесомость всякий раз, когда вы падаете.
Вам знакомо это чувство, когда вы взбираетесь на гору на американских горках или когда лифт начинает двигаться вниз? Это вы испытываете снижение веса. Выпрыгните из самолета, и вы почувствуете секунды или даже минуты невесомости, прежде чем вам придется открыть парашют. Но Земля, движущаяся к вам слишком быстро для того, чтобы немного пообниматься с грязью и камнями, напоминает вам, что она падает, а не летит.
Астронавты вращаются вокруг Земли со скоростью 28 000 километров в час, совершая один оборот вокруг планеты каждые 90 минут.
Представьте себе башню высотой 370 км. Если бы вы спрыгнули с вершины башни, вы бы упали на землю у основания башни со шлепком. А теперь представьте, что вы прыгнули боком с башни. Вы можете приземлиться в нескольких километрах от основания башни. Но все равно упал на землю. А теперь представьте, если бы вы могли бежать боком со скоростью 28 000 км/ч и спрыгнуть с башни. Вы все равно будете падать, но Земля падает точно с такой же скоростью, так что вы никогда не упадете на землю.
Несмотря на годы обучения, многие астронавты испытывают укачивание, когда впервые прибывают на орбиту, и им может потребоваться несколько дней, чтобы привыкнуть к этому ощущению… И никто их не осуждает, потому что у них есть гигантские медные, необходимые для полета. в космос в первую очередь.
НАСА разработало специальный летательный аппарат, чтобы помочь астронавтам получить опыт работы в невесомости.
Тогда это вздорный город, или все тратят несколько минут на то, чтобы поговорить с Ральфом по большому белому телефону, или у них есть короткий эпизод «Разноцветное-лицо-кричит-двойной-дождь по небу».
Стивен Хокинг, невесомость. Предоставлено: Zero Gravity Corporation
Что это значит? Я говорю, что рвота течет рекой.
На самом деле, во всей Вселенной нет места, где вы могли бы оказаться в настоящей невесомости. Всегда. Вообще. Никто. Как мы обсуждали в предыдущем эпизоде, вы находитесь под влиянием гравитации каждого отдельного атома в наблюдаемой Вселенной. Без Земли или Солнца вы бы начали падать в центр Млечного Пути.
Мы все время падаем. К счастью, мы застряли в гигантском шаре, который дает нам точку отсчета, где все падает с той же скоростью, что и мы, включая нашу атмосферу и обед, как до, так и после потребления.
Чтобы лучше проиллюстрировать нашу точку зрения, я обращусь к Дугласу Адамсу. В серии «Автостопом по Галактике» он сказал: «Умение летать — это научиться бросаться на землю и промахиваться». Хотите ощутить настоящую невесомость? Хотели бы вы отправиться на орбиту и попробовать?
Узнать больше
Свежие материалы и эксперименты доставлены на МКС
Источник:
Universe TodayЦитата :
Действительно ли космонавты невесомы? (2015, 17 февраля)
получено 6 октября 2022 г.
с https://phys.org/news/2015-02-astronauts-weightless.htmlЭтот документ защищен авторским правом. Помимо любой добросовестной сделки с целью частного изучения или исследования, никакие
часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в ознакомительных целях.Гравитация на космических станциях и свободное падение
Дон Линкольн, доктор философии, Университет Нотр-Дам
Видеоклипы астронавтов на Международной космической станции, выполняющих сальто и другие действия, ясно показывают, что они работают в месте, где нет гравитации. Есть только одна проблема. Что это даже близко не соответствует действительности. Есть ли гравитация внутри Международной космической станции? Тогда как мы объясним то, что мы видим в видео?
На Международной космической станции существует гравитация, но астронавты кажутся невесомыми, потому что и космическая станция, и астронавты находятся в свободном падении.
(Изображение: НАСА/общественное достояние)Вес человека на космических станциях
Давайте посчитаем. Радиус Земли составляет около 6400 километров, а Международная космическая станция вращается на высоте около 400 километров по прямой, или с радиусом орбиты около 6800 километров.
Помните, что закон всемирного тяготения Ньютона гласит, что сила между двумя объектами, в данном случае человеком и Землей, равна G, умноженной на массу человека, умноженная на массу Земли, деленная на квадрат расстояния между человеком и центром Земли. Земля.
Теперь, чтобы показать вам, что на космической станции действительно существует гравитация, мы можем посмотреть числа или проявить смекалку и решить задачу как простое соотношение. Мы хотим узнать вес человека на поверхности Земли по сравнению с весом человека на космической станции, в задаче есть некоторые константы. Масса человека и Земли не меняется, как и G. Так что нам не нужно беспокоиться об этих вещах. Вместо этого мы помним, что вес — это сила.
Что мы можем сделать, так это составить два уравнения следующим образом. Возьмем человека весом 150 фунтов на поверхности Земли и возьмем наше неизвестное как вес человека на Международной космической станции. Два уравнения будут такими: 150 фунтов равняются G, умноженным на массы, деленные на 6400 километров в квадрате, а неизвестный вес на космической станции равен тому же G, умноженному на массы, деленные на 6800 километров в квадрате.
Итак, мы можем взять отношения, а G и массу сократить, и мы получим вес на космической станции, разделенный на 150 фунтов, равно 6400, деленное на 6800, все в квадрате. Выполняя арифметические действия, мы получаем, что человек, который весит 150 фунтов на Земле, будет весить 133 фунта на космической станции.
Неправильно говорить, что они ничего не будут весить. Так как же понять то, что мы видим своими глазами? Космонавты определенно выглядят невесомыми. Или команда теории заговора все-таки права и все это фейк? Нет, определенно нет.
Это стенограмма из серии видео Понимание заблуждений науки . Смотри сейчас же, Вондриум.
Международная космическая станция находится в состоянии свободного падения
Человек, который весит 150 фунтов на Земле, будет весить 133 фунта на космической станции, что доказывает наличие гравитации на космической станции. (Изображение: НАСА/общественное достояние)
Хотите верьте, хотите нет, но объяснение состоит в том, что и космическая станция, и астронавты буквально падают. Если вы остановите космическую станцию на ее орбите или если ее просто поднять прямо на 400 километров сразу после того, как она была первоначально построена, она упадет прямо на Землю, как это сделали Алан Юстас или Феликс Баумгартнер, когда они спрыгнули с платформы 40. километров над поверхностью Земли.
Космическая станция и все, что на ней находится, тоже движется вбок.
Этот способ мышления не нов. Это то, что придумал Исаак Ньютон. Он подумал о том, чтобы выстрелить пушечным ядром горизонтально. Как известно, при падении он будет лететь горизонтально. Стреляйте быстрее, и он пойдет дальше. Стреляйте в него еще быстрее, и он пойдет еще дальше. В конце концов, рассуждал он, мяч будет двигаться достаточно быстро, чтобы в игру вступила кривизна Земли, и мяч смог бы вращаться вокруг Земли. То же самое происходит с космической станцией и астронавтами. Они постоянно падают и промахиваются мимо Земли.
Узнайте больше о мифах об орбитальном движении.
Невесомость или свободное падение?
На самом деле правильное слово, которое вы должны использовать, это то, что астронавты находятся не в невесомости, а скорее в свободном падении. Они определенно не в невесомости. Еще во времена Галилея мы поняли, что объекты разной массы падают с одинаковой скоростью.
Один астронавт однажды рассказал нам о некоторых неожиданных вещах, с которыми он сталкивается в космосе. Он научил нас чему-то, что поднимает все это понимание свободного падения на еще более высокий уровень. Он сказал, что если вы будете сидеть в шаттле совершенно неподвижно, вас будет медленно дрейфовать к носу корабля.
Это потому, что шаттл находился на достаточно низкой орбите, поэтому было небольшое сопротивление воздуха. Несмотря на то, что космический шаттл в основном находился в свободном падении, воздух лишь немного замедлил его. Астронавты были защищены от сопротивления, поэтому они не замедлялись, и в результате, если вы сидели там какое-то время, вас дрейфовало к передней части космического корабля.
Конечно, о таких мелочах вообще можно не беспокоиться. Одна из блестящих особенностей науки — это способность упростить проблему, игнорируя мельчайшие эффекты. Но если вы хотите знать, как получить точный ответ, игнорирование этих вещей в конечном итоге приведет вас к заблуждению, и вы в конечном итоге поверите во что-то не совсем верное, например, в утверждение, что планетарные орбиты представляют собой идеальные эллипсы.
Узнайте больше о заблуждениях мира в науке.
Общие вопросы о гравитации на космических станциях
В: Существует ли гравитация на Международной космической станции?
Да, на Международной космической станции есть гравитация. Основываясь на законе тяготения Ньютона, который гласит, что сила между двумя объектами, в данном случае человеком и Землей, равна G, умноженной на массу человека, умноженная на массу Земли, деленная на квадрат расстояния между человеком и центром Земли. Земля, мы можем подсчитать, что человек, который весит 150 фунтов на Земле, будет весить 133 фунта на космической станции.
В: Почему астронавты парят на космической станции?
Астронавты летают внутри космической станции потому, что и космическая станция, и астронавты находятся в состоянии свободного падения.
В: Что вы подразумеваете под свободным падением?
Основная концепция свободного падения была впервые продемонстрирована Исааком Ньютоном в эксперименте с каноническим ядром, в котором, теоретически, когда пушечное ядро вылетает достаточно быстро, чтобы ввести в действие кривизну Земли, шар сможет двигаться по орбите. Земля. То же самое происходит с космической станцией и астронавтами. Они постоянно падают и промахиваются мимо Земли.
Вопрос; Космонавты в свободном падении?
Да, астронавты находятся в свободном падении на космических станциях. На космических станциях есть гравитация, и это единственная сила, действующая на астронавтов. Поскольку единственной силой, действующей на саму космическую станцию, является гравитация, и астронавты, и космическая станция вместе находятся в свободном падении.
{-2} g=10 мс−2.
Посмотрите, как они бросают бананы, играют песни Боуи, пьют плавающие шарики из сока и вообще весело проводят время в невесомости глубокого космоса. Это камера внутри водяного шара, вы не поверите, что будет дальше! Или что бы они вам ни сказали, чтобы заставить вас щелкнуть это видео.
Мы должны кому-то рассказать!
По мере того, как астронавты ускоряются к нашей планете, кривизна Земли от них спадает — так что они никогда не врежутся в жуткий огненно-скрученный металлический блин смерти.
Он называется KC 135, летает по параболам, вызывающим император Барфолполиса, и имеет прозвище «Рвотная комета». В верхней части каждой параболы пассажиры KC 135 испытывают несколько секунд невесомости, прежде чем гравитация снова настигает их, и они падают на пол самолета, а затем испытывают двойную гравитацию на дне самолета. парабола.
Или, может быть, в сверхскопление Девы.
Мы даже не должны были задавать такой нелепый вопрос. Но какое объяснение?
Итак, на самом деле происходит то, что станция постоянно падает к Земле, но постоянно пропадает.
Итак, космическая станция и астронавты падают вместе.
Это просто доказывает, что в науке всегда есть чему поучиться.
Еще во времена Галилея мы поняли, что объекты разной массы падают с одинаковой скоростью. Итак, космическая станция и астронавты падают вместе, что создает иллюзию невесомости или невесомости.