Правда ли, что в центре звезд и планет невесомость? Фото и видео

Правда ли, что в центре звезд и планет невесомость? Фото и видео

Центр и мантия Земли

Космос

Наверняка многие, просматривая приключенческие кинофильмы о путешествиях к центру Земли, отмечали тот факт, что герои попадали в состояние невесомости и буквально парили в воздухе. Интересно, а в реальности это возможно? Даже несмотря на то, что к центру планеты невозможно подобраться, ученые выстраивают самые разные гипотезы. Естественно, это касается других планет и даже звезд, ведь Земля – такое же небесное тело, как и они, со своим «сердцем».

Почему нельзя проверить гипотезу?

До центра Земли, не говоря уже о других планетах и звездах, добраться пока что, в обозримом будущем, невозможно. Во-первых, пробурить туда дыру нельзя, так как от поверхности до центра расстояние составляет чуть более 6000 км. Самая глубокая дыра в мире имеет «всего лишь» 12 261м и это Кольская сверхглубокая скважина, которая находится в Мурманской области недалеко от города Заполярный.

Кольская сверхглубокая скважина. Буровая первого этапа (глубина 7600 м), 1974 год

Кольская сверхглубокая скважина. Буровая первого этапа (глубина 7600 м), 1974 год

Даже если была бы возможность пробурить дыру, то люди столкнулись бы с невероятно большой температурой ядра, которая составляет около 5 000 ℃, а это температура поверхности Солнца. Предполагаемое давление в центре планеты составляет 3 600 000 атмосфер. Давление в других планетах зависит полностью от их структуры. К примеру, давление ядра Юпитера, по предположениям ученых, составляет от 30 до 100 млн атмосфер и температуру в 20 000℃. Солнце – не планета, а звезда и поэтому обладает газообразной структурой. Однако, несмотря на это, светило также имеет ядро. Давление в центре Солнца составляет 3,4х10 11 атм.

Почему в центре планет возможна невесомость?

Земля имеет сферическую форму, и гравитационные силы противодействуют друг другу – именно в центральной части планет. Таким образом, если предположительно попасть в середину, то будет оказываться давление в разные стороны с равномерной силой, создавая невесомость. Из этого выходит, что ощущение невесомости в центре планет возможно, если на данной планете есть достаточно сильное гравитационное поле.

Чтобы проще понять гравитацию внутри планеты, необходимо разбить на небольшие кусочки ее недра, а также взять условный объект. Когда объект приближается к центру, объем тяготеющих масс над ним увеличивается. В определенный момент их количество сравняется с таким же объемом масс под объектом. Логично предположить, что это произойдет прямо в центральной части. Таким образом, наступит состояние невесомости.

Гравитация внутри планеты

Гравитация внутри планеты

Можно привести несложный пример для понимания этого явления. Если прорыть колодец от поверхности к центру, взять весы с подвешенной гирькой и опустить их внутрь. По мере опускания весов вниз будет заметно, что гиря постепенно становится все легче и легче. Это объясняется законом всемирного тяготения.

Все указанные расчеты правильны, если бы планета имела форму шара идеальной формы. Она должна иметь везде одинаковую плотность. В реальности же все выглядит немножко иначе, поскольку, например, земная кора содержит уплотнения и пустые участки. Мантия Земли вероятней всего тоже имеет неоднородный состав. Согласно научным сведениям, земное ядро состоит из расплавленного железа, оно отличается не равномерной формой и постоянно двигается. Таким образом, невесомость Земли находится не в геометрическом центре, а там, где располагается центр тяжести.

Что касается невесомости в центре звезд, то об этом тоже можно сделать вывод исходя из особенностей силы притяжения. В частности, Солнце обладает невероятно сильным гравитационным полем. Именно из-за этой гравитации планеты Солнечной системы вращаются вокруг звезды. Солнце тоже имеет неоднородную структуру, а в его центре находится ядро. Если теоретически предположить путешествие к центру Солнца, то и там возможна невесомость из-за уравнения гравитационных масс.

Наличие невесомости в центре звезд и планет, в частности Земли, вполне вероятно и логически объяснимо. В пользу данной гипотезы свидетельствуют научные исследования в области гравитации. Например, на поверхности Земли действует сила притяжения. При погружении к центру планеты, количество гравитационных масс сверху и снизу объекта будет постепенно уравновешиваться. В определенный момент сила притяжения будет действовать на объект со всех сторон одинаково и возникнет состояние невесомости.

Интересное видео о невесомости

Если Вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Проект 6. Перевернутый небоскреб

Барон: В моем перевернутом небоскребе чем ближе к центру Земли, тем меньше вес. А в центре Земли — вообще невесомость, потому что жилец, находящийся в центре Земли, будет притягиваться во все стороны одинаково!

Профессор: Я боюсь, что в центре Земли никакой невесомости не будет. Наоборот, тела будут иметь бесконечно большой вес.

Бизнесмен: Я точно знаю, что по мере спуска под землю вес тел увеличивается.

Инженер: Сколько же времени понадобится, чтобы спуститься на нижний этаж?

Почему в центре Земли тела невесомы?

Прежде всего, попытаемся понять идею барона: он утверждает, что в центре Земли жилец будет притягиваться во все стороны одинаково, и поэтому будет находиться в состоянии невесомости. Чтобы эта мысль была более понятной, рассмотрим ситуацию, когда точечная масса m находится в центре кольца, состоящего из большого числа точечных масс M (рис. 6.1).

Ясно, что каждые две противоположно лежащие массы M тянут жильца в противоположные стороны с одинаковыми по величине силами . Поэтому равнодействующая всех сил, приложенных к точечной массе m, равна нулю.

В аналогичной ситуации будет жилец, находящийся в центре Земли.

Почему же Профессор опасается, что вес жильца в центре Земли будет бесконечно большим? Он просто вспомнил формулу закона всемирного тяготения из школьного учебника: , где m и M — массы тел, а R — расстояние между ними. Он решил, что поскольку в центре Земли расстояние между жильцом и Землей равно нулю, то получается, что

Профессор забыл, что закон всемирного тяготения справедлив только для точечных масс, то есть тел, размерами которых в условиях данной задачи можно пренебречь по сравнению с расстояниями между ними. Такое приближение, например, вполне допустимо при расчетах движения планет вокруг Солнца, но в условиях нашей задачи считать Землю точечной массой, конечно же, нельзя!

Как будет изменяться вес тела по мере приближения к центру Земли?

Бизнесмен утверждает, что по мере погружения вглубь Земли вес тела будет возрастать, а барон, напротив, судя по приведенному на плакате рисунку, полагает, что чем глубже под землей находится жилец, тем меньше он весит. Кто же из них прав? Правы оба! Действительно, при погружении на глубину до 2000 км, вес тела возрастает, при дальнейшем погружении — убывает, и в центре Земли становится равным нулю!

Разберемся с этим вопросом подробнее.

Какой вес имеет тело, находящееся внутри сферической оболочки?

Пусть точечная масса m находится в точке O’ внутри сферической оболочки радиусом R (рис. 6.2) и пусть масса единицы площади поверхности сферы равна ρ.

Докажем, что равнодействующая всех гравитационных сил, действующих на точечную массу m со стороны сферы, равна нулю.

1. Построим две узких конических поверхности с малым углом раствора α и с общей вершиной в точке O’, как показано на рис. 6.3. Эти конические поверхности «вырежут» на сфере кусочки поверхности, которые можно приближенно считать плоскими, что вполне допустимо, если угол α очень мал.

2. Площади вырезанных на сфере «кусочков» S1 и S2 пропорциональны квадратам их «диаметров» — отрезков AB и CD. Пусть AB = k·CD, тогда S1 = k 2 ·S2, для масс вырезанных кусочков действует то же самое соотношение: m1 = k 2 ·m2

3. Рассмотрим углы ABC и ADC. Они равны, как вписанные в окружность и опирающиеся на общую дугу АС, поэтому обозначим их одной буквой φ.

4. Два угла (α и φ) треугольника O’AB равны двум углам треугольника O’DC , следовательно, эти треугольники подобны. Из подобия треугольников следует, что если R1, R2 — расстояния от тела до центров масс соответствующих кусочков сферы, то R1 = k·R2.

5. Найдем соотношение сил, действующих на тело массой m, находящееся в точке O’, со стороны тел массами m1 и m2, которые можно считать точечными (поскольку их размеры очень малы).

То есть F1 = F2, а значит, равнодействующая этих сил равна нулю.

6. Но ведь всю поверхность сферы можно разбить на такие пары противоположно лежащих «кусочков», и каждая такая пара даст равнодействующую, равную нулю.

Это значит, что суммарная сила, действующая со стороны сферы на точечную массу m, равна нулю. То есть сфера вообще не действует на точечную массу, расположенную внутри нее, в каком бы месте эта точечная масса ни находилась (совершенно необязательно, чтобы она находилась в центре сферы!).

Какой вес имеет тело, находящееся внутри шарового слоя?

Теперь от тонкой сферы перейдем к шаровому слою конечной толщины. Пусть точечная масса m теперь находится внутри шарового слоя (рис 6.4).

Ясно, что шаровой слой конечной толщины можно разбить на множество очень тонких концентрических шаровых слоев очень малой толщины — практически сфер. А каждая такая сфера, как мы только что выяснили, не оказывает воздействия на расположенную внутри нее точечную массу. Стало быть, и шаровой слой никак не будет действовать на точечную массу, находящуюся внутри него.

Точечная масса внутри однородного шара

А теперь перейдем к более сложному случаю: пусть точечная масса m находится внутри однородного шара радиусом R и плотностью ρ на расстоянии r от центра шара (рис. 6.5). Внешняя для точечной массы часть шара — наружный шаровой слой, — как мы только что доказали, на точечную массу действовать не будет, а внутренняя часть большого шара (малый шар радиусом r) будет притягивать нашу точечную массу с силой , где М = — масса малого шара. Подставляя значение М в формулу для F, получим:

То есть сила тяжести прямо пропорциональна расстоянию до центра шара. Ясно, что если r = 0, то F = 0.

Значит, если бы Земля была однородным шаром, то вес тела действительно постепенно уменьшался с глубиной, и барон Мюнхаузен был бы абсолютно прав. Но на самом деле Земля не является однородным шаром: ее плотность с глубиной изменяется — а именно, увеличивается.

При погружении в шахту на величину силы тяжести оказывают действие два фактора: с одной стороны, уменьшается расстояние до центра Земли, поэтому сила тяготения увеличивается:

а с другой стороны, уменьшается масса «малого» шара, находящегося под погружаемым телом:

Вопрос в том, какой фактор окажет большее влияние на величину силы тяжести. Разберем два крайних случая.

1. Пусть шаровой слой над точечной массой m (см. рис. 6.5) имеет ничтожно малую плотность (ρ → 0), тогда масса «малого» шара радиусом r точно такая же, как и масса «большого» шара радиусом R. Тогда сила тяжести на расстоянии r 2 . Тогда время, за которое лифт преодолеет этот участок пути, равно

Ясно, что такое же время потребуется на торможение. Всего, стало быть, 800 + 800 = 1600 с ≈ 27 минут. Это уже вполне приемлемо!

Правда, при таком режиме движения первую половину пути пассажиры будут находиться в невесомости, а на второй половине они будут испытывать небольшие перегрузки. Но если в этом доме предполагается поселить, главным образом, космонавтов, то подобные ежедневные тренировки пойдут им только на пользу!

В заключение отметим еще одну трудность практической реализации проекта: дом должен быть абсолютно герметичным, во-первых, и очень прочным, во-вторых, так как атмосферное давление в центре Земли будет просто чудовищным!

Прикинем, каким будет давление воздуха в шахте глубиной «всего лишь» 100 км. (Заметим, что самые глубокие современные скважины не превышают пока 12 км.) Будем исходить из того, что на поверхности Земли атмосферное давление равно 100 000 Па, а плотность воздуха равна 1,29 кг/м 3 и не меняется с глубиной (на самом деле, плотность с глубиной, конечно, возрастает, поэтому наша оценка будет заниженной).

Тогда искомое давление будет равно:

p = pa + ρgh ≈ 100000 Па + 1,29 кг/м 3 · 9,8 м/c 2 · 100000 м = 1364200 Па ≈ 13,6 атм.

Такое же давление под водой на глубине 136 м! А ведь речь пока идет только о глубине в 100 км, а центр Земли находится на глубине 6400 км!

О трудностях, связанных с тем, что глубоко под Землей, мягко скажем, жарковато, мы распространяться не будем. Возможно, кто-то предложит принцип охлаждения перевернутого небоскреба?

20 интересных фактов о гравитации – самой загадочной силе Вселенной

Гравитация – фундаментальная сила, которая воздействует на физические объекты вблизи Земли. Как много вы знаете о ней?

Людям потребовалось не одно тысячелетие, чтобы понять, как работает сила тяготения (закон Ньютона), что она собой представляет, реально ли ее контролировать?

И по сей день наши знания скромны, хотя и позволяют бороздить космические пространства. Готовы узнать больше об одном из самых загадочных явлений?

1. С латинского «гравитация» переводится как «тяжесть».

Это одна из 4-х основополагающих сил в физике, помимо электромагнитной, сильной и слабой ядерной. А еще она самая малозначимая в этой цепочке.

2. Именно сила тяжести контролирует максимальную высоту гор на Земле.

Последние не могут подняться выше 15 км, так как рискуют разрушиться под собственной массой. Кстати, вес человека и других объектов тоже определяет гравитация.

3. Сила тяжести Марса составляет всего 38% от земной силы тяжести, значит, 80-килограммовый человек на Красной планете будет весить каких-то 30 кг.

Разве это не отличный повод для колонизации?

4. Какой бы массы не были объекты (10 или 100 кг), они будут падать на Землю с одинаковой скоростью, поскольку гравитация связана не с весом, а с формой тела.

5. Если вы думаете, что на Луне гравитация слишком слабая, поэтому предметы падают медленнее, чем на Земле, – вы ошибаетесь, все наоборот!

Причина кроется в отсутствии атмосферы – из формулы исключается сопротивление воздуха.

6. Возвращаясь на Землю, многие космонавты не только учатся заново ходить, они напрочь забывают о гравитации!

Поэтому в первые недели акклиматизации спокойно отпускают предметы на весу, забывая, что те могут разбиться.

7. В теории человеческая раса не способна освоить планеты, сила тяжести которых превосходит земную более чем в три раза.

Наши организм не выдержит такого давления, все его функции будут нарушены, что приведет к мучительной смерти.

8. Жизнь без гравитации опасна: в условиях невесомости тело человека стремительно теряет кальций, что делает его кости ломкими и слабыми.

Вот почему космонавтам на МКС приходится соблюдать строгую диету и постоянно тренироваться.

9. В космосе тело человека растет, причина тому – выпрямление позвоночника из-за отсутствия гравитации.

Кстати, именно поэтому марсиане должны быть выше землян – там нет давления силы тяжести. С другой стороны, чем выраженнее гравитация, тем физически сильнее обитатели планеты.

10. Многие земные бактерии в космосе становятся гораздо агрессивнее.

Почему? Чем меньше сила тяжести, тем быстрее прогрессирует болезнь, поэтому астронавты должны быть исключительно здоровыми людьми.

11. При отсутствии гравитации пауки плетут паутину, по форме напоминающую шар.

12. Пламя свечи в невесомости тоже имеет форму сферы, при этом огонь выдает не желтое, а синее свечение.

13. Во Вселенной существуют участки, где сила тяготения искажена, ученые называют их «гравитационными линзами космоса».

Подобная аномалия помогает подробнее изучать самые отдаленные уголки Галактики, многократно увеличивая зону видимости.

14. По предположению астрофизиков, в центре Млечного Пути находится огромная черная дыра, масса которой превосходит массу солнца в сотни миллионов раз.

Эта самая дыра создает сильнейшую гравитацию в Галактике, которую обязательно нужно учитывать при космических расчетах.

15. Гравитация черных дыр настолько мощная, что поглощает все живое, даже свет.

16. Каждый объект во Вселенной – кометы, звезды, планеты — имеет свою силу гравитации, которая обязательно взаимодействует с другими объектами.

Вот почему даже в невесомости сила тяжести всегда присутствует, хотя ее значениями можно пренебречь.

17. На нашей планете сила тяжести распределяется неравномерно из-за того, что Земля постоянно вращается, имеет неоднородную поверхность и разную высоту материков.

А так как полюса Земли сплюснуты, сила гравитации в этих зонах тоже ощутимее, чем на экваторе.

18. Самый низкий показатель гравитации на Земле находится в районе Гудзонова залива.

Подобная аномалия объясняется таянием ледников, которые деформируют земную кору и сдвигают ее массу.

19. Еще один забавный факт: из-за силы тяжести наш мочевой пузырь чувствует куда большее давление на стенки, чем если бы мы летали в невесомости.

Вот почему мы хотим в туалет даже тогда, когда он заполнен всего на треть. Для примера – в космосе астронавты не испытывают нужды, пока их мочевой не переполнится до краев.

20. Кстати, в связи с низкой гравитацией на МКС запрещено пить газированные напитки.

Невесомость меняет принцип распределения газов в желудке, отчего стакан колы может спровоцировать мокрую отрыжку и даже рвоту, и все это месиво будет возвращаться обратно в пищевод. Согласитесь, таких экспериментов никому не пожелаешь.

6 способов ощутить невесомость на Земле

Индустрия космического туризма оценивается в сотни миллионов долларов и связана с множеством нюансов: после внесения оплаты надо встать в многолетнюю очередь из желающих, а потом долго готовиться к полету. Впрочем, состояние невесомости — главное космическое ощущение — можно испытать гораздо быстрее и дешевле. И главное — не покидая пределов Земли.

Конечно, испытать длительную невесомость — такую, какую испытывают космонавты на орбите — в земных условиях, само собой, не получится. А вот так называемая кратковременная невесомость совсем другое дело. В основном подобные услуги предоставляют в Звездном городке, в Центре подготовки космонавтов (ЦПК). Чтобы ненадолго испытать невесомость на Земле, надо быть старше 21 года. Минимум за полтора месяца необходимо записаться в очередь, подробнейшим образом заполнить анкету (будто в налоговой), указав все данны е о семье, работе и здоровье (все это местная служба безопасности потом проверит). Потом кандидатам предстоит пройти медкомиссию в районной поликлинике и предоставить в ЦПК небезызвестную справку по форме №86 о том, что у вас нет никаких проблем с сердцем и сосудами. Помимо этого врачи ЦПК проведут повторный осмотр, по окончании которого они могут не допустить кандидата до своих «аттракционов», однако деньги за подобную экскурсию уже не вернут.

Вполне естественно, что помимо Звездного городка существуют и другие способы испытать невесомость и близкие к ней ощущения. Forbes предлагает вашему вниманию 6 разных вариантов.

Когда-то в одном из помещений ЦПК была построена специальная центрифуга весом 300 т и диаметром 18 м. Используется она для моделирования перегрузок в земных условиях и, в частности, позволяет испытать физиологическую невесомость. Желающего попробовать силу 300-тонной центрифуги одевают в глухой скафандр, затем сажают в специальное кресло, к которому сначала подключают многочисленные датчики. Полностью снаряженное кресло с усаженным в него добровольцем подвозят к центрифуге и, закатив внутрь, включают двигатель. Вращение на центрифуге длится три минуты, невесомость в данном случае достигается за счет перераспределения жидкости в организме. Все три минуты за показаниями датчиков будут наблюдать врачи и инструктор. Но есть и аварийный способ предупредить о невыносимости перегрузок: внутри центрифуги человек должен крепко держаться за специальный рычаг. Если его отпустить, медики и специалисты получат экстренный сигнал о том, что человек потерял сознание, и сразу отключат центрифугу.

Подробнее: www.gctc.ru

Стоимость услуги: 55 000 рублей с человека

Тел.: 526 38 42, 526 38 79, 526 78 55

В этом году исполняется тридцать лет с тех пор, как в гидролаборатории Звездного городка начали тренировать космонавтов перед полетами. Лаборатория представляет собой огромный бассейн длиной 23 м и 12 м в глубину, на дне которого установлен макет МКС. Именно на нем космонавты тренируются перед тем, как первый раз выйти в открытый космос. Как и в других аттракционах ЦПК, все желающие проходят обязательную медкомиссию, затем прослушивают теоретическую лекцию, а уже после — и это занимает не менее получаса — надевают сложноустроенный, тяжелый и крайне неповоротливый скафандр, оснащенный специальными свинцовыми грузами (все вместе весит около 200 кг). И только затем с помощью крана добровольцев аккуратно погружают на дно. Погружение проходит с инструктором, который попутно дает задание перенести какую-нибудь деталь макета под водой с одного места на другое. Именно на максимальной глубине и появляется ощущение невесомости — сродни тому, которое испытывает космонавт, работающий в открытом космосе. Весь процесс длится четыре часа; под водой человек проводит два. Внимание: до июня заказы не принимаются.

Подробнее: www.gctc.ru

Стоимость услуги: 182 000 рублей с человека

Тел.: 526 38 42, 526 38 79, 526 78 55

Еще один способ испытать невесомость — принять участие в полете на МиГ-29. Во время выполнения фигур высшего пилотажа те, кто находится в кабине, испытывают невесомость, правда, буквально несколько секунд. Подобные полеты для гражданских лиц организовывают в Нижнем Новгороде. Занимает мероприятие весь день и начинается рано утром: приезжать и заселяться в гостиницу рекомендуется накануне. В этом случае в гостиницу приедет инструктор и расскажет о предстоящей программе. Записываться необходимо за полтора месяца, чтобы служба безопасности успела проверить, не шпион ли новоприбывший. Всем желающим, кто был признан честным гражданином, предлагается выбрать одну из трех возможных программ: полет в тропосфере на высоте 12 км, на высоте 18 км и полет в стратосфере на высоте 21 км. В последнем случае из иллюминатора с одной стороны будет видно звездное небо, а с другой стороны — округлый контур Земли. В зависимости от высоты полеты длятся от 25 до 50 минут. Перед полетом все проходят беглый медосмотр: врачи проверяют давление и пульс.

Стоимость услуги: полет на высоте 12 км — 380 000 руб./чел.; полет на высоте 18 км — 480 000 руб./чел.; полет на высоте 21 км — 595 000 руб./чел.

Тел.: 645 07 02

Хотя может показаться, что монополия на настоящую космическую невесомость всецело принадлежит Звездному городку, есть еще один способ приобщиться к будням космонавтов — совершить полет на Ил-76, советском военно-транспортном самолете. Все правила Центра подготовки космонавтов действуют и здесь: тщательный медосмотр, а затем уже предполетная подготовка. Один полет длится до полутора часов, и за это время, как говорят организаторы, «выполняется до десяти режимов невесомости» по 25 с каждая. Невесомость застает 15 смельчаков на борту во время полета по так называемой кривой Кеплера. Как утверждают организаторы, туристы могут заказать видеосъемку на борту, но здесь стоит быть готовым к некоторым казусам — многих с непривычки тошнит. Внимание: полеты временно приостановлены, но в скором времени их обещают возобновить.

Подробнее: www.gctc.ru

Стоимость услуги: 1 800 000 на группу из 15 человек

Аэротруба позволяет ощутить себя воздухоплавателем: воздушный поток подхватывает человека и подвешивает в воздухе, подбрасывая в разные стороны. Ощущения эти, конечно, не являются невесомостью в строгом смысле слова, однако аэротруба позволяет парить на высоте до 10 м при ширине потока 4 м. Главный плюс аэротрубы по сравнению со всеми приведенными выше способами — это относительная дешевизна и отсутствие медкомиссий. Плюс ко всему это совершенно безопасно. Многие парашютисты, к примеру, тренируются именно в аэротрубах. В зоне полета все стены имеют мягкую обивку, здесь нет твердых предметов, а специальная защитная сетка смягчает падение после выключения двигателя. Вдобавок рядом всегда находится опытный инструктор, который каждую минуту контролирует полет. Рекомендованная продолжительность полета для девушки составляет пять минут; для мужчины — до десяти. В аэротрубе могут летать даже дети (от 5 лет), потому что для этого не требуется быть атлетом с заниженным порогом самосохранения. Согласно распорядку, желающие обязаны внимательно выслушать инструктора, который подробно расскажет, как держаться в воздушном потоке. Далее предстоит одеться в специальный комбинезон, надеть шлем, затем небольшая тренировка и — в полет! Внимание: скорость ветра в аэротрубе достигает 200 км/ч.

Стоимость услуги: 4 минуты — 3500 рублей с человека; 10 минут — 6500 рублей

Еще одна возможность оказаться в условной невесомости — это полежать час-другой в камере сенсорной депривации (флоат-камере). Клиентам обещают, что «плавучесть, которую тело обретает благодаря раствору соли, сводит к нулю воздействие гравитации, подводя человека вплотную к переживанию полной невесомости». Флоат-камера, глубина которой около 30 см, чуть шире двуспальной кровати; в ней содержится водный раствор, приготовленный из 400 кг соли. С помощью термостата поддерживается постоянная температура — около 35 градусов по Цельсию. Считается, что это оптимальный температурный режим, при котором большинство людей не чувствуют тепла или холода и быстро перестают ощущать соприкосновение воды с телом. Внутри флоат-камеры человек оказывается изолированным от внешних раздражителей: в нее не проникают ни звуки, ни свет, ни запахи.

Экскурсия в космос: как работает невесомость?

Мы часто видели фотографии астронавтов, плавающих, например, внутри Международной космической станции. Да что там говорить — фильм «Гравитация» не просто так «Оскара» получил. Свидетельства того, что существуют места, в которых притяжение отсутствует как таковое, можно найти везде. Но хотя невесомость выглядит забавно, и каждый из нас наверняка не отказался бы от возможности испытать ее на себе, тело человека относится к этому не очень хорошо. Голова гудит, а ножные мышцы сокращаются. В долгосрочной перспективе мышцы слабеют, а кости становятся хрупкими. Эти эффекты могут причинить серьезный ущерб вашему телу, особенно если вы отправитесь в долгий полет на Марс.

Стивен Хокинг в невесомости

В этой статье мы отвезем вас на борт Международной космической станции и расскажем, что невесомость делает с вашим телом, какие изменения могут произойти, и что нужно делать, чтобы предотвратить или обратить вспять эти побочные эффекты.

Знакомьтесь: микрогравитация

Представьте себе, что вы одеты в скафандр и лежите на спине в летной кабине космического аппарата. Вы лежите на спине в течение нескольких часов, пока пилоты и центр управления полетами готовятся к запуску. Обычно, когда вы стоите прямо, сила тяжести тянет кровь вниз, поэтому целые бассейны ее собираются у вас в ногах. Однако, поскольку вы лежите на спине, кровь по-разному распределяется в вашем теле, в том числе накапливаясь и в голове, поскольку ваши ноги подняты. В голове немного тяжеловато, словно вы только что проснулись.

Ракетные двигатели зажигаются и вы чувствуете ускорение. Вас вдавливает в кресло, поскольку аппарат взлетает. Сила тяжести вместе с увеличением скорости корабля увеличивается в три раза (на некоторых американских горках можно испытать такой уровень ускорения). Ваша грудь сжимается, дышать становится немного трудно. Спустя восемь с половиной минут вы оказываетесь в космосе и начинаете испытывать совершенно другое ощущение: невесомость.

Вода в невесомости

Правильный термин для невесомости — микрогравитация. Вы не невесомы, поскольку земная гравитация удерживает вас и летательный аппарат на орбите. Вы находитесь в состоянии свободного падения, словно только что прыгнули с самолета, за исключением того, что падаете горизонтально и никогда не упадете. Допустим, вы стоите на весах, и они показывают ваш вес, поскольку гравитация тянет вниз и вас, и весы. Поскольку весы находятся на земле, они отталкиваются вверх с равнозначной силой — и эта сила и есть ваш вес. Но если вы прыгнете со скалы, стоя на весах, и вы, и весы будете притягиваться гравитацией. Вы не будете давить на весы, и они не будут давить на вас. Ваш вес будет нулевым. Таков закон Ньютона.

Поскольку космический аппарат и все объекты в нем падают с одной скоростью — все, что не закреплено, плавает. Если у вас длинные волосы — они будут плавать вокруг лица. Если вы выльете воду из стакана — она соберется в большую сферическую каплю, которую можно будет разбить на меньшие капли. Галушки и конфеты сами будут заплывать вам в рот, если вы подтолкнете их по нужной траектории. Сидя в кресле, вы не будете знать, что сидите, поскольку ваше тело не будет давить на кресло. Если вы не будете держаться — вы уплывете. Более того, если вы не будете держаться за стену или пол рукой или ногой — вы не сможете сдвинуться с места — не от чего оттолкнуться. По этой причине в любом космическом аппарате всегда много поручней для рук и ног.

Какова микрогравитация на вкус?

Когда вы впервые окажетесь в состоянии невесомости, вы почувствуете следующее:

Чем дольше вы будете оставаться в условиях микрогравитации, тем слабее будут ваши мышцы и кости. Эти ощущения будут вызваны различными изменениями в системах вашего организма. Давайте подробно рассмотрим, как тело реагирует на невесомость.

Космическая болезнь

Вода в невесомости

Тошнота и дезориентация, которая на вкус как сосущее чувство в желудке, когда автомобиль «летит» вниз по трассе или вас подхватывает на карусели. Только на борту корабля это чувство будет длиться несколько дней. Это чувство космической болезни, слабость моторики, когда ваш мозг получает противоречивую информацию от вестибулярных органов, расположенных в вашем внутреннем ухе. Ваши глаза видят, куда двигаться вверх и вниз в корабле, но ваша вестибулярная система полагается на силу тяжести, определяя направления, что не работает в невесомости. Поэтому ваши глаза могут говорить мозгу, что вы движетесь сверху вниз, но мозг этого не поймет. Это вызывает дезориентацию и тошноту, что может привести к потере аппетита и рвоте. К счастью, спустя несколько дней мозг адаптируется и начнет реагировать исключительно на визуальные сигналы. Таблетки тоже помогут.

Одутловатое лицо и куриные лапки

В условиях микрогравитации ваше лицо будет одутловатым, а пазухи — перегруженными, что вызовет головную боль и нарушение моторики. На Земле это можно почувствовать, если стоять вверх ногами — кровь приливает к голове.

На Земле гравитация притягивает вашу кровь, в результате чего значительные ее объемы скапливаются в венах ног. Как только вы окажетесь в условиях микрогравитации, кровь сдвинется из ваших ног в грудь и голову. Лицо опухнет, а ноги, наоборот, уменьшатся в размерах.

Когда кровь переходит в грудь, сердце увеличивается в размерах и качает больше крови с каждым ударом. Почки отвечают на этот увеличенный кровоток производством большего количества мочи, будто вы выпили большой стакан воды. Кроме того, увеличение кровотока снижает уровень секреции гипофизом антидиуретического гормона (АДГ), что уменьшает жажду. Вы не будете хотеть пить столько же воды, сколько на Земле. В совокупности эти два фактора помогут вашей груди и голове избавиться от лишней жидкости за несколько дней, а поток жидкости вашего тела нормализуется (для космических условий). По возвращении на Землю, вы будете больше пить и чувствовать усталость, но это пройдет.

Космическая анемия

По мере того, как ваши почки выводят лишнюю жидкость, они также уменьшают секрецию эритропоэтина — гормона, стимулирующего производство красных кровяных тел клетками костного мозга. Снижение производства красных кровяных клеток сопровождается уменьшением объема плазмы, поэтому гематокрит (процент объема крови, занимаемого красными кровяными телами) такой же, как на Земле. По возвращении на Землю, ваш уровень эритропоэтина будет расти, так же как и количество красных кровяных тел.

Слабые мышцы

Когда вы находитесь в условиях микрогравитации, ваше тело принимает позу «зародыша»: вы немного сгибаетесь, ваши руки и ноги также принимают полусогнутое состояние. В таком положении вы не используете многие мышцы, особенно те, которые помогают вам поддерживать осанку (антигравитационные мышцы). По мере пребывания на борту МКС, ваши мышцы меняются. Их масса уменьшается, что приводит к «куриным лапкам». Ваше тело больше не нуждается в мышцах, которые медленно сокращаются, вроде тех, что используются в положении стоя. Нужны быстро сокращающиеся волокна, чтобы быстрее передвигаться по станции. Чем больше вы остаетесь на МКС, тем меньше у вас будет мышечной массы. Потеря мышечной массы ослабляет вас, и это, между прочим, является серьезной проблемой для длительных полетов, особенно после возвращения на Землю.

Остеопсатироз

На Земле ваши кости поддерживают вес вашего тела. Размер и масса костей тщательно сбалансированы. В условиях микрогравитации вашим костям больше не нужно поддерживать ваше тело, поэтому все ваши кости, особенно несущие, в районе бедер, ляжек и нижней части спины, используются меньше, чем на Земле. Размер и масса костей в невесомости уменьшаются примерно на 1% в месяц. В результате по возвращении на Землю они просто могут разрушиться. Неизвестно, каков процент восстанавливаемых костей после возвращения на Землю, но он точно не равен 100. Именно эта проблема вносит ограничения на время пребывания в космосе.

В дополнение к слабым костям, концентрация кальция в крови приводит к болезни почек, которым нужно этот избыточный кальций выводить. Могут образоваться камни в почках.

Контрмеры

Волосы в невесомости

Что можно сделать, чтобы облегчить пребывание в условиях микрогравитации? Что касается неодушевленных вещей, каждый объект на станции или корабле должен храниться в шкафу, быть привязан или крепиться к стене липучкой.

К примеру, если вы едите в условиях невесомости, вы должны прочно стоять на ногах в аппарате, а ваш поднос с едой должен быть прикреплен к вам ремешком. Как вы знаете, еда обычно хранится в тюбиках и представляет собой полужидкую массу, какой-нибудь рис или паштет, который можно легко выдавить из тюбика, и он не уплывет. Портативное оборудование, вроде ноутбука, также привязывается к вам или к стене корабля.

Давайте вспомним, что на борту МКС наше тело подвергается в основном трем изменениям: потеря жидкости, потеря мышечной ткани и потеря костной массы. Что же нужно делать, чтобы минимизировать эти потери?

Потеря жидкости

Одна из контрмер при потере жидкости — это устройство, которое называется «отрицательное давление нижнего тела» (ОДНТ), которое работает как пылесос пониже вашей талии, удерживая жидкость в ногах. Это устройство можно прикрепить к тренажеру, например, к беговой дорожке. Раз в день можно упражняться с ОДНТ по 30 минут, поддерживая сердечно-сосудистую систему в близком к земному состоянии.

Кроме того, до возвращения на Землю, можно выпить большое количество воды или раствор электролита, чтобы помочь восстановить потерянную жидкость в теле. Это предупредит обморок после выхода из космического корабля.

Уменьшение мышц и костей

NASA и Роскосмос выяснили, что лучший способ свести к минимуму потери мышечной и костной массы в космосе — это постоянные тренировки. Они тренируют мышцы, предотвращают их деградацию и создают нагрузку на кости, имитируя вес. Каждый день по два часа на разных тренажерах в особых ремешках — и вы сможете минимизировать потери мышечной и костной масс.

Тем не менее, ученые признают, что нужно больше исследований для выявления качественных контрмер. Причем как на борту МКС, так и на Земле, как с помощью людей, так и животных. Результаты исследований могут проложить дорогу к длительным поездкам, например, на Марс.

Как имитировать микрогравитацию на Земле?

Есть несколько человеческих и животных моделей для моделирования и изучения микрогравитации на Земле.

Наклон головы

Человек ложится на кровать, наклоняя голову вниз примерно на 5 градусов от горизонтальной линии. Наклон воспроизводит смещение жидкостей в организме, возникающее в условиях гравитации. Кроме того, не используются несущие кости и мышцы, тем самым вызывая атрофию.

Погружение в бассейн

Помещение предмета в теплый бассейн с водой на длительный период времени. Плавучесть воды перераспределяет жидкости в организме и облегчает несущие кости и мышцы, создавая условиях микрогравитации.

Подвешенные за хвост крысы

Крысы подвешиваются за хвосты в клетках на длительные периоды времени. Такое положение провоцирует смещение жидкостей и бездействие задних конечностей, что приводит к ухудшению мышц и костей.

Искусственная микрогравитация

Полет на самолете, который летит по параболической траектории вверх и вниз, создавая 30-секундные периоды микрогравитации при каждом пике. NASA использует эту технику при подготовке космонавтов, а также дает возможность испытать это ощущение всем желающим.

сериал ментовские войны когда выйдет продолжение

смотреть новые серии ментовские войны 12 сезон

смотреть тачки 4 трейлер

Ссылка на основную публикацию
×
×
Adblock
detector