Почему в космосе нет гравитации
Перейти к содержимому

Почему в космосе нет гравитации

  • автор:

В космосе нет гравитации: так ли это на самом деле

Есть ли в космосе гравитация

Часто в новостях или в сети можно увидеть астронавтов на орбите. Они легко делают акробатические трюки, летают и крутятся вокруг собственной оси. Это объясняют тем, что в космосе нулевая гравитация. Так ли это на самом деле? Читайте на Техно24.

Поделиться

Ответ на этот вопрос однозначен – нет, в космосе есть гравитация. Где бы вы ни оказались – на борту Международной космической станции, возле Плутона или за пределами Галактики – гравитация вас не покинет. Почему МКС не падает на Землю?

МКС

Новогодняя трапеза в 61-й экспедиции МКС / Фото NASA

Почему Международная космическая станция не падает на Землю

На самом деле она постоянно падает на Землю. Но из-за высокой скорости движения постоянно промазывает.

Разбираемся, почему так происходит

  • Если вы бросите камень, то он упадет на Землю под действием гравитации.
  • Но если вы очень сильный и сможете кинуть камень с большей скоростью, то он пролетит гораздо дальше.
  • А если вы Геркулес, то сможете бросить его еще сильнее. Но камень не полетит прямо. На него будет действовать гравитация Земли, поэтому его траектория движения будет постоянно наклоняться, повторяя очертание земного шара. В конечном итоге булыжник пролетит через половину планеты и упадет.
  • И если вы сильнее Геркулеса, то бросили камень с такой силой, что придали ему скорость 7,9 километра в секунду. Такая скорость называется первой космической. Камень полетел и сразу начал падать, огибая земной шар. Но поскольку скорость его очень высока, он никогда на нее не упадет.

Эта аналогия с камнем справедлива только тогда, если объект находится в космосе. Чем ближе к земной поверхности – тем плотнее атмосфера, которая не позволит ни камню, ни Международной космической станции двигаться с высокой скоростью долго. На высоте орбиты МКС плотность атмосферы почти не ощутима, поэтому станция летает там, почти не задействуя двигатели.

Хотя на высоте 400 километров над Землей плотность атмосферы очень низкая, и все же этого хватает, чтобы постоянно снижать скорость движения МКС. Поэтому периодически Международная космическая станция задействует двигатели для того, чтобы разогнаться и не упасть на Землю.

Экипаж станции постоянно находится в состоянии свободного падения, что мы называем невесомостью. Такого состояния можно достичь и на Земле. Для этого используют специальные самолеты.

Невесомость в самолете: смотреть видео онлайн

Насколько слабее гравитация на высоте орбиты Международной космической станции

Сила гравитационного притяжения между двумя телами прямо пропорциональна произведению их масс и обратно пропорциональна расстоянию между ними. Проще говоря, на высоте 400 километров земная гравитация на 10% слабее гравитации на поверхности планеты.

Если бы мы построили башню высотой 400 километров, то на ее верхушке человек весом 100 килограммов весил бы 90 килограммов. И если бы человек прыгнул с нее, то упал бы на Землю, а не полетел, как МКС. Ведь скорость движения МКС – 7,9 километра в секунду.

Что с нами произойдет, если исчезнет гравитация?

Парящая женщина

Гравитация — точнее, открытые недавно гравитационные волны — сейчас у многих на устах.

Всем нам известно действие гравитации, или силы притяжения. Ее действие можно испытать на себе, просто подпрыгнув. Увы, тех из нас, кого прельщает карьера Супермена, ждет разочарование: каждый прыжок неизменно заканчивается возвращением на землю.

Но что произошло бы, если бы силу притяжения можно было «отключить»?

Законы физики неумолимы — такого просто не может произойти. Что не мешает людям рассматривать подобную ситуацию в теории.

Предлагаем вам наиболее вероятный сценарий развития событий, основанный на предположениях ряда ученых.

Физик Джей Баки, в прошлом — астронавт НАСА, рассказывает о влиянии отсутствия гравитации на человеческий организм в короткой видеолекции (доступны субтитры на русском языке) в рамках образовательного проекта Ted-Ed.

Сила привычки

По словам Баки, наш организм адаптирован к силе земного притяжения. Если человек определенное время проводит в условиях измененной силы тяжести — например, на борту космической станции, — его организм начинает изменяться.

Падение жокея во время скачек

Общеизвестно, что члены экипажей космических кораблей за время экспедиции теряют костную массу и мышечный тонус. Изменениям подвергается и чувство равновесия.

Отсутствие гравитации влечет за собой и другие проблемы, объясняет доктор Кевин Фонг на страницах журнала Wired. По не вполне понятной ученым причине, количество эритроцитов в организме падает, что приводит к так называемой космической анемии.

Раны заживают дольше, иммунитет организма падает. В условиях слабой или отсутствующей силы притяжения наблюдаются также проблемы со сном. И все это происходит лишь после короткого времени, проведенного в космосе.

«А что бы произошло, если бы мы выросли в отсутствие гравитации? — спрашивает Баки. — Как бы развивались части нашего организма, зависящие от силы притяжения — такие как мышцы, вестибулярный аппарат, сердце и кровеносные сосуды?»

Можно смело предположить, что в таком случае человеческое тело эволюционировало бы по-иному.

Тренировка астронавтов

Баки упоминает эксперимент, в котором новорожденному котенку закрыли один глаз повязкой. Когда через несколько недель повязку сняли, оказалось, что этим глазом животное не видит.

Хотя само по себе глазное яблоко было физически абсолютно нормальным, связь его со зрительной корой головного мозга попросту не сформировалась, поскольку от глаза с самого начала не подавалась никакая визуальная информация. Очень наглядная иллюстрация поговорки «используй, или потеряешь».

Скорее всего, и другие органы нашего организма реагировали бы на отсутствие стимулов таким же образом.

Если бы не было гравитации, действие которой приходится компенсировать сердцу, мускулатуре и скелету, наши органы развивались бы совсем по-другому.

Однако в случае внезапного исчезновения силы тяжести долгосрочные последствия для организма были бы самой незначительной из наших проблем.

Все пропало?

Астроном Карен Мастерс из Портсмутского университета в Великобритании рассказывает в колонке Ask an Astronomer о том, какие физические явления произошли бы немедленно после исчезновения гравитации. Первая проблема, с которой столкнулось бы человечество, заключается в том, что Земля вращается с большой угловой скоростью. Представьте себе, что вы раскручиваете над головой бечевку с грузом на конце.

Падающая женщина

«Мгновенно «отключить» гравитацию — все равно что выпустить бечевку из рук, — пишет Мастерс. — Любые предметы, не прикрепленные к земной поверхности, продолжат движение по прямой и улетят прямо в космос».

Что с нами произойдет, если исчезнет гравитация?

невесомость

Гравитация — точнее, открытые недавно гравитационные волны — сейчас у многих на устах.

Всем нам известно действие гравитации, или силы притяжения. Ее действие можно испытать на себе, просто подпрыгнув. Увы, тех из нас, кого прельщает карьера Супермена, ждет разочарование: каждый прыжок неизменно заканчивается возвращением на землю.

Но что произошло бы, если бы силу притяжения можно было «отключить»?

Законы физики неумолимы — такого просто не может произойти. Что не мешает людям рассматривать подобную ситуацию в теории.

Вода

Предлагаем вам наиболее вероятный сценарий развития событий, основанный на предположениях ряда ученых.

Физик Джей Баки, в прошлом — астронавт НАСА, рассказывает о влиянии отсутствия гравитации на человеческий организм в короткой видеолекции (доступны субтитры на русском языке) в рамках образовательного проекта Ted-Ed.

Сила привычки

По словам Баки, наш организм адаптирован к силе земного притяжения. Если человек определенное время проводит в условиях измененной силы тяжести — например, на борту космической станции, — его организм начинает изменяться.

Общеизвестно, что члены экипажей космических кораблей за время экспедиции теряют костную массу и мышечный тонус. Изменениям подвергается и чувство равновесия.

Отсутствие гравитации влечет за собой и другие проблемы, объясняет доктор Кевин Фонг на страницах журнала Wired. По не вполне понятной ученым причине, количество эритроцитов в организме падает, что приводит к так называемой космической анемии.

Раны заживают дольше, иммунитет организма падает. В условиях слабой или отсутствующей силы притяжения наблюдаются также проблемы со сном. И все это происходит лишь после короткого времени, проведенного в космосе.

«А что бы произошло, если бы мы выросли в отсутствие гравитации? — спрашивает Баки. — Как бы развивались части нашего организма, зависящие от силы притяжения — такие как мышцы, вестибулярный аппарат, сердце и кровеносные сосуды?»

Можно смело предположить, что в таком случае человеческое тело эволюционировало бы по-иному.

Гравитация

Баки упоминает эксперимент, в котором новорожденному котенку закрыли один глаз повязкой. Когда через несколько недель повязку сняли, оказалось, что этим глазом животное не видит.

Хотя само по себе глазное яблоко было физически абсолютно нормальным, связь его со зрительной корой головного мозга попросту не сформировалась, поскольку от глаза с самого начала не подавалась никакая визуальная информация. Очень наглядная иллюстрация поговорки «используй, или потеряешь».

Скорее всего, и другие органы нашего организма реагировали бы на отсутствие стимулов таким же образом.

Если бы не было гравитации, действие которой приходится компенсировать сердцу, мускулатуре и скелету, наши органы развивались бы совсем по-другому.

Однако в случае внезапного исчезновения силы тяжести долгосрочные последствия для организма были бы самой незначительной из наших проблем.

Все пропало?

Астроном Карен Мастерс из Портсмутского университета в Великобритании рассказывает в колонке Ask an Astronomer о том, какие физические явления произошли бы немедленно после исчезновения гравитации. Первая проблема, с которой столкнулось бы человечество, заключается в том, что Земля вращается с большой угловой скоростью. Представьте себе, что вы раскручиваете над головой бечевку с грузом на конце.

Невесомость

«Мгновенно «отключить» гравитацию — все равно что выпустить бечевку из рук, — пишет Мастерс. — Любые предметы, не прикрепленные к земной поверхности, продолжат движение по прямой и улетят прямо в космос».

Тот, кто окажется в этот момент на улице, навсегда покинет Землю. Находящимся внутри помещений повезет больше, поскольку здания, как правило, настолько заглублены в грунт, что при исчезновении гравитации останутся на месте — по крайней мере, на какое-то время, пишет Мастерс.

Все остальное, не прикрепленное достаточно надежно к поверхности Земли, унесется в открытый космос. Одними из первых нас покинут атмосферный слой, а также вода в океанах, реках и озерах.

«Ну и, конечно, мы все умрем», — пишет Джолин Крейтон в колонке на научном портале Futurism.

Отсутствие силы притяжения в конечном счете разрушит саму планету, пишет Мастерс: «Скорее всего, Земля развалится на части, которые разлетятся в разные стороны».

Похожая участь постигла бы и Солнце, как показано на видео канала Discovery News. Без «скрепляющей» силы притяжения колоссальное давление в ядре нашего светила разнесло бы его на клочки материи.

Tо же самое произошло бы со всеми другими звездами во Вселенной. Однако из-за гигантских расстояний последний свет умирающих звезд достиг бы нас лишь через долгие годы.

В конечном счете не осталось бы ни звезд, ни планет. Вселенная представляла бы собой «бульон» из рассеянных атомов и молекул, неспособных соединяться в более крупные скопления материи.

Вселенная

Этот сценарий — повторим, исключительно гипотетический — показывает, насколько важным является наличие гравитации для Вселенной.

Гравитация — одно из четырех достоверно известных нам так называемых фундаментальных взаимодействий, объясняющих физические процессы во Вселенной.

Остальные три не менее важны. Без электромагнитного, сильного и слабого взаимодействий сами атомы распались бы на части.

Но гравитационное взаимодействие — единственное, чей эффект известен каждому из нас.

Наверное, именно по этой причине человечество настолько захватывают идеи наподобие антигравитации и такие научные достижения, как открытие гравитационных волн — даже если они никогда напрямую нас не затронут.

Прочитать оригинал этой статьи на английском вы можете на сайте BBC Earth.

Многие заблуждаются при ответе на этот вопрос: в чем 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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Невесомость

Невесомость
spaceref.com
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

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.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *