Dlaczego kosmonauci unoszą się na stacji kosmicznej? Czy nie działa tam grawitacja?

Obserwując astronautów, widzimy ich unoszących się swobodnie w kabinie. Nie jest to efektem braku grawitacji, lecz zjawiska mikrograwitacji.

Mikrograwitacja oznacza minimalne występowanie sił grawitacyjnych, zredukowanych przez działanie innych sił. Występuje w przestrzeni kosmicznej, powodując stan nieważkości. Skutkuje to tym, że ciężkie obiekty wydają się o wiele lżejsze – w środowisku mikrograwitacji jesteśmy w stanie bez problemu przemieszczać ciężkie obiekty zaledwie koniuszkiem palca.

Zacznijmy jednak od początku…

Jak działa grawitacja?

Grawitacja jest siłą, która przyciąga nas do ziemi, trzyma przy powierzchni, zabezpieczając przed „odfrunięciem”, podobnie jak w przypadku ziemskiej atmosfery.

Czy w kosmosie jest grawitacja?

Mimo iż wydaje się nam, że w przestrzeni kosmicznej nie ma grawitacji, słabe oddziaływania występują wszędzie. To siły grawitacji utrzymują księżyc na orbicie Ziemi, a Ziemię na orbicie Słońca. Siły przyciągania słabną w miarę oddalania się od siebie obiektów.

Statek kosmiczny może teoretycznie oddalić się na tyle od ziemi, że odczuwalibyśmy prawie zerową grawitację. Nie jest to jednak powód, dla którego obiekty lewitują na stacji kosmicznej. Stacja kosmiczna umieszczona jest zaledwie 320 do 400 kilometrów od powierzchni naszej planety, w miejscu, gdzie ziemska grawitacja jest dalej bardzo silna. Osoba ważąca 45 kg na ziemi, na międzynarodowej stacji kosmicznej ważyć będzie nieznacznie mniej – około 41 kg.

Dlaczego więc obiekty i astronauci lewitują?

Ponieważ znajdują się w stanie swobodnego spadku. Grawitacja przyciąga wszystkie obiekty z taką samą siłą, niezależnie od ich rozmiaru. Zrzucając w stronę ziemi stalowe kowadło i piórko, grawitacja przyciągnie je z taką samą prędkością.

Dlaczego więc w życiu obserwujemy coś zupełnie innego? Z powodu powietrza, które jako dodatkowy czynnik blokuje swobodny spadek, zmieniając tempo opadania przedmiotów. Gdyby jednak wyeliminować ten czynnik, obydwa obiekty dotarłyby na ziemię w tym samym momencie.

I właśnie to dzieje się z załogą statku kosmicznego – zarówno ludzie, jak i krążące wokół nich obiekty znajdują się w ciągłym swobodnym spadku w stronę ziemi.

Dlaczego więc stacja kosmiczna nie spada na ziemię?

Ziemska grawitacja ściąga obiekty ku swojej powierzchni. Oddziałuje również na stację kosmiczną, sprawiając, że znajduje się ona w ciągłym ruchu – spadania w stronę ziemi. Jednak stacja również się porusza i to w dodatku bardzo szybko. Na tyle szybko, że jej ruch „wpasowuje się” w kształt zakrzywienia planety.

Kiedy rzucamy przed siebie piłką, grawitacja spowoduje, że finalnie opadnie ona na ziemię, poruszając się po zakrzywionej, kolistej linii. Statek kosmiczny porusza się po ziemskiej orbicie po takiej samej, zakrzywionej linii. Dodatkowo z odpowiednią prędkością, sprawiając, że zakrzywienie spowodowane upadkiem, dopasuje się do zakrzywienia ziemi. Jest to dokładnie prędkość 7 800 metrów na sekundę!

Tym sposobem stacja cały czas spada, nie zbliżając się nawet do powierzchni ziemi. Dokładnie w taki sam sposób księżyc utrzymuje się na orbicie ziemi – on również pozostaje w ciągłym spadku naokoło naszej planety.

Dlaczego mikro grawitacja ma znaczenie?

NASA prowadzi badania na temat mikrograwitacji, aby wyjaśnić, w jaki sposób oddziałuje ona na ludzi oraz inne obiekty znajdujące się w przestrzeni. Mikrograwitacja ma wpływ na ludzkie ciało – przebywając w kosmosie mięśnie i kości astronautów osłabiają się.

Biorąc pod uwagę, że astronauci spędzają w środowisku mikrograwitacji wiele miesięcy, konieczne jest odpowiednie zbadanie zjawiska, aby zapewnić im bezpieczeństwo oraz zdrowie podczas misji.

Działanie mikrograwitacji możemy zobaczyć też na innych przekładach – ogień płonąc w kosmosie, formuje się w inny sposób niż na ziemi – jest bardziej okrągły. Kryształy przybierają bardziej symetryczny kształt.

NASA nie tylko bada samo zjawisko mikrograwitacji – przeprowadza również szereg innych eksperymentów, w warunkach mikrograwitacji, co pozwala zaobserwować zjawiska, które byłyby niemożliwe do analizy na ziemi.

Czy można doświadczyć mikro grawitacji na ziemi?

Przykłady występowania mikrograwitacji możemy również znaleźć na ziemi. NASA do wytworzenia tego zjawiska na ziemi posługuje się samolotami. Mikrograwitacja powstaje, gdy samolot porusza się ruchem falowym – raz w górę raz w dół. W momencie opadania pasażerowie samolotu znajdą się w stanie wolnego spadku przez około 20 do 30 sekund.

Najłatwiejszym sposobem dla każdego z nas, aby doświadczy wolnego spadania, jest przejazd kolejką górską – rollercoasterem.