Невесомость — один из самых узнаваемых символов космоса. Космонавты свободно парят внутри станции, капли воды собираются в идеальные шары, а привычные понятия «верх» и «низ» перестают существовать. Кажется, будто в космосе совсем нет гравитации. Но это не так. На самом деле именно притяжение Земли и создаёт условия, в которых возникает невесомость. Разберёмся, почему на орбите всё летает, хотя сила тяжести почти не исчезает.
Главный секрет: гравитация никуда не исчезает
Международная космическая станция летает примерно в 400 километрах над поверхностью планеты, но даже там сила тяжести составляет около 90% от той, что мы ощущаем на Земле. Представь, что вместо мешка весом 10 килограммов ты держишь мешок весом 9 килограммов. Разница есть, но совсем небольшая. С гравитацией на орбите происходит примерно то же самое.
Поэтому специалисты NASA чаще используют термин «микрогравитация», а не «невесомость». Он точнее описывает происходящее:
Представь кабину лифта, которая начала свободно падать. Всё, что находится внутри неё, будет двигаться одинаково, поэтому пол на короткое время перестанет давить на ноги. На орбите происходит похожий процесс, только свободное падение продолжается не несколько секунд, а месяцы. Чтобы понять, как такое возможно и почему МКС при этом не сталкивается с Землёй, нужно разобраться, что такое орбита.
Орбита — это бесконечное падение вокруг Земли
Самое необычное в том, что объект на орбите всё время падает к Земле, но не сталкивается с ней. Именно поэтому учёные иногда называют орбиту бесконечным падением.
Разобраться в этом поможет простой пример. Представь, что ты бросаешь камень горизонтально. Он летит вперёд, но одновременно начинает падать вниз под действием силы тяжести. Чем сильнее бросок, тем дальше улетит камень, прежде чем коснётся земли.
Теперь представь, что бросок оказался настолько сильным, что, пока камень падает, поверхность Земли тоже словно «уходит вниз» из-за своей кривизны. Тогда камень будет всё время падать, но так и не достигнет поверхности. Именно так движутся искусственные спутники и Международная космическая станция.
Эту идею больше трёхсот лет назад предложил Исаак Ньютон. Он представил пушку на вершине высокой горы. Если выстрелить ядром с очень большой горизонтальной скоростью, оно будет постоянно падать под действием силы тяжести, но Земля всё время будет «закругляться» под ним. В результате ядро не упадёт на поверхность, а выйдет на орбиту.
Первая космическая скорость
Чтобы выйти на орбиту, недостаточно просто подняться высоко над Землёй. Нужно ещё разогнаться до очень большой скорости. Минимальная скорость, при которой объект может двигаться вокруг Земли по круговой орбите, называется первой космической. У поверхности Земли она составляет около 7,9 километра в секунду. На высоте, где летает МКС, она немного меньше — примерно 7,7 километра в секунду.
Если скорость окажется меньше необходимой, спутник не сможет удержаться на орбите и со временем начнёт снижаться. Поэтому космические станции и спутники время от времени корректируют орбиту с помощью двигателей, чтобы компенсировать постепенное торможение в верхних слоях атмосферы.
Почему на МКС возникает невесомость
Когда на тело действует только сила тяжести и ничто его не поддерживает, говорят, что оно находится в состоянии свободного падения. Именно в таком состоянии постоянно находятся Международная космическая станция и всё, что находится внутри неё.
Поэтому вместе со станцией движутся космонавты, воздух, вода, инструменты и любые другие предметы. Представь, что космонавт отпустил яблоко. На Земле оно сразу упало бы на пол. На МКС этого не происходит: яблоко и сама станция продолжают двигаться одинаково, поэтому яблоко словно зависает рядом с человеком.
Именно поэтому невесомость — это не отсутствие гравитации, а отсутствие опоры. Масса тела остаётся прежней, но исчезает давление на пол или другую поверхность, которое мы обычно ощущаем как вес.
Как невесомость влияет на организм
Наш организм приспособлен к жизни в условиях земной гравитации. Поэтому длительное пребывание в невесомости постепенно меняет его работу. Без привычной нагрузки мышцы слабеют, а кости начинают терять плотность. Кроме того, жидкости перераспределяются в верхнюю часть тела, из-за чего сердцу и сосудам приходится работать по-другому.
Чтобы компенсировать эти изменения, экипаж МКС каждый день занимается физическими упражнениями около двух часов. Для этого на станции есть беговая дорожка, велотренажёр и специальный силовой тренажёр.
Учёные внимательно изучают, как невесомость влияет на организм. Эти исследования помогают разработать способы защитить здоровье космонавтов во время будущих длительных полётов к Луне, Марсу и другим объектам Солнечной системы.
Можно ли почувствовать невесомость на Земле
Испытать состояние, похожее на невесомость, можно и без полёта в космос. Для этого используют специальные параболические полёты. Самолёт набирает высоту, а затем переходит на особую траекторию, во время которой несколько секунд находится в режиме свободного падения. В этот момент самолёт, экипаж и пассажиры движутся одинаково — почти так же, как Международная космическая станция на орбите.
По данным Европейского космического агентства, каждая такая парабола позволяет почувствовать почти полную невесомость примерно на 20–22 секунды. Такие полёты используют для подготовки космонавтов и научных экспериментов, которые невозможно провести в обычных условиях.
Похожее ощущение знакомо многим после резкого спуска на американских горках или во время быстрого снижения лифта. Оно длится всего мгновение, но возникает по той же причине — из-за кратковременного свободного падения.
Коротко о главном
Невесомость возникает не потому, что в космосе нет гравитации. Наоборот, Международная космическая станция и всё, что находится внутри неё, постоянно находятся в состоянии свободного падения. Именно поэтому космонавты и предметы свободно парят, а похожее состояние можно ненадолго испытать и на Земле во время параболических полётов.
