Наука

Більш тривале перебування в космосі багато в чому і суттєво напружує організм людини. Одним з найцікавіших з них є відсутність звичних наслідків сили тяжіння, яку ми називаємо невагомістю. Звичайно, причина того, що по-науковому називають мікрогравітацією, полягає не в тому, що астронавти, які перебувають близько до нашої планети, не зазнають впливу гравітації Землі.

бубор

Він пливе між небом і землею

Близько 400 кілометрів від Землі, де орбіта Міжнародної космічної станції (МКС), сила тяжіння все ще досить сильна, що, в жодному разі, не сприяло б прискоренню астронавтів та їх мешкання, а прискорення сили тяжіння не на десяту менше тут. Як можливо, що пасажири космічної станції все ще перебувають у невагомості? Ну, під дією сили тяжіння космічна станція дійсно падає вільно, але згідно з чинною фізичною моделлю на вільно падаюче тіло, мабуть, не впливають зовнішні сили, особливо противник доброї батьківщини. Часто додають, що це справедливо лише у вакуумі, за винятком того, що щільність речовини в просторі мінімальна. Оскільки розміри нашого тіла і навіть космічної станції незначні щодо гравітаційного поля Землі, сила тяжіння діє рівномірно на кожну точку тіла космонавта, створюючи відчуття невагомості. Звичайно, розміри космічної станції теж не зовсім незначні, тому припливний ефект (подібний до того, що рухає води морів) через різницю в гравітаційному тязі з різних сторін також виробляє деяку гравітацію, тому вчені говорять про мікрогравітацію замість повної невагомості. (Про різні підходи до невагомості див. Наш розділ про Ньютона проти Ейнштейна.)

Бельгійський астронавт Франк Де Вінне на спеціальній біговій доріжці на Міжнародній космічній станції, 17 листопада 2009 р.

Але якщо космічна станція та її пасажири падають вільними, чому б їм не впасти назад на Землю? Пояснення полягає в тому, що саме це падіння, наслідком якого є невагомість (мікрогравітація), є лише складовою частиною орбіти космічної станції. Звідси випливає, що величезна швидкість ракети-носія (це перша космічна швидкість, близько 7,8 км/с) оберталася навколо космічної станції, що важливо, оскільки інакше відцентрова сила через круговий рух - ще один ефект за її відсутності - це могло б вивести МКС із близькості до нашої планети, подібно до того, як обертана куля виходить із руки метальника. Спільний ефект двох сил та двох орбітальних компонентів створює орбітальну орбіту об’єктів, що обертаються навколо Землі, і поки Міжнародна космічна станція просувається стабільними темпами, наслідки вільного падіння все ще зазнають впливу на астронавтів.

Теоретично мікрогравітацію можна усунути, але на практиці це ще не відбулося. Якщо, наприклад, ми заохочуємо космічну станцію обертатися, вже виникає сила інерції, яка надає відчуття «сили тяжіння» і працює далеко від Землі та Сонця. Крім того, прискорення та уповільнення космічного корабля також створює своєрідну штучну гравітацію.

Все росте високо

Нещодавно в пресі повідомлялося, що американський астронавт Скотт Келлі, який провів 340 днів на Міжнародній космічній станції до повернення на Землю 2 березня, виріс не менше ніж на п'ять дюймів. Але природа дає те, що дає в космосі на Землі, і нічим не відрізняється від погано набутих сантиметрів: у найближчі місяці хребет Келлі поволі набуває початкових розмірів, а космонавт відновлює свій початковий зріст. Причиною цієї зміни є мікрогравітація, оскільки наш організм реагує на відсутність нормальної ваги різними змінами. Наприклад, робота хребта полягає в тому, щоб утримувати наше тіло на півдні, незважаючи на сильну гравітаційну силу, що діє на нього. Не потрібно плавати в просторі, раніше напружений хребет розслабляється, розтягуючись на кілька сантиметрів. Але це лише одна з ключових і переважно не дуже корисних фізіологічних змін, що відбуваються в умовах невагомості. Звичайно, вони також обмежують, скільки часу космонавт може провести в невагомості. Це правда, що радянські/російські космонавти вже давно побили однорічний рекорд перебування в космосі, але астронавтам це буде краще в власних інтересах, якщо вони повернуться набагато раніше.

Якщо нам цікаво, що змінюється у просторі у функціонуванні людського тіла, то коротше ми повинні відповісти, що майже все. Перш за все, рідинний баланс порушений, тому що рідини тіла, сконцентровані в нижніх частинах тіла завдяки гравітаційному ефекту, добре починають рухатися до голови. Це сприймається мозком і реагує посиленим виведенням, що призводить до втрати кальцію та ослаблення самих кісток. Може статися дегідратація, зменшується кількість крові, що змінює систему кровообігу, а також порушується калієво-натрієвий баланс. Крім того, кістки через їх дефіцит починають повільно розсмоктуватися: 1-2 відсотки від загальної кісткової маси можуть зникати щомісяця, викликаючи симптоми остеопорозу, подібні до остеопорозу. Для зменшення втрат необхідні повноцінне харчування, вживання вітамінів та регулярні фізичні вправи: найкраще рекомендувати короткі інтенсивні тренування. Втрата, звичайно, найбільша там, де кістки несуть вагу (руки, ноги, хребет), наприклад, череп або пальці менше пошкоджені. Єдиним симптомом є те, що кальцій, що виділяється з кісток, спричиняє гіперкальціємію, а аномально високий рівень кальцію може призвести до каменів у нирках.

Гірке скло

У космосі медичне лікування та втручання також змінюються: подумайте, наскільки важче працювати там, де органи практично плавають, кров не збирається під дією сили тяжіння, і вам навіть доведеться прокачувати її у разі переливання крові! Крім того, деякі ліки не засвоюються, як на Землі, оскільки клітинні мембрани потовщуються, тому антибіотики, наприклад, менш ефективні. Власна захисна система організму також погано працює, наприклад, вироблення Т-лімфоцитів сповільнюється, що з часом може мати серйозні наслідки, оскільки це знижує ефективність імунної відповіді організму на ініціювання пухлини.

Інші ефекти можуть здатися захоплюючими, інше питання полягає в тому, наскільки цікаві ці космонавти. Наприклад, за відсутності сили тяжіння значення вертикальних і горизонтальних координат втрачається, що може призвести до порушень орієнтації та, можливо, запаморочення. «Небесна дієта» також цікава, але ми повинні знати, що збільшена кількість рідини в голові викликає симптоми, схожі на застуду, що призводить до затемнення сприйняття смаку та запаху, що вони намагаються протидіяти сильною приправою. Хоча ми не виділяємо гази, спожиті з їжею або утворені під час травлення в невагомості, відрижки немає, але оскільки організм виводить зайві газоподібні речовини, вони виходять у формі повітря, у великих кількостях і досить часто.