Space

Екскурсія в космос: як працює невагомість?

Ми часто бачили фотографії астронавтів,плаваючих, наприклад, всередині Міжнародної космічної станції. Так що там говорити - фільм «Гравітація» не просто так «Оскара» отримав. Свідоцтва того, що існують місця, в яких тяжіння відсутнє як таке, можна знайти всюди. Але хоча невагомість виглядає кумедно, і кожен з нас, напевно, не відмовився б від можливості випробувати її на собі, тіло людини відноситься до цього не дуже добре. Голова гуде, а ножні м'язи скорочуються. У довгостроковій перспективі м'язи слабшають, а кістки стають крихкими. Ці ефекти можуть завдати серйозної шкоди вашому тілу, особливо якщо ви підете в довгий політ на Марс.

У цій статті ми відвеземо вас на бортМіжнародної космічної станції і розповімо, що невагомість робить з вашим тілом, які зміни можуть відбутися, і що потрібно робити, щоб запобігти або звернути назад ці побічні ефекти.

Знайомтеся: мікрогравітація

Уявіть собі, що ви одягнені в скафандр ілежите на спині в льотної кабіні космічного апарату. Ви лежите на спині протягом декількох годин, поки пілоти і центр управління польотами готуються до запуску. Зазвичай, коли ви стоїте прямо, сила тяжіння тягне кров вниз, тому цілі басейни її збираються у вас в ногах. Однак, оскільки ви лежите на спині, кров по-різному розподіляється в вашому тілі, в тому числі накопичуючись і в голові, оскільки ваші ноги підняті. В голові трохи важкувато, немов ви тільки що прокинулися.

Ракетні двигуни запалюються і ви відчуваєтеприскорення. Вас вдавлює в крісло, оскільки апарат злітає. Сила тяжіння разом зі збільшенням швидкості корабля збільшується в три рази (на деяких американських гірках можна випробувати такий рівень прискорення). Ваші груди стискається, дихати стає трохи важко. Через вісім з половиною хвилин ви опиняєтеся в космосі і починаєте відчувати зовсім інше відчуття: невагомість.

Правильний термін для невагомості -мікрогравітація. Ви не невагомі, оскільки земна гравітація утримує вас і літальний апарат на орбіті. Ви перебуваєте в стані вільного падіння, немов тільки що стрибнули з літака, за винятком того, що падаєте горизонтально і ніколи не впадете. Припустимо, ви стоїте на вагах, і вони показують ваша вага, оскільки гравітація тягне вниз і вас, і ваги. Оскільки ваги знаходяться на землі, вони відштовхуються вгору з рівнозначною силою - і ця сила і є ваша вага. Але якщо ви стрибнете зі скелі, стоячи на вагах, і ви, і ваги будете притягатися гравітацією. Ви не будете тиснути на ваги, і вони не будуть тиснути на вас. Ваша вага буде нульовим. Такий закон Ньютона.

Оскільки космічний апарат і всі об'єкти в ньомупадають з однією швидкістю - все, що не закріплено, плаває. Якщо у вас довге волосся - вони будуть плавати навколо особи. Якщо ви виллє воду зі склянки - вона збереться у велику сферичну краплю, яку можна буде розбити на менші краплі. Галушки і цукерки самі будуть запливати вам в рот, якщо ви підштовхнете їх по потрібній траєкторії. Сидячи в кріслі, ви не будете знати, що сидите, оскільки ваше тіло не буде тиснути на крісло. Якщо ви не будете триматися - ви попливе. Більш того, якщо ви не будете триматися за стіну або підлогу рукою або ногою - ви не зможете зрушити з місця - немає від чого відштовхнутися. З цієї причини в будь-якому космічному апараті завжди багато поручнів для рук і ніг.

Яка мікрогравітація на смак?

Коли ви вперше опинитеся в стані невагомості, ви відчуєте наступне:

- нудота;

- дезорієнтація;

- головний біль;

- втрата апетиту;

- запор;

- ще дещо…

Чим довше ви будете залишатися в умовахмікрогравітації, тим слабкіше будуть ваші м'язи і кістки. Ці відчуття будуть викликані різними змінами в системах вашого організму. Давайте детально розглянемо, як тіло реагує на невагомість.

Космічна хвороба

Нудота і дезорієнтація, яка на смак яксисна почуття в шлунку, коли автомобіль «летить» вниз по трасі або вас підхоплює на каруселі. Тільки на борту корабля це почуття буде тривати кілька днів. Це почуття космічної хвороби, слабкість моторики, коли ваш мозок отримує суперечливу інформацію від вестибулярних органів, розташованих у вашому внутрішньому вусі. Ваші очі бачать, куди рухатися вгору і вниз в кораблі, але ваша вестибулярна система покладається на силу тяжіння, визначаючи напрямки, що не працює в невагомості. Тому ваші очі можуть говорити мозку, що ви рухаєтеся зверху вниз, але мозок цього не зрозуміє. Це викликає дезорієнтацію і нудоту, що може привести до втрати апетиту і блювоті. На щастя, через кілька днів мозок адаптується і почне реагувати виключно на візуальні сигнали. Таблетки теж допоможуть.

Набрякле обличчя і курячі лапки

В умовах мікрогравітації ваше обличчя будеодутлим, а пазухи - перевантаженими, що викличе головний біль і порушення моторики. На Землі це можна відчути, якщо стояти догори ногами - кров приливає до голови.

На Землі гравітація притягує вашу кров, ввнаслідок чого значні її обсяги скупчуються в венах ніг. Як тільки ви опинитеся в умовах мікрогравітації, кров зрушиться з ваших ніг в груди і голову. Особа опухне, а ноги, навпаки, зменшаться в розмірах.

Коли кров переходить в груди, серцезбільшується в розмірах і качає більше крові з кожним ударом. Нирки відповідають на цей збільшений кровотік виробництвом більшої кількості сечі, ніби ви випили велику склянку води. Крім того, збільшення кровотоку знижує рівень секреції гіпофізом антидіуретичного гормона (АДГ), що зменшує спрагу. Ви не будете хотіти пити стільки ж води, скільки на Землі. У сукупності ці два чинники допоможуть вашій грудей і голові позбутися зайвої рідини за кілька днів, а потік рідини вашого тіла нормалізується (для космічних умов). Після повернення на Землю, ви будете більше пити і відчувати втому, але це пройде.

Космічна анемія

У міру того, як ваші нирки виводять зайвурідина, вони також зменшують секрецію еритропоетину - гормону, що стимулює виробництво червоних кров'яних тіл клітинами кісткового мозку. Зниження виробництва червоних кров'яних клітин супроводжується зменшенням обсягу плазми, тому гематокрит (відсоток обсягу крові, займаного червоними кров'яними тілами) такий же, як на Землі. Після повернення на Землю, ваш рівень еритропоетину буде рости, так само як і кількість червоних кров'яних тел.

слабкі м'язи

Коли ви перебуваєте в умовах мікрогравітації,ваше тіло приймає позу «зародка»: ви трохи згинаєтеся, ваші руки і ноги також беруть напівзігнуте стан. У такому положенні ви не використовуєте багато м'язи, особливо ті, які допомагають вам підтримувати поставу (антигравітаційні м'язи). У міру перебування на борту МКС, ваші м'язи змінюються. Їх маса зменшується, що призводить до «курячим лапок». Ваше тіло більше не потребує м'язах, які повільно скорочуються, на зразок тих, що використовуються в положенні стоячи. Потрібні швидко скорочуються волокна, щоб швидше пересуватися по станції. Чим більше ви залишаєтеся на МКС, тим менше у вас буде м'язової маси. Втрата м'язової маси послаблює вас, і це, між іншим, є серйозною проблемою для тривалих польотів, особливо після повернення на Землю.

Остеопсатіроз

На Землі ваші кістки підтримують вагу вашого тіла. Розмір і маса кісток ретельно збалансовані. В умовах мікрогравітації вашим кісткам більше не потрібно підтримувати ваше тіло, тому всі ваші кістки, особливо несучі, в районі стегон, стегон і нижній частині спини, використовуються менше, ніж на Землі. Розмір і маса кісток в невагомості зменшуються приблизно на 1% в місяць. В результаті після повернення на Землю вони просто можуть зруйнуватися. Невідомо, який відсоток відновлюваних кісток після повернення на Землю, але він точно не дорівнює 100. Саме ця проблема вносить обмеження на час перебування в космосі.

На додаток до слабких кістках, концентрація кальцію в крові призводить до хвороби нирок, яким потрібно цей надлишковий кальцій виводити. Можуть утворитися каміння в нирках.

контрзаходи


Що можна зробити, щоб полегшити перебування вумовах мікрогравітації? Що стосується неживих речей, кожен об'єкт на станції або кораблі повинен зберігатися в шафі, бути прив'язаний або кріпитися до стіни липучкою.

Наприклад, якщо ви їсте в умовах невагомості,ви повинні міцно стояти на ногах в апараті, а ваш піднос з їжею повинен бути прикріплений до вас ремінцем. Як ви знаєте, їжа зазвичай зберігається в тюбиках і являє собою напіврідку масу, який-небудь рис або паштет, який можна легко видавити з тюбика, і він не втече. Портативне обладнання, на кшталт ноутбука, також прив'язується до вас або до стіни корабля.

Давайте згадаємо, що на борту МКС наше тілопіддається в основному трьом змінам: втрата рідини, втрата м'язової тканини і втрата кісткової маси. Що ж потрібно робити, щоб мінімізувати ці втрати?

втрата рідини

Одна з контрзаходів при втраті рідини - цепристрій, який називається «негативний тиск нижнього тіла» (ОДНТ), яке працює як пилосос нижче вашої талії, утримуючи рідину в ногах. Це пристрій можна прикріпити до тренажера, наприклад, до біговій доріжці. Раз в день можна вправлятися з ОДНТ по 30 хвилин, підтримуючи серцево-судинну систему в близькому до земного стані.

Крім того, до повернення на Землю, можна випитивелика кількість води або розчин електроліту, щоб допомогти відновити втрачену рідину в тілі. Це попередить непритомність після виходу з космічного корабля.

Зменшення м'язів і кісток

NASA і Роскосмос з'ясували, що кращий спосібзвести до мінімуму втрати м'язової і кісткової маси в космосі - це постійні тренування. Вони тренують м'язи, запобігають їх деградацію і створюють навантаження на кістки, імітуючи вага. Кожен день по дві години на різних тренажерах в особливих ремінцях - і ви зможете мінімізувати втрати м'язової і кісткової мас.

Проте, вчені визнають, що потрібно більшедосліджень для виявлення якісних контрзаходів. Причому як на борту МКС, так і на Землі, як за допомогою людей, так і тварин. Результати досліджень можуть прокласти дорогу до тривалих поїздок, наприклад, на Марс.

Як імітувати микрогравитацию на Землі?

Є кілька людських і тваринних моделей для моделювання та вивчення мікрогравітації на Землі.

нахил голови

Людина лягає на ліжко, нахиляючи голову внизприблизно на 5 градусів від горизонтальної лінії. Нахил відтворює зміщення рідин в організмі, що виникає в умовах гравітації. Крім того, не використовуються несучі кістки і м'язи, тим самим викликаючи атрофію.

Занурення в басейн

Приміщення предмета в теплий басейн з водою на тривалий період часу. Плавучість води перерозподіляє рідини в організмі і полегшує несучі кістки і м'язи, створюючи умовах мікрогравітації.

Підвішені за хвіст щура

Щури підвішуються за хвости в клітинах на тривалі періоди часу. Такий стан провокує зміщення рідин і бездіяльність задніх кінцівок, що призводить до погіршення м'язів і кісток.

штучна мікрогравітація

Політ на літаку, який летить попараболічної траєкторії вгору і вниз, створюючи 30-секундні періоди мікрогравітації при кожному піку. NASA використовує цю техніку при підготовці космонавтів, а також дає можливість випробувати це відчуття всім бажаючим.