Почему гравитация в космосе не такая, как на земле? Велика ли сила притяжения

Как создать гравитацию в космосе и почему её нет на МКС?

Космос таит в себе множество загадок, и мы лишь начали изучать его. И одной из проблем, которые предстоит решить в будущем, является гравитация. А что с ней не так, спросите вы?

А её нет! Вернее, не так. Гравитация есть всегда, мы испытываем её от Земли, Луны, Солнца, других звёзд и даже центра нашей галактики. Но сила притяжения, которая подходит нам, есть только на Земле.

И когда мы полетим на другие планеты или будем бороздить космос, как быть с гравитацией? Нужно создавать её искусственно.

Почему нам нужна определённая сила гравитации?

На Земле все организмы приспособились к силе притяжения, равной 9.8 м/с^2. Если она будет больше, то растения не смогут расти вверх, а мы постоянно будем испытывать давление, из-за чего наши кости будут ломаться, а органы разрушаться. А если она будет меньше, то у нас начнутся проблемы с доставкой питательных веществ в крови, ростом мышц и т.д.

Когда мы будем осваивать колонии на Марсе и Луне, то столкнёмся с проблемой пониженной гравитации. Наши мышцы частично атрофируются, приспособившись к местной силе притяжения. Но по возвращении на Землю у нас начнутся проблемы с хождением, перетаскиванием предметов и даже с дыханием. Именно настолько всё зависит от гравитации.

И у нас уже есть пример того, как это происходит — Международная Космическая Станция.

Космонавты на МКС и почему там нет гравитации

Те, кто посещает МКС, должны тренироваться на беговых дорожках и тренажёрах каждый день. Всё потому, что за время пребывания их мышцы теряют «хватку». В условиях невесомости не надо поднимать своё тело, можно расслабиться. Именно так думает организм.

На МКС нет гравитации не потому, что она находится в космосе. Расстояние от неё до Земли всего 400 километров, и сила притяжения на таком расстоянии лишь чуть-чуть меньше, чем на поверхности планеты. Но МКС не стоит на месте — она вращается по земной орбите. Она буквально постоянно падает на Землю, но её скорость настолько высока, что не даёт ей упасть. Именно поэтому космонавты и находятся в состоянии невесомости.

И всё же. Почему на МКС нельзя создать гравитацию? Это бы облегчило жизнь космонавтов в разы. Ведь они вынуждены тратить по несколько часов в день на физические упражнения только для поддержания формы.

Как создать искусственную гравитацию?

В научной фантастике давно создан концепт подобного космического корабля. Это огромное кольцо, которое должно постоянно вращаться вокруг своей оси. В результате этого центробежная сила «выталкивает» космонавта в сторону от центра вращения, и он будет воспринимать это как гравитацию.

Но проблемы возникают, когда мы сталкиваемся с этим на практике. Во-первых, нужно учесть силу Кориолиса — силу, возникающую при движении по кругу. Без этого нашего космонавта будет постоянно укачивать, а это не очень весело. В таком случае нужно ускорить вращение кольца на корабле до 2 оборотов в секунду, а это очень много, космонавту будет очень нехорошо. Чтобы решить эту проблему, нужно увеличить радиус кольца до 224 метров. Корабль размером в полкилометра! Мы уже недалеко от Звёздных Войн.

Вместо создания земной гравитации сначала мы создадим корабль с пониженной гравитацией, в котором останутся тренажёры. И лишь потом мы будем строить корабли с огроменными кольцами для сохранения гравитации.

Кстати, на МКС как раз собираются строить модули для создания гравитации. Сегодня учёные из Роскосмоса и NASA готовятся к отправке центрифуг на МКС, необходимых для создания искусственной гравитации там. Космонавтам больше не придётся тратить много времени на физические упражнения!

Читать еще:  Звери из природных материалов. Удачных вам работ. Материалы для травянчика

Проблема с гравитацией при больших ускорениях

Если мы хотим полететь к звёздам, то для путешествия к ближайшей Альфа Центавра А со скоростью в 99% от скорости света займёт 4.2 года. Но чтобы разогнаться до этой скорости, потребуется огромное ускорение. А значит, и огромные перегрузки, примерно в 1000-4000 раз больше земного притяжения. Такое не выдержать никому, и космический корабль с вращающимся кольцом должен быть просто гигантским, в сотни километров. Построить такое можно, но нужно ли?

К сожалению, мы до сих пор не до конца понимаем, как работает гравитация. И пока не придумали, как избежать эффекта таких перегрузок. Будем исследовать, проверять, изучать.

Понравилась статья? Ставь палец вверх и подписывайся на мой канал — там ещё множество научных тем: космос, химия, физика, технологии,изобретения и многое другое. Читай меня в телеграме ( Будни Учёного 2.0 ) и в Яндекс.Дзене ( Мир науки )!

Почему у нас нет искусственной гравитации в космосе?

Поместите человека в космос, подальше от гравитационных пут земной поверхности, и он будет ощущать невесомость. Хотя все массы Вселенной все еще будут воздействовать на него гравитационно, они также будут притягивать и любой космический аппарат, в котором находится человек, поэтому он будет плавать. И все же по телевизору нам показывали, что экипаж некоего космического судна вполне успешно ходит ногами по полу при любых условиях. Для этого используется искусственная гравитация, создаваемая установками на борту фантастического судна. Насколько это близко к реальной науке?

Капитан Габриэль Лорка на мостике «Дискавери» во время имитации битвы с клингонцами. Весь экипаж притягивается искусственной силой тяжести, и это как бы уже канон

Касательно гравитации, большим открытием Эйнштейна стал принцип эквивалентности: при равномерном ускорении система отсчета неотличима от гравитационного поля. Если бы вы были на ракете и не могли видеть Вселенную через иллюминатор, вы бы и понятия не имели о том, что происходит: вас тянет вниз сила гравитации или же ускорение ракеты в определенном направлении? Такой была идея, которая привела к общей теории относительности. Спустя 100 лет это самое правильное описание гравитации и ускорения, которое нам известно.

Идентичное поведение мяча, падающего на пол в летящей ракете (слева) и на Земле (справа), демонстрирует принцип эквивалентности Эйнштейна

Есть и другой трюк, как пишет Итан Зигель, который мы можем использовать, если захотим: мы можем заставить космический корабль вращаться. Вместо линейного ускорения (вроде тяги ракеты) можно заставить работать центростремительное ускорение, чтобы человек на борту чувствовал внешний корпус космического корабля, подталкивающий его к центру. Такой прием был использован в «Космической одиссее 2001 года», и если бы ваш космический корабль был достаточно большим, искусственная сила тяжести была бы неотличима от настоящей.

Только вот одно но. Три этих типа ускорения — гравитационное, линейное и вращательное — единственные, которые мы можем использовать для имитации эффектов гравитации. И это огромная проблема для космического аппарата.

Концепт станции 1969 года, которая должна была собираться на орбите из отработанных этапов программы «Аполлон». Станция должна была вращаться на своей центральной оси для создания искусственной гравитации

Почему? Потому что если вы хотите отправиться в другую звездную систему, вам нужно будет ускорить ваш корабль, чтобы туда добраться, а затем замедлить его по прибытии. Если вы не сможете оградить себя от этих ускорений, вас ждет катастрофа. Например, чтобы ускориться до полного импульса в «Звездном пути», до нескольких процентов световой скорости, придется испытать ускорение в 4000 g. Это в 100 раз больше ускорения, которое начинает препятствовать кровотоку в теле.

Запуск космического шаттла «Колумбия» в 1992 году показал, что ускорение протекает на протяжении длительного периода. Ускорение космического корабля будет во много раз выше, и человеческое тело не сможет с ним справиться

Если вы не хотите быть невесомым во время длительного путешествия — чтобы не подвергать себя ужасному биологическому износу вроде потери мышечной и костной массы — на тело постоянно должна действовать сила. Для любой другой силы это вполне легко сделать. В электромагнетизме, например, можно было бы разместить экипаж в проводящей кабине, и множество внешних электрических полей просто исчезли бы. Можно было бы расположить две параллельные пластины внутри и получить постоянное электрическое поле, выталкивающее заряды в определенном направлении.

Читать еще:  Муж заставляет худеть. Как заставить мужа похудеть Муж заставляет худеть

Если бы гравитация работала таким же образом.

Такого понятия, как гравитационный проводник, просто не существует, как и возможности оградить себя от гравитационной силы. Невозможно создать однородное гравитационное поле в области пространства, например, между двумя пластинами. Почему? Потому что в отличие от электрической силы, генерируемой положительными и отрицательными зарядами, существует только один тип гравитационного заряда, и это масса-энергия. Гравитационная сила всегда притягивает, и от нее никуда не скрыться. Вы можете лишь использовать три типа ускорения — гравитационное, линейное и вращательное.

Подавляющее большинство кварков и лептонов во Вселенной состоит из материи, но у каждого из них существуют и античастицы из антиматерии, гравитационные массы которых не определены

Единственный способ, с помощью которого можно было бы создать искусственную гравитацию, которая защитит вас от последствий ускорения вашего корабля и обеспечит вам постоянную тягу «вниз» без ускорения, будет доступен, если вы откроете частицы отрицательной гравитационной массы. Все частицы и античастицы, которые мы нашли до сих пор, обладают положительной массой, но эти массы инерциальны, то есть о них можно судить только при создании или ускорении частицы. Инерционная масса и гравитационная масса одинаковы для всех частиц, которые мы знаем, но мы никогда не проверяли свою идею на антиматерии или античастицах.

В настоящее время проводятся эксперименты именно по этой части. Эксперимент ALPHA в ЦЕРН создал антиводород: стабильную форму нейтральной антиматерии, и работает над изолированием ее от всех других частиц. Если эксперимент будет достаточно чувствительным, мы сможем измерить, как античастица попадает в гравитационное поле. Если падает вниз, как и обычное вещество, то у нее положительная гравитационная масса и ее можно использовать для строительства гравитационного проводника. Если падает в гравитационном поле вверх, это все меняет. Один лишь результат, и искусственная гравитация может внезапно стать возможной.

Возможность получения искусственной гравитации невероятно манит нас, но основана на существовании отрицательной гравитационной массы. Антиматерия может быть такой массой, но мы пока этого не доказали

Если антиматерия имеет отрицательную гравитационную массу, то при создании поля из обычного вещества и потолка из антивещества, мы могли бы создать поле искусственной гравитации, которое всегда тянуло бы вас вниз. Создав гравитационно-проводящую оболочку в виде корпуса нашего космического корабля, мы защитили бы экипаж от сил сверхбыстрого ускорения, которые в противном случае стали бы смертельными. И что самое крутое, люди в космосе не испытывали бы больше негативных физиологических эффектов, которые сегодня преследуют астронавтов. Но пока мы не найдем частицу с отрицательной гравитационной массой, искусственная гравитация будет получаться только за счет ускорения.

О гравитации простыми словами.

Общее понятие гравитации

Гравитация – это, казалось бы, простое понятие, известное каждому человеку еще со времен школьной скамьи. Все мы помним историю о том, как на голову Ньютона упало яблоко, и он открыл закон всемирного тяготения. Однако все не так просто, как кажется. В той статье мы попытаемся дать ясный и исчерпывающий ответ на вопрос: что такое гравитация? А также рассмотрим главные мифы и заблуждения об этом интересном явлении.

Говоря простыми словами, гравитация — это притяжение между двумя любыми объектами во вселенной. Гравитацию можно определить, зная массу тел и расстояние от одного до другого. Чем сильнее гравитационное поле, тем больше будет вес тела и выше его ускорение. Например, на Луне вес космонавта будет в шесть раз меньше, чем на Земле. Сила гравитационного поля зависит от размеров объекта, который оно окружает. Так, лунная сила притяжения в шесть раз ниже земной. Впервые обосновал это научно и доказал с помощью математических вычислений ещё в XVII веке Исаак Ньютон.

Читать еще:  Енот в домашних условиях. Енот-полоскун как домашнее животное

Что упало на голову Ньютону

Несмотря на то, что сам великий английский ученый частично подтверждал известную всем легенду о яблоке и ушибе головы, всё же, сейчас можно сказать с уверенностью, что при открытии закона всемирного тяготения обошлось без травм и озарений. Основой, заложившей новую эру в естественных науках, стал труд «Математические начала натуральной философии». В нем Ньютон описывает закон тяготения и важные законы механики, открытые им за долгие годы напряженной работы. Знаменитый физик был натурой неторопливой и рассудительной, как и положено гениальному ученому. А поэтому от начала раздумий о природе тяготения до издания научной работы о ней прошло больше 20 лет. Впрочем, легенда об упавшем фрукте могла иметь под собой и какие-то реальные основания, вот только голова физика однозначно осталась цела.

Законы притяжения изучались и до Исаака Ньютона самыми различными научными деятелями. Но только он впервые математически доказал прямую взаимосвязь между тяготением и движением планет. То есть падающим с ветки яблоком и вращением луны вокруг земли управляет одна и та же сила – гравитация. И она действует на любые два тела во вселенной. Эти открытия заложили основу так называемой небесной механики, а также науки о динамике. Ньютоновская модель господствовала в науке более двух веков вплоть до появления теории относительности и квантовой механики.

Что думают о гравитации современные ученые

Гравитация является самым слабым из четырех известных на данный момент фундаментальных взаимодействий, которым подчиняются все частицы и составленные из них тела. Помимо гравитационного взаимодействия сюда же входят электромагнитное, сильно и слабое. Исследуются они на основании разных теорий, так, например, в приближенных скоростях небольшой гравитации применяют теорию тяготения еще самого Ньютона. А в общем случае используют общую теорию относительности Эйнштейна. Кроме того, описание гравитации в квантовом пределе должно будет осуществляться при помощи еще не появившейся квантовой теории.

Безусловно, сегодня физика сложна и выходит далеко за рамки представлений об окружающем мире обычного человека. Но интересоваться ей необходимо хотя бы на уровне основных понятий, ведь вполне возможно, что уже в ближайшее время мы можем стать свидетелями удивительных открытий в этой области, которые кардинально изменят жизнь человечества. Будет неловко, если вы вообще не поймете, что происходит.

Мифы о гравитации

Не только незнание, но и постоянные новые открытия в данной научной сфере порождают различные несуразицы и мифы о гравитации. Итак, несколько общепринятых заблуждений об этом уникальном явлении:

-Искусственные спутники никогда не сойдут с орбиты Земли и будут вечно вращаться вокруг неё. Это неправда. Дело в том, что помимо земного притяжения в космосе имеются и другие различные факторы, влияющие на орбиту тел. Это и торможение атмосферы для низких орбит и гравитационные поля Луны и других планет. Скорее всего, если дать спутнику вращаться без контроля на долгое время, его орбита будет изменяться, и в конечном счете он либо улетит в космические просторы, либо упадет на поверхность ближайшего тела.

-В космосе отсутствует гравитация. Даже на станциях, на которых космонавты пребывают в невесомости есть довольно сильная гравитация, чуть меньше, чем на Земле. Почему же тогда они не падают? Можно сказать, что сотрудники станции как бы находятся в состоянии постоянного падения, но никак упадут.

-Объект, приблизившийся к чёрной дыре, будет разорван. Довольно известный миф. Сила притяжение черной дыры действительно увеличится при приближении к ней, но совсем не обязательно, что приливные силы окажутся настолько мощными. Скорее всего они на горизонте событий обладают конечным значением, поскольку расстояние считается от центра дыры.

Источники:

http://zen.yandex.ru/media/id/5ac3899adb0cd9cb1a08936c/5bc4ff71f4355200abcab050
http://hi-news.ru/science/pochemu-u-nas-net-iskusstvennoj-gravitacii-v-kosmose.html
http://pikabu.ru/story/o_gravitatsii_prostyimi_slovami_5556934

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector