Czy wiedzieliście, że astronauci na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) doświadczają około 90% przyspieszenia grawitacyjnego, które odczuwamy na powierzchni Ziemi? To może wydawać się dziwne, zwłaszcza, że gdy na nich patrzymy, zawsze unoszą się w powietrzu. Podczas gdy to sprawia, że kusi, aby powiedzieć, że nie ma grawitacji w przestrzeni kosmicznej, jest to dość wyraźnie bardzo dalekie od prawdy, więc dlaczego się unoszą1?
Na Ziemi, jesteśmy ciągnięci w dół w kierunku Ziemi z prędkością 9,81 metrów na sekundę do kwadratu, co oznacza, że gdybyśmy nie byli przyciśnięci do ziemi, nasza prędkość wzrosłaby o 9,81 metrów na sekundę w każdej sekundzie! Jest to znane jako swobodne spadanie. Można tego doświadczyć w początkowej fazie skoku ze spadochronem, podczas turbulencji w samolocie lub podczas zjazdu ze stromego odcinka kolejki górskiej. Często towarzyszy temu dziwne uczucie mdłości w żołądku.
Biorąc butelkę z wodą i wiercąc w niej kilka dziur, możemy zobaczyć, dlaczego astronauci są w stanie nieważkości. Zarówno butelka jak i woda poddawane są ziemskiej grawitacji. Kiedy butelka jest trzymana nieruchomo, woda wypada przez otwory, ponieważ grawitacja ciągnie ją w dół. Następnie, gdy butelka jest puszczona, obie są ciągnięte w dół z taką samą prędkością. Bez różnicy w przyspieszeniu między nimi, woda unosi się szczęśliwie wewnątrz butelki i nie wychodzi przez otwory w ogóle.

To jest właściwie to, co dzieje się z tymi astronautami. Kiedy coś jest na orbicie okołoziemskiej, jest ciągnięte w dół przez siłę grawitacji. Dla the ISS, to być wokoło 9 metr na sekunda kwadratowy! Gdyby ISS nie poruszała się nad Ziemią, spadłaby na powierzchnię w czasie krótszym niż godzina. Jednak astronauta Scott Kelly był na pokładzie tylko przez rok i nie spadł na swoją ognistą zgubę. Dzieje się tak dlatego, że ISS nie pozostaje w miejscu. Ani trochę.
The ISS idzie z prędkością około 17,000mph, co jest ponad 10 razy większa od prędkości pędzącego pocisku. Jest to całkowicie konieczne, ponieważ jak grawitacja janks ISS w dół w kierunku powierzchni, stacja kosmiczna przeniósł się na tyle daleko, aby przegapić powierzchnię. Ta równowaga jest bardzo niepewna. Gdyby ISS leciała szybciej, za każdym razem oddalałaby się od Ziemi i uciekała w przestrzeń kosmiczną. If it were going slower, it would constantly get closer to the Earth, which is not what we want2.
How do astronauts train to get used to this? Wróćmy jeszcze raz do demonstracji butelki z wodą. Zastanówmy się przez chwilę: Co by się stało, gdybyśmy zamiast po prostu upuścić butelkę z wodą, wyrzucili ją w powietrze? Przyjrzyjmy się temu!

Mimo że można by pomyśleć, że woda wypłynie w drodze do góry i pozostanie w drodze w dół, okazuje się, że woda pozostaje wewnątrz butelki od momentu uwolnienia jej z ręki. Oznacza to, że jest ona również w swobodnym spadku podczas wznoszenia, co wydaje się dziwne, ale zarówno woda jak i butelka podlegają tej samej grawitacji bez żadnych innych sił zewnętrznych w tym samym czasie. Aby wyszkolić astronautów, robią to samo, ale z samolotem. Samolot ten, sprytnie i nieprzyjemnie znany jako Kometa Wymiocin, leci w górę, a następnie mknie przez powietrze, pozwalając mu kontynuować wznoszenie się po podobnej trajektorii jak butelka. Następnie, zanim uderzy w ziemię, piloci podrywają się i wzbijają się na chwilę w powietrze, po czym powtarzają ten proces ponownie. Jak można sobie wyobrazić, to wystarczy, aby każdy trochę mdłości3.
1Zdjęcie: Satoshi Furukawa unosi się na pokładzie ISS. Photo credit: NASA
2To jest prawdziwy problem. ISS spowalnia nieco z powodu zewnętrznej części ziemskiej atmosfery. W rezultacie, używają silników odrzutowych, aby odzyskać prędkość mniej więcej raz w miesiącu!
3Obraz: Trajektoria komety Vomit. Dzięki uprzejmości NASA
Written By: Scott Alton