خیلیها فکر میکنند در ایستگاه فضایی بینالمللی هیچ جاذبهای وجود ندارد و فضانوردان در حالت بیوزنی کامل هستند، اما در واقع چنین نیست. جاذبه زمین حتی در آن ارتفاع هم حضور دارد. ایستگاه فضایی در فاصله حدود 400 کیلومتری از سطح زمین در مدار حرکت میکند و در آن نقطه، نیروی جاذبه تنها حدود 10 درصد ضعیفتر از سطح زمین است. به بیان سادهتر، هنوز 90 درصد از کشش زمین در همان ارتفاع وجود دارد.
اما اگر جاذبه هنوز وجود دارد، پس چرا فضانوردان و وسایل داخل ایستگاه در فضا شناورند؟ پاسخ در پدیدهای به نام میکروگرانش است، نه جاذبه صفر.
اصطلاح جاذبه صفر باعث میشود تصور کنیم هیچ نیروی جاذبهای وجود ندارد، در حالی که واقعیت چیز دیگری است. اگر واقعا هیچ جاذبهای وجود نداشت، ایستگاه فضایی از مدار خارج میشد و به سمت بینهایت فضا پرتاب میگردید. در حقیقت، میکروگرانش شرایطی است که در آن اثر شتاب ناشی از جاذبه تا حد زیادی کاهش پیدا میکند. تمام اشیاء داخل ایستگاه، از بدن فضانورد گرفته تا ابزارها و حتی ذرات هوا، همگی در حال سقوط آزاد با سرعتی تقریبا برابر هستند. چون همگی با هم سقوط میکنند، نسبت به یکدیگر ثابت به نظر میرسند و همین باعث میشود احساس بیوزنی به وجود آید.
درک این تفاوت کمک میکند بفهمیم فضاپیماها چگونه در مدار باقی میمانند و چرا محیط داخل ایستگاه فضایی چنین ویژگی منحصربهفردی دارد. در این محیط میتوان مشاهده کرد که مواد، شعلهها یا بدن انسان بدون اثر جاذبه چگونه رفتار میکنند. همین دانستهها پایه بسیاری از دستاوردهای علمی در فیزیک، پزشکی و مهندسی است و در آینده به مأموریتهای فضایی دورتر کمک خواهد کرد.
چگونه میکروگرانش در ایستگاه فضایی ایجاد میشود؟
میکروگرانش به وضعیتی گفته میشود که در آن تمام اجسام نسبت به محیط اطرافشان شتابی یکسان دارند. در واقع همه چیز در حالت سقوط آزاد قرار دارد. در ایستگاه فضایی، این احساس بیوزنی به این دلیل است که ایستگاه و هر آنچه درون آن است به طور مداوم در حال سقوط به سمت زمین هستند، اما هیچگاه به آن برخورد نمیکنند.
برای تصور بهتر، توپ بیسبالی را در نظر بگیرید که از بالای برجی بلند به سمت افق پرتاب میشود. توپ بلافاصله شروع به سقوط میکند اما به دلیل سرعت افقیاش در مسیر منحنی به حرکت ادامه میدهد. اگر این سرعت به اندازه کافی زیاد باشد، توپ در مدار زمین باقی میماند و هرگز به سطح زمین نمیرسد. ایستگاه فضایی هم دقیقا همین وضعیت را دارد.
این ایستگاه با سرعتی نزدیک به 28000 کیلومتر در ساعت به دور زمین میچرخد. جاذبه زمین آن را همواره به سمت پایین میکشد، اما چون سرعت حرکت آن زیاد است، مسیر سقوطش دایرهای شده و مدام به دور زمین میگردد. تمام وسایل و انسانهای داخل ایستگاه نیز همراه با آن در حال سقوطاند، بنابراین نسبت به هم ثابت دیده میشوند.
با وجود این، جاذبه کاملا وجود دارد و همان نیرویی است که ایستگاه را در مدار نگه میدارد. اگر نیروی جاذبه زمین نبود، ایستگاه فضایی به فضای بینستارهای پرتاب میشد. همین اصل درباره ماه هم صدق میکند. ماه نیز دائما در حال سقوط به سمت زمین است اما به دلیل سرعت مداریاش هرگز به زمین نمیرسد.
میکروگرانش به حالتی اشاره دارد که در آن نیروی جاذبه مؤثر بسیار کوچک است، در حدود یک میلیونیوم جاذبه سطح زمین. به همین دلیل در ایستگاه فضایی، جاذبه هنوز وجود دارد اما چون کل سازه در حال سقوط است، داخل آن احساس بیوزنی کامل ایجاد میشود. این شرایط محیطی منحصربهفرد فراهم میکند که در آن میتوان پدیدههای علمی، مهندسی و زیستی را به شکلی بررسی کرد که روی زمین امکانپذیر نیست.
اهمیت میکروگرانش برای علم و سفرهای فضایی
ناسا و دیگر سازمانهای فضایی، ایستگاه فضایی بینالمللی را به عنوان یک آزمایشگاه میکروگرانش حفظ میکنند چون این محیط بیوزن فرصتهای بینظیری برای پژوهش علمی فراهم میسازد. در زمین، فرآیندهایی مانند تهنشینی، همرفت و شناوری به شدت تحت تأثیر جاذبه هستند و همین موضوع باعث میشود رفتار واقعی مواد و مایعات دیده نشود. در شرایط میکروگرانش، این اثرات از بین میروند و دانشمندان میتوانند پدیدههایی مثل حرکت سیالات، رشد بلور، یا واکنشهای زیستی را با دقت بیشتری بررسی کنند.
زندگی در حالت بیوزنی تغییرات زیادی در بدن انسان ایجاد میکند. فضانوردانی که ماهها در فضا زندگی میکنند، با تحلیل عضلات، کاهش تراکم استخوان، تغییر در گردش خون و حتی تغییر در حواس بدنی روبهرو میشوند. بررسی این تغییرات به ناسا کمک میکند برنامههای تمرینی، رژیم غذایی و طراحی فضاپیماها را به گونهای تنظیم کند که اثرات بیوزنی کمتر شود.
در کنار آن، تجهیزات و مواد مورد نیاز برای مأموریتهای آینده مانند سفر به ماه و مریخ، در همین محیط آزمایش میشوند تا دوام آنها در شرایط سخت فضا بررسی شود. ایستگاه فضایی بینالمللی در حقیقت پلی است میان زمین و سفرهای آینده به اعماق فضا. شناخت نحوه رفتار انسان و تجهیزات در میکروگرانش کلید موفقیت در مأموریتهای بینسیارهای است.
تمام این دانش حاصل از آزمایشها، نه تنها به بهبود طراحی فضاپیما و سامانههای پشتیبانی حیات کمک میکند، بلکه برنامهریزی سفرهای فضایی آینده را نیز دقیقتر میسازد. هر آنچه امروز در ایستگاه فضایی بینالمللی یاد گرفته میشود، قدمی است برای ساختن فردایی که انسان بتواند فراتر از مدار زمین زندگی و کاوش کند.
