Astronauci na orbicie unoszą się swobodnie, więc łatwo pomyśleć, że grawitacji tam nie ma. To nieprawda: na wysokości, na której krąży stacja kosmiczna, jest ona tylko nieznacznie słabsza niż na Ziemi. Powód nieważkości jest inny i da się go zrozumieć bez wzorów.
Czym jest grawitacja
Grawitacja to wzajemne przyciąganie wszystkich obiektów, które mają masę. Ziemia przyciąga ciebie, a ty przyciągasz Ziemię, tyle że ona jest tak ogromna, że to ty „spadasz” na nią, a nie odwrotnie. Im większa masa i im mniejsza odległość między ciałami, tym przyciąganie jest silniejsze.
Ważne jest to, że siła ta słabnie z odległością, ale nigdy nie znika całkiem. Księżyc krąży wokół Ziemi właśnie dlatego, że ta go przyciąga, mimo że dzieli ich spora odległość. Podobnie Ziemia krąży wokół Słońca.
Warto też odróżnić dwa pojęcia, które na co dzień mylimy:
- masa – ilość materii w ciele, taka sama na Ziemi, na Księżycu i na orbicie,
- ciężar – siła, z jaką ciało jest przyciągane, a więc zależy od miejsca, w którym się znajduje.
Dlaczego w kosmosie grawitacja nadal działa
Międzynarodowa Stacja Kosmiczna krąży na wysokości około 400 kilometrów nad powierzchnią Ziemi. W skali planety to niewiele, bo promień Ziemi wynosi ponad 6000 kilometrów. Dlatego grawitacja na tej wysokości jest tylko trochę mniejsza niż na powierzchni, mniej więcej o kilkanaście procent.
Gdyby ktoś postawił na takiej wysokości gigantyczną wieżę i stanął na jej szczycie, nadal czułby swój ciężar niemal tak jak na ziemi. Skoro więc przyciąganie jest wciąż silne, to dlaczego astronauci się unoszą?
Swobodny spadek, czyli sekret nieważkości
Odpowiedź brzmi: astronauci cały czas spadają. Stacja kosmiczna i wszystko, co jest w jej wnętrzu, spadają razem w stronę Ziemi, ale jednocześnie poruszają się bardzo szybko w bok, z prędkością rzędu kilkudziesięciu tysięcy kilometrów na godzinę. Dlatego zanim stacja zdąży „uderzyć” w Ziemię, powierzchnia planety zakrzywia się pod nią. Stacja ciągle spada, a Ziemia ciągle jej umyka.
Można to sobie wyobrazić na przykładzie rzuconej piłki. Im szybciej ją rzucisz poziomo, tym dalej upadnie. Gdyby dało się rzucić ją odpowiednio szybko, zataczałaby łuk równoległy do krzywizny Ziemi i nigdy by nie spadła. Tak właśnie działa orbita.
Skoro stacja i astronauta spadają z tym samym przyspieszeniem, żadne z nich nie „naciska” na drugie. Podłoga nie podpiera stóp, więc nie czujemy ciężaru. To uczucie nazywamy nieważkością albo mikrograwitacją, choć dokładniej byłoby powiedzieć: stan swobodnego spadku.
Jak to wpływa na życie astronautów
Brak odczuwalnego ciężaru zmienia codzienne czynności. Kilka przykładów:
- przedmioty, których nikt nie przytrzyma, odpływają i trzeba je mocować,
- woda tworzy kuliste krople zamiast spływać, dlatego do picia używa się specjalnych pojemników,
- spanie odbywa się w przymocowanych śpiworach, żeby nie dryfować po module,
- ruch wymaga delikatności, bo każde odepchnięcie się od ściany wprawia ciało w ruch, który trudno szybko wyhamować.
Długi pobyt w takich warunkach odbija się na organizmie, który nie musi pokonywać siły ciężkości. Dlatego astronauci mają w planie dnia regularne ćwiczenia fizyczne. Szczegółowe zalecenia ustalają specjaliści agencji kosmicznych, a to temat daleki od porad dla zwykłego czytelnika.
Jak samemu zobaczyć efekt swobodnego spadku
Nie trzeba lecieć w kosmos, żeby zobaczyć, jak zachowują się przedmioty w swobodnym spadku. Wystarczy prosty, bezpieczny eksperyment, który najlepiej wykonać nad zlewem lub na dworze.
- Weź plastikowy kubek i zrób w jego ściance, tuż nad dnem, niewielki otwór, na przykład czubkiem ołówka.
- Zatkaj otwór palcem i napełnij kubek wodą.
- Odsuń palec: woda zacznie wypływać strumieniem.
- Teraz puść kubek z wodą z wysokości, trzymając go nad zlewem lub w miejscu, gdzie nic się nie stanie, i obserwuj strumień.
Podczas spadku strumień powinien zniknąć albo wyraźnie osłabnąć, bo woda i kubek spadają razem i woda przestaje „naciskać” na ściankę. To namiastka nieważkości, którą w przypadku astronautów trwa nieprzerwanie, dopóki są na orbicie.
Podobne wrażenie można zauważyć w windzie, która rusza w dół, albo na początku opadania na huśtawce: przez chwilę ciało wydaje się lżejsze. To nie jest pełna nieważkość, ale pokazuje, że odczuwany ciężar zależy od tego, jak podpierane jest nasze ciało, a nie tylko od samego przyciągania.
Najważniejsze do zapamiętania
Grawitacja działa w kosmosie prawie tak samo jak na Ziemi, a astronauci unoszą się dlatego, że razem ze stacją pozostają w ciągłym swobodnym spadku wokół planety. Nieważkość jest więc skutkiem ruchu po orbicie, a nie braku przyciągania. Jeśli interesują cię dokładne dane o wysokości orbity czy prędkości stacji, warto sprawdzić aktualne informacje na stronach agencji kosmicznych, bo parametry orbity z czasem się zmieniają.