Este ușor de presupus că astronauții plutesc în spațiul cosmic pentru că sunt departe de gravitația Terrei. Dar luați cazul Lunii, care este mult mai departe de Pământ decât Stația Spațială Internațională, dar orbitează în jurul Pământului, deoarece este atrasă în permanenţă de gravitația Pământului.
Gravitația este o forță de atracție, care este mereu prezentă între două obiecte care au masă (totuși, conform relativității generale a lui Einstein, gravitația nu este o forță. n.n.). Avem nevoie însă de obiecte mari ca planetele sau sateliții acestora pentru a realiza că gravitaţia există.
Mişcarea accelerată a unui obiect cu masă spre centrul Pământului este descrisă, de obicei, prin intermediul acceleraţiei gravitaționale, notată cu „g”, care are valoarea sub 10 m/s2 (9,81 m/s2 la suprafața terestră. n.n.). Forţa de atracţie scade pe măsură ce distanța dintre obiecte crește. Pentru a scăpa însă complet de atracţia gravitaţională ar trebui să fim la o distanță infinită față de orice obiect cu masă.
Putem însă crea un mediu în care să nu simţim efectele gravitației. De obicei un astfel de mediu este numit „microgravitaţie” sau „gravitaţie zero”, pentru că obiectele par a nu avea greutate.
⇒ Citește și: În fapt, Pământul accelerează către tine, oriunde ai fi pe Terra (pentru un punct de vedere care ține cont de fizica einsteiniană)
Metode pentru a obține microgravitația
Dar ce înseamnă de fapt „să nu ai greutate”? Efectul unei forţe poate fi observat doar atunci când există o altă forță care se opune acesteia. Deoarece avem masă, atracția gravitațională a Pământului ne va antrena într-o mişcare accelerată spre centrul planetei. Din fericire, scoarţa terestră oprește această mișcare în cazul nostru, celor situați pe solul terestru. Dacă însă nu ar fi nimic care să ne oprească din cădere, atunci am putea avea senzaţia că nu avem greutate, că suntem imponderabili.
Aceasta este prima modalitate de a „scăpa” de gravitaţie: căderea liberă! Unii oameni cred că acest lucru se întâmplă şi în cazul paraşutiştilor, dar un parașutist nu se află niciodată cu adevărat în cădere liberă, pentru că frecarea cu aerul încetinește căderea obiectelor.
Cu toate acestea, pentru experimente științifice, cercetătorii pot depăşi această problemă prin eliminarea aerului din turnuri uriașe (unele, de 150 m). Apoi efectuează experimente în aceste turnuri, dând drumul la obiecte către baza acestora; timp de aproximativ patru secunde, până la ciocnirea cu solul, în interiorul acestor turnuri sunt condiţii de „microgravitaţie”.
O altă modalitate de a obține „căderea liberă” este de a lansa obiecte pe orbită în jurul Pământului (cum ar fi Stația Spațială Internațională). Forța centrifugă „împinge” obiectele aflate pe orbită într-o direcţie opusă forţei de atracţie gravitaţională a Pământului. Așadar, un obiect în „cădere liberă” în jurul Pământului la viteza și altitudinea corecte pare a fi fără greutate. Acesta este cazul cu SSI, care reprezintă un excelent laborator ştiinţific pentru studiul microgravitaţiei.
[După cum se poate observa pe parcursul articolului, abordarea este una newtoniană, nu einsteiniană. După Einstein, nu există nicio forță centrifugă implicată; un satelit, în cădere liberă, în fapt doar urmează calea cea mai dreaptă într-un spațiu-timp curbat. n.n.]
→ Citește și: De ce plutesc astronauții de pe Stația Spațială Internațională?
Cercetarea în condiții de microgravitație
Dar ce au nevoie oamenii de știință de microgravitaţie? Majoritatea proceselor de pe Terra sunt influențate într-o oarecare măsură de gravitație, ceea ce înseamnă că cercetând în condiții de microgravitaţie este o manieră inteligentă de a afla mai multe despre modul cum funcţionează lumea din jurul nostru.
Au fost deja efectuate unele cercetări uimitoare în acest sens. De exemplu, oamenii de ştiinţă au studiat modul în care metalele interacționează în aliaje în condiţii de microgravitaţie, obţinându-se astfel pale mai uşoare pentru turbinele din motoarele avioanelor.
De asemenea, precizia măsurării timpului pe Pământ a fost îmbunătățită prin utilizarea unor ceasuri atomice în spațiul cosmic, iar instrumente medicale construite iniţial pentru a testa presiunea din costumele astronauților sunt acum pentru a monitoriza în spitale pacienţii cu traumatisme craniene.
Microgravitaţia este folosită și pentru a înțelege mai bine modul de formare a planetelor. Știm din observații că materialul predominant în regiunile în care se formează planetele este reprezentat de mici granule de praf și gheață. Cum se unesc acestea pentru a forma o planetă? Știm azi să explicăm de ce obiecte foarte mici stau împreună (legăturile chimice) și de ce obiecte foarte mari stau împreună (gravitația). Dar cum se ajunge de la nişte particule de câțiva milimetri la obiecte cu diametrul de mulți kilometri? Nu știm.
Experimentele de acest gen sunt dificile pe Terra, pentru că particulele sunt foarte fragile și lente ori pentru că particulele de praf se distrug ori sunt influențate de gravitație și ajung la sol.
Prin urmare, cercetătorii creează condiţii de microgravitaţie cu ajutorul „zborurilor parabolice”. Zborurile parabolice se folosesc de piloți de încercare, care ajustează traiectoria avionului în așa fel încât cei din interiorul avionului experimentează starea de imponderabilitate. Starea de imponderabilitate durează aproximativ 22 de secunde, dar se repetă de cel puțin 31 de ori pe timpul zborului.
Deşi s-au reușit coliziuni de particule în astfel de condiții, nu s-a observat că acestea s-au și unit, sub acțiunea gravitației.
Zbor parabolic, ESA
Ce va urma?
Unele companii private au creat deja „avioane spațiale” pentru a transporta turiști până la „marginea spațiului”, putându-se astfel experimenta imponderabilitatea pentru câteva minute. Astfel de zboruri sunt însă și oportunități pentru oamenii de ştiinţă pentru a efectua experimente.
De asemenea, se intenţionează construirea unor sateliți de mici dimensiuni, ieftini, care ar putea fi utilizaţi pentru experimente științifice. După cum puteți vedea, cercetarea în domeniul microgravitației prezintă multe oportunități astăzi.
Traducere și adaptare după TheConversation
