في الكثير من الكتب والأفلام والبرامج التلفزيونية ، يتجول الأشخاص على سفن الفضاء كما يفعلون على الأرض. لكن في الحياة الواقعية ، يطفو رواد الفضاء في الفضاء. الفرق ليس فقط لأن الكتب والأفلام والتلفزيون من الخيال. إنه في تلك العوالم الخيالية ، توجد الجاذبية الاصطناعية. في عالمنا لم يحدث ذلك - حتى الآن. ولكن ربما يكون قادمًا.
الجاذبية قوة أساسية. يجذب الأشياء ذات الكتلة تجاه بعضها البعض. الأجسام ذات الكتلة الكبيرة - مثل الأرض - تجذب كائنات أخرى نحو مراكزها. هذا هو السبب في أننا نقف بثبات على الأرض بغض النظر عن مكان وجودنا على الأرض. لكن الجاذبية تتناقص مع المسافة. لذلك عندما يسافر الناس إلى القمر أو المريخ ، فإن جاذبيتهم نحو الأرض تضعف بسرعة ، مما يتركهم عائمًا.
يقول العلماء:الجاذبية
قد يبدو هذا ممتعا. لكن الحياة بدون الجاذبية ليست رائعة. على المدى الطويل ، لا تعمل عظامنا وعضلاتنا بنفس الجدية في بيئة خالية من الجاذبية. هذا يضعفهم. بدون الجاذبية ، لا يتدفق الدم وسوائل الجسم الأخرى بشكل طبيعي ويمكن أن تتجمع في الجزء العلوي من الجسم. هذا يمكن أن يقطع السمع.
أيضًا ، الطفو في الجاذبية الصفرية يجعلك تتقيأ.
في الواقع ، تلاحظ ميكا ماكينون ، "نحن نعرف الكثير من الطرق للحصول على نفس تأثير الجاذبية باستخدام قوى أخرى." وهي عالمة فيزيائية في معهد البحث عن ذكاء خارج كوكب الأرض (SETI). إنه موجود في ماونتن فيو بولاية كاليفورنيا ، وعلى الأقل قد لا تكون بعض الأساليب البسيطة بعيدة المنال.
جاذبية جماعية
يشرح ماكينون أن إحدى المقاربات تتمثل في "استخدام الكهرباء والمغناطيسية كطريقة لاستبدال الجاذبية". "يمكنك إنشاء هذا المجال المغناطيسي عن طريق تشغيل الكهرباء في دوائر" ، كما تقول. ينتج تدفق التيار الكهربائي عن المغناطيسية. كل ما على رائد الفضاء فعله هو ارتداء أحذية معدنية. التجاذب بين المعدن والمغناطيس سيساعد الشخص على المشي على الأرض.
قد يؤدي العمل المطلوب للسير عكس المغناطيس أيضًا إلى الحد من فقدان العظام والعضلات في الفضاء. لكن أن تكون عالقًا على الأرض ليس مثل الجاذبية. ستظل السوائل قادرة على التجمع في الجزء العلوي من الجسم. وستظل معدتك في حيرة من أمرها.
لنتعرف على الجاذبية
يقول ماكينون إنه يمكن للعلماء محاولة تسخير الجاذبية الحقيقية. تشير إلى أن كل شيء له كتلة له جاذبية. لذا فإن إحدى الأفكار البسيطة هي الحصول على كتلة كبيرة. "ابن لنفسك كوكبًا وبعد ذلك يكون لديك ما يكفي من الجاذبية" ، كما تلاحظ. ثم تضيف مرة أخرى ، هذا ليس من المريح جدًا أن تضطر إلى بناء كوكب أو حمل كوكب معك. " بدلاً من ذلك ، كما توضح ، قد يكون المفتاح هو الحصول على قدر كبير من الكتلة في منطقة صغيرة جدًا.
النجوم النيوترونية ، على سبيل المثال ، كثيفة للغاية. وتقول إن ملعقة صغيرة من مادة النجوم النيوترونية قد تكون كافية لمنحنا الجاذبية. أو "وخز قلم رصاص صغير" لثقب أسود. كلاهما يمارس كميات هائلة من الجاذبية لحجمهما.
لكن كيف يمكنك احتواء ثقب أسود - حتى لو كان صغيرًا - في منتصف مركبة فضائية؟ يقول ماكينون:"هذه مشكلة هندسية". "وليس لدينا أي فكرة عما ستكون عليه الهندسة."
دق حول سفينة الفضاء
إذا كنت في رحلة كرنفال مثل فنجان الشاي الدوار ، فقد شعرت بالجاذبية الاصطناعية. عندما تكون داخل جسم كبير يدور ، ستشعر بسحب نحو الجدار الخارجي. هذا بسبب القصور الذاتي. جسمك يقاوم التغيير في حركة الجسم الذي يدور من حولك.
نشعر بالقصور الذاتي كشيء غير موجود - قوة الطرد المركزي. يبدو أن هذه القوة تجذبنا إلى الحافة الخارجية لفنجان الشاي الدوار.
قوة الطرد المركزي هي حقا القصور الذاتي. ولكن إذا كان كل ما تحتاجه هو الجاذبية الاصطناعية ، فإن مثل هذه القوة الخيالية تعمل بشكل جيد. كل ما تحتاجه هو إما سفينة صغيرة تدور بسرعة كبيرة أو سفينة كبيرة جدًا تدور ببطء. في كلتا الحالتين ، ستجذب الدوران شخصًا أولًا تجاه الجدار الخارجي.
هذا تحسن على المغناطيس ، لأن الجسم كله سيشعر بالتأثير. يتحرك الدم والسوائل عبر الجسم كما هو الحال على الأرض. ستشعر العظام والعضلات بالسحب عند المشي أو الجري.
نسخة كبيرة من هذا النظام تسمى أسطوانة أونيل. تمت تسميته على اسم الفيزيائي جيرارد أونيل ، الذي جاء بهذه الفكرة. سيجلس زوج من هذه الأسطوانات الدوارة الضخمة موجهًا نحو الشمس وتدور في اتجاهين متعاكسين. تلك الدورات المعاكسة ستساعد في تثبيتها في مكانها.
تشرح Joalda Morancy ، التي تستخدم ضمائرهم ، "السبب الوحيد لعدم وجودهم هو أنهم ضخمون". طالب مبتدئ في جامعة شيكاغو في إلينوي ، يدرسون الفيزياء وعلم الفلك. مورانسي أيضًا متدرب في مختبر الدفع النفاث التابع لوكالة ناسا في باسادينا ، كاليفورنيا.
ومورانسي لا يمزح عندما يقولون إن أسطوانات أونيل ضخمة. كانت فكرة أونيل الأصلية هي إنشاء موائل فضائية بعرض ثمانية كيلومترات (خمسة أميال) وطول 32 كيلومترًا. يقول مورانسي:"يمكن أن يعيش هناك حوالي مليون شخص". "أتمنى حقًا أن أتمكن من رؤية واحدة".
يهتم جيف بيزوس ، مؤسس أمازون وشركة الفضاء Blue Origin ، ببناء أسطوانات O’Neill. لكن ما زال أمامنا طريق طويل.
هناك أيضًا مشكلة مكان بنائها. ربما يمكن بناء مثل هذا الهيكل على الأرض. لكن كيف ترسل شيئًا طوله 32 كم إلى الفضاء؟ يقول مورانسي:"سيكلف كثيرًا وسيستغرق الكثير من الصواريخ".
سيكون الخيار الأسهل والأقل تكلفة هو تجميع تلك الموائل العملاقة في الفضاء. ولكن "نحن أقرب إلى التكنولوجيا التي توصلنا إلى المريخ أكثر مما نحن أقرب إلى بناء أشياء في الفضاء" ، يلاحظ مورانسي.
أدر رائد الفضاء في جولة وجولة
يمكن للأجسام الدوارة الأصغر أن توفر نفس التأثير مثل أسطوانات أونيل. ومع ذلك ، فكلما كان الجسم أصغر ، كان يجب أن يدور بشكل أسرع ليمنحك الشعور بالجاذبية. وهذا الدوران له تحدياته الخاصة. اقض وقتًا كافيًا في فنجان شاي صغير دوار وقد تعترض معدتك قريبًا.
علاوة على ذلك ، يعاني الأشخاص الموجودون داخل الأجسام أو فوقها من تأثير كوريوليس. يحدث هذا الانحراف عندما تتحرك الأجسام غير المتصلة بالأرض بسرعات عالية أو مسافات طويلة بالنسبة لكوكب دوار. عندما يطير جسم ما في الهواء ، فإن الأرض أدناه ستدور. لذلك سيبدو الجسم وكأنه ينحرف قليلاً ، حيث يهبط إلى الجانب الذي يتجه إليه. في معظم الأوقات ، يكون هذا الاختلاف ضئيلًا جدًا لدرجة أنك لن تلاحظه أبدًا. إذا رميت كرة بيسبول من مدينة نيويورك إلى خط الاستواء ، فستفعل بالتأكيد.
تأثير كوريوليس هو قوة مزيفة أخرى. مثل قوة الطرد المركزي ، إنها في الواقع قصور ذاتي (نعم ، مرة أخرى). ومثل قوة الطرد المركزي ، يكون تأثير كوريوليس ملحوظًا. في مركبة فضائية سريعة الدوران ، ستضطر ذراعيك إلى جانب واحد وأنت ترفعه.
لكن التأثير على ذراعيك لا يُقارن بالتأثير على عقلك. يلاحظ كاثرين بريتل أن الأشخاص في أسطوانة تدور بسرعة يعانون مما يسمى الوهم المتقاطع. إنها مهندسة طيران في جامعة كولورادو في بولدر. عندما يكون شخص ما داخل رحلة دوارة - أو محطة فضاء دوارة - غالبًا ما يشعر بالرضا عندما يتطلع إلى الأمام. الوهم المتقاطع هو أن "الشعور بالهبوط الذي تحصل عليه عندما تدير رأسك".
لحسن الحظ ، وجد Bretl طريقة للتغلب على المشكلة. كانت هي وزملاؤها يضعون الناس في كرسي دوار ويجعلونهم يديرون رؤوسهم من أجل العلم. في إحدى الدراسات ، جلس كل مجند على كرسي دوار لمدة 25 دقيقة يوميًا لمدة 10 أيام. بدأ الكرسي بالدوران ببطء - مرة واحدة فقط في الدقيقة. بمرور الوقت ، زاد Bretl السرعة ببطء. بعد حوالي 10 أيام ، يمكن للمتطوعين تحمل الدوران أكثر من 11 مرة في الدقيقة. بعد 50 يومًا من التدريب ، يمكنهم الدوران أكثر من 25 مرة في الدقيقة ، في المتوسط. وحتى الآن ، يضيف بريتل ، "لم يكن لدينا أي تقيؤ."
في عام 2019 ، وصف فريقها الإجراء الذي يستغرق 10 أيام في Journal of Vestibular Research . ظهرت نتائج الخمسين يومًا العام الماضي في مجلة npj Microgravity .
يمكن أن تدور غرفة في المحطة الفضائية بسرعة كافية بحيث يشعر رواد الفضاء بقوة جاذبية تبلغ حوالي 1 جرام - نفس الشيء الذي سيشعرون به على الأرض. لن يكون من الضروري أن تكون الغرفة كبيرة ، حيث يبلغ عرضها حوالي 2.6 متر (8.5 قدم). هذا صغير بما يكفي لربطه بمحطة الفضاء الدولية. يقول بريتلي:"ربما يتم تدوير زوج من الوحدات مقابل بعضهما البعض". "سيكون رواد الفضاء واقفين على جهاز المشي أثناء دوران هذا النظام." يمكن لرواد الفضاء ممارسة التمارين في الصالات الرياضية الدورية ، للتأكد من بقاء عضلاتهم وعظامهم ودورتهم الدموية بصحة جيدة. بقية الوقت سوف تطفو في أجزاء أخرى من المحطة الفضائية.
يقول بريتل:"أعتقد أن الكثير من الناس ينظرون إلى [الجاذبية الاصطناعية] ويعتقدون أنها بعيدة جدًا". "لكنني لا أعتقد أنه يجب أن يكون." من المحتمل أن تكون أسطوانات أونيل الضخمة تلك بعيدة جدًا. لكن "الجاذبية الاصطناعية لا تتطلب ذلك النظام الضخم الضخم باهظ التكلفة للغاية من أجل توفير الفوائد لرواد الفضاء."
