Екскурзия в Космоса: как работи микрогравитацията?

Често сме виждали снимки на астронавти, плуващи например в Международната космическа станция.

Макар безтегловността да изглежда забавна и всеки от нас навярно не би отказал възможността да я изпита върху себе си, човешкото тяло не се отнася много добре към нея.

Главата бучи, а мускулите на краката се съкращават. В дългосрочна перспектива мускулите отслабват, а костите стават крехки. Тези ефекти могат да причинят сериозна вреда на вашето тяло, особено ако се отправите на дълъг път към Марс.

В тази статия ще се пренесем на борда на Международната космическа станция и ще разкажем какво прави безтегловността с вашето тяло, какви изменения могат да настъпят и какво трябва да се направи, за да се предотвратят или отстранят тези странични ефекти.

Запознайте се: микрогравитация

Представете си, че сте облечени в скафандър и лежите по гръб в кабината на космически апарат. Лежите си по гръб няколко часа, докато пилотите и Центърът за управление на полети се готвят за старт.

Обикновено, когато сте прави, силата на тежестта дърпа кръвта надолу, затова цели басейни от нея се събират в краката ви. Но тъй като лежите по гръб, кръвта се разпределя по вашето тяло, включително се натрупва и в главата, понеже краката ви са повдигнати. Главата ви е малко замаяна, сякаш току-що сте се събудили.

Ракетните двигатели се запалват и вие чувствате ускорението. Потъвате в стола, тъй като апаратът излита. Силата на тежестта заедно с увеличаването на скоростта на кораба се увеличава три пъти (на някои американски увеселителни влакчета можете да изпитате такова ускорение).

Гръдният ви кош се свива и ви става малко трудно да дишате. След осем минути и половина се озовавате в Космоса и започвате да изпитвате съвсем друго усещане: безтегловност.

Правилният термин за безтегловност е микрогравитация. Вие не сте безтегловни, тъй като земната гравитация държи вас и летателния апарат на орбита. Намирате се в състояние на свободно падане, сякаш сте скочили от самолет, но с разликата, че падате хоризонтално и никога не се приземявате.

Да допуснем, че се намирате на кантара и той показва вашето тегло, тъй като гравитацията дърпа надолу и вас, и кантара. Понеже везните са на земята, те се отблъскват нагоре с равнозначна сила – и тази сила е вашето тегло. Но ако скочите от скала, докато сте на кантара, и вие, и кантарът ще се привличате от гравитацията. Вие няма да упражнявате натиск върху везните и те няма да ви противодействат. Вашето тегло ще бъде нулево. Такъв е законът на Нютон.

Тъй като космическият апарат и всички обекти в него падат с една скорост – това, което не е закрепено, плава. Ако имате дълги коси, те ще плават около лицето ви. Ако излеете вода от чаша, тя ще се събере в голяма сферична капка, която можете да разбиете на по-малки капки. Бонбоните сами ще доплуват в устата ви, ако ги подбутнете по нужната траектория.

Докато си седите в стола, няма да разбирате, че седите, тъй като вашето тяло не оказва натиск върху него. Ако не се държите, ще отплувате. Освен това, ако не се държите за стената или пода с ръка или крак, няма да можете да мръднете от място – няма от какво да се отблъснете. По тази причина във всеки космически апарат има достатъчно дръжки за ръце и крака.

Вкусът на микрогравитацията

Когато за първи път се озовете в състояние на безтегловност, ще почувствате следното:

— гадене;

— дезориентация;

— главоболие;

— загуба на апетит;

— запек.

Колкото по-дълго останете в условията на микрогравитация, толкова по-слаби ще бъдат мускулите и костите ви. Тези усещания ще бъдат предизвикани от различни изменения в системите на вашия организъм.

Нека разгледаме подробно как реагира тялото на микрогравитацията.

Космическа болест

Гаденето и дезориентацията, които ще изпитате, са като усещането в стомаха, когато автомобилът „лети“ надолу по шосето или ви завъртят на въртележката. Само че на борда на кораба това чувство ще продължава няколко дни. Това е космическата болест, слабост на моториката, когато мозъкът ви получава противоречива информация от вестибуларните органи, разположени във вътрешното ви ухо.

Очите ви виждат, че се движите нагоре и надолу по кораба, но вестибуларната ви система разчита на силата на тежестта, за да определи посоката, което не работи в безтегловност. Затова очите ви могат да говорят на мозъка, че се движите от горе на долу, но мозъкът не го разбира.

Това предизвиква дезориентацията и гаденето, които могат да доведат до загуба на апетит и повръщане. За щастие след няколко дни мозъкът се адаптира и започва да реагира изключително на визуалните сигнали. Хапчетата също помагат.

Подпухнало лице и пилешки крака

В условията на микрогравитация лицето ви ще бъде подпухнало, а синусите – претоварени, което ще предизвика главоболие и нарушение на моториката. На Земята това може да се почувства, когато сте нагоре с краката – кръвта се оттича към главата.

На Земята гравитацията привлича вашата кръв, в резултат на което значителни обеми от нея се натрупват във вените на краката. Щом се озовете в условия на микрогравитация, кръвта се отдръпва от краката ви към гърдите и главата. Лицето подпухва, а краката – напротив, намаляват по размер.

Когато кръвта премине в гърдите, сърцето увеличава размери и изпомпва повече кръв с всеки удар. Бъбреците отговарят на този увеличен кръвоток с производство на по-голямо количество урина. Увеличението на кръвотока намалява нивото на секреция на хипофизния антидиуретичен хормон (АДХ), което намалява жаждата.

Няма да ви се иска да пиете толкова вода, колкото на Земята. В съвкупност тези два фактора ще помогнат на гърдите и главата ви да се избавят от излишните течности за няколко дни, а потокът течности във вашето тяло се нормализира (за космически условия). При връщането на Земята ще пиете повече и ще чувствате умора, но това ще премине.

Космическа анемия

Щом бъбреците ви изведат излишната течност, те ще намалят секрецията на еритропоетин – хормон, който стимулира производството на червени кръвни телца.

Намаляването на производството на червени кръвни телца се съпровожда с намаляване на обема на плазмата, затова хематокритът (процентът на обема кръв, заеман от червените кръвни телца) е същият, както на Земята. При връщането на Земята нивото на еритропоетин ще расте, както и количеството на червени кръвни телца.

Слаби мускули

Когато се намирате в условията на микрогравитация, тялото ви приема поза „зародиш“ – вие леко се прегъвате, ръцете и краката ви също заемат полусвито състояние. В такова положение не използвате много мускулите, особено тези, които ви помагат да поддържате стойката (антигравитационни мускули).

С времето, прекарано на борда на МКС, мускулите ви се променят. Тяхната маса намалява, което води до „пилешки крака“. Тялото ви вече не се нуждае от мускули, които бавно се съкращават, от рода на тези, използвани при стоеж. Необходими са бързо съкращаващи се влакна, за да се придвижвате по-бързо по станцията.

Колкото повече останете на МКС, толкова по-малка ще става мускулната ви маса. Загубата на мускулна маса ви прави слаби и това впрочем е сериозен проблем за продължителните полети, особено след връщане на Земята.

Остеопсатироза

На Земята костите ви поддържат теглото на вашето тяло. Размерът и масата на костите са добре балансирани. В условията на микрогравитация костите ви няма нужда вече да поддържат тялото, затова всички кости, особено носещите в района на ханша, бедрата и долната част на гърба, се използват по-малко, отколкото на Земята.

Размерът и масата на костите в безтегловност намаляват с около 1% на месец. В резултат при връщане на Земята те просто може да се разрушат. Не е известно какъв е процентът на възстановяване на костите след връщане на Земята, но той не е точно равен на 100. Именно този проблем налага ограничение на времето на пребиваване в Космоса.

В допълнение към слабите кости концентрацията на калций в кръвта води до заболявания на бъбреците, които трябва да извеждат излишния калций. Може да се образуват камъни в бъбреците.

Противодействия

Какво може да се направи, за да се облекчи пребиваването в условия на микрогравитация?

Що се отнася до неодушевените вещи, всеки обект на станцията или кораба трябва да се съхранява в шкаф, да бъде завързан или прикрепен към стената.

Например, ако се храните в условията на безтегловност, трябва здраво да стоите на крака в апарата, а подносът ви с храна да е прикрепен към вас с ремъци. Както знаете, храната обикновено се съхранява в тубички и представлява полутечна маса, която лесно може да се изстиска и няма да отплува. Портативно оборудване, от рода на лаптоп, също се прикрепя към вас или към стената на кораба.

Да обобщим: на борда на МКС тялото се подлага основно на три изменения – загуба на течности, загуба на мускулна тъкан и загуба на костна маса. Какво да направим, за да минимизираме тези загуби?

Загуба на течности

Едно от противодействията при загуба на течности е устройство, което се нарича „отрицателно налягане на долното тяло“, което работи като прахосмукачка под вашата талия и задържа течностите в краката. Това устройство може да се прикрепи към тренажор, например към пътека за тичане. Веднъж на ден може да се упражнявате с него по 30 минути, за да поддържате сърдечносъдовата система в състояние, близко до земното.

Освен това до връщането на Земята можете да изпиете голямо количество вода или електролитен разтвор, за да помогнете за възстановяване на загубената течност в тялото. Това ще предотврати загубата на съзнание след излизане от космическия кораб.

Мускулите и костите

НАСА и Роскосмос са изяснили, че най-добрият начин да сведете до минимум загубата на мускулна и костна маса в Космоса са постоянните тренировки. Те тренират мускулите, предотвратяват тяхната деградация и създават натоварване върху костите. Всеки ден по два часа на различни тренажори в специални ремъци, и ще можете да минимизирате загубата на мускулна и костна маса.

И все пак учените признават, че са необходими повече изследвания за определяне на качествени мерки. Те трябва да се провеждат както на борда на МКС, така и на Земята. Резултатите от изследванията могат да продължат пътя към дълготрайните полети, например към Марс.

Микрогравитация на Земята

Има няколко начина за моделиране и изучаване на микрогравитацията в земни условия.

Наклон на главата

Човек лежи на кревата и накланя главата си назад, на около 5 градуса от хоризонталната линия. Наклонът възпроизвежда преместването на течностите в организма, възникващо в условията на микрогравитация. Освен това не се използват носещи кости и мускули.

Басейн

Престой в топла вана с вода за дълъг период от време. Водата преразпределя течностите в организма и облекчава носещите кости и мускули, създавайки условия на микрогравитация.

Изкуствена микрогравитация

Полет със самолет, който лети по параболична траектория нагоре и надолу, създавайки 30-секундни периоди на микрогравитация при всеки пик. НАСА използва тази техника при подготовка на астронавтите, а също така предоставя възможност на всеки желаещ да изпита това усещане.