9 любопитни факта за близкия Космос
На Земята пламъкът има издължена форма заради силата на земното притегляне. Газовите молекули, които влизат в състава на въздуха, биват притегляни към планетата по същия начин, както и всички останали обекти, които притежават маса. Така че колкото по-близо е обектът до повърхността, толкова повече молекули се натрупват на едно и също място. Огънят нагрява въздуха и кара молекулите да се движат по-бързо. Добилите ускорение газове се разбягват във всички посоки от пламъка и се сблъскват с по-бавни, тоест студени, молекули.
В долната част на огъня те са повече и спринтьорите, удряйки се в бавните си другари като в стена, изскачат нагоре, където плътността на газа е по-малка. На освободеното място идват бавните молекули, в това число и кислородът, благодарение на който огънят продължава да гори. Такова смесване на газовете се нарича конвекция. Този процес не може да се извърши в състояние на безтегловност, защото плътността на газовете там е еднаква. Затова огънят на космическите станции гори много лошо (за щастие).
Пламъкът там не е издължен, а изглежда като кълбо. Нещо повече, огънят бързо изгасва, защото молекулите на кислорода не успяват да се доберат навреме до него. В открития Космос свещ или кибритена клечка изобщо не могат да горят, тъй като в междузвездното пространство почти няма кислород (думата „почти” означава, че там все пак се срещат отделни молекули, но понякога разстоянието между тях може а бъде милиони километри). През октомври 2013 г. излезе филмът „Гравитация” на Алфонсо Куарон. След станала авария героите на Сандра Бълок и Джордж Клуни се оказват в открития Космос и се опитват да стигнат до някакъв космически кораб, за да се спасят. Както обикновено в такива случаи, в Холивуд много са се старали, но все пак са допуснали много фатални грешки. Например в безтегловността на Куарон косите на героинята остават плътно прилепнали към главата.
Вярно, прическата й е момчешка, но за огорчение на кинаджиите дори късите коси се подчиняват на законите на физиката. И двамата астронавти се движат с еднаква скорост във вакуума, обаче въжето между тях в един момент започва да се движи съвършено свободно. Героят на Джордж Клуни, летящ около совалката с помощта на реактивна раница, се движи дори тогава, когато виси на едно място, макар че при състоянието на безтегловност може да остане там с години. Огънят в космическата станция гори подозрително земно – в орбита не са възможни показаните във филма пламъци.
Безкрайният кристал
Без конвекцията в състоянието на безтегловност не гори огън, а на космонавтите им се налага да използват вентилатори, за да раздвижват въздуха на станцията, защото в противен случай даже потта, избила по челото, не се изпарява. Има обаче един процес, който печели от липсата на конвекция – растежът на кристалите. Красивите многостенници се образуват от разтварянето на едно или друго вещество, когато атомите или молекулите от течността се присъединяват към зачатъка на кристала.
Лишилата се от част от своето вещество течност става по-малко плътна и на Земята тя се изтласква нагоре, тоест имаме конвекция. Постоянното движение на течността не позволява на кристала да се разрасне както трябва. При безтегловността няма конвекция, затова кубовете и тетраедрите се увеличават до внушителни размери.
Вредното шампанско
Без силата на Архимед не просто не можеш да вземеш вана (според легендата ученият открива наречения на негово име принцип именно по време на водни процедури), но и да се насладиш на кока-кола или на бира. Газираните напитки имат характерния си вкус благодарение на въглеродния двуокис, който излиза от течността във формата на мехурчета. В състояние на безтегловност въглеродният двуокис не излиза от напитките и остава разтворен в тях, даже попадайки в стомаха на космонавта.
Невъзможно е да се освободиш от него чрез оригване или по какъвто и да било друг начин, затова и консумацията на бира, да не говорим за шампанско, води само до неприятности. Впрочем търговците мислят за космонавтите. Австралийската пивоварна 4-Pines заедно с изследователската компания Saber Astronauticus разработва бира с понижено съдържание на въглероден двуокис. По-наситеният вкус трябва да компенсира недостатъчното количество „вълшебни мехурчета”.
Кипящият мехур
Като цяло учените са знаели какво ще се случва в орбита с пламъците още преди космонавтите да проведат реалните опити в условията на безтегловност. Нямали са обаче такава увереност по отношение поведението на течностите. Това въобще е един от най-сложните раздели на физиката с уравнения, които не се побират на страницата на списание. Изследователи от Мичиганския университет решават да изяснят какво се случва в орбита със съдържанието на кипящ чайник. Те измислят множество експерименти, които екипажите на пет мисии на космически совалки изпълняват между 1992 и 1996 г.
Вместо вода астронавтите използват вещество на основата на фреона, който кипи при ниски температури – науката си е наука, но да лекуваш изгаряния в орбита е къде по-сложно, отколкото на земята. Оказва се, че в безтегловността кипящата течност се превръща в един гигантски мехур, който расте, побирайки в себе си случайно образували се по-малки мехури. Физиците не са съвсем сигурни защо орбиталната вряла вода изглежда именно така, но смятат, че причината е в същата тази конвекция и в „изключването” на силата на Архимед.
Небостъргач до космическата станция
Много хора погрешно смятат, че безтегловността е отсъствие на сила на тежестта. Всъщност силата на тежестта в Космоса съвсем не изчезва, поне в околоземната орбита. Именно тази сила удържа Луната на орбитата й около Земята и не позволява на спътниците и на космическите кораби да се устремят към някоя друга галактика. Ако някой построи небостъргач с височина 370 километра (на такова разстояние е орбитата на космическата станция), качи се на последния етаж и излезе от прозореца, той няма да стане нов изкуствен спътник на планетата, а много бързо ще падне на Земята.
Нероденият космонавт
Ако животът в безтегловност е сложен, то раждането в орбита на човек или на други бозайници, изглежда, е невъзможно. Проблеми при самото раждане няма да има (вероятно), но това ембрионът да изкара девет месеца без гравитация е невъзможно. Развитието на плода е много сложен процес, който се регулира от множество външни и вътрешни фактори, един от които е земното притегляне. Без него тъканите и органите се формират неправилно и ембрионът загива още в самото начало. През 1996 г. совалката „Колумбия” достави в орбита миши ембриони, които тъкмо са започнали да се развиват. Те изкарват в безтегловност четири дни, след което са върнати на Земята. Всички „пътешественици” са загинали, като при тях не е протекло нито едно изменение, характерно за нормалните ембриони.
При паралелен опит в лаборатория всички процеси протичат нормално. Още по-рано, през 1979 г. в рамките на съветския проект „Бион-5”, няколко мишки зачеват в орбита, обаче нито една не успява да износи плода. Впрочем някои организми изобщо не се влияят от безтегловността. Малките рибки от вида японска оризия успешно изхвърлят хайвера си на борда на совалката „Индевър” през 1994 г. и от него се развиват няколко съвсем пълноценни екземпляра. Всъщност средата, която обитават рибите, отчасти напомня безтегловността и вероятно заради това оризиите са могли благополучно да се размножат и в Космоса.
Изчезващият калций
Живите създания са съставени от същите молекули и атоми, както и неживата материя, така че аномалните (от гледна точка на хората) изменения на законите на физиката действат и на тях. Освен това сложните биохимични и физиологични системи на живите същества също реагират на безтегловността. Например по време на първите продължителни космически полети е установено, че от костите бързо изчезва калцият. За месец в орбита космонавтите губят минимум 1,5% от костната си маса.
Причините за този необратим процес не са съвсем ясни. Учените предполагат, че механизмите, отговарящи за поддържането на нормалното състояние на костите, зависят от външни стимули, в това число и от постоянното земно притегляне. Когато то изчезне, системите, които са се образували в продължение на милиони години, съобразявайки се с гравитацията, се скапват. Не по-малко пагубно безтегловността влияе на мускулите. На Земята мускулатурата ни работи дори когато гледаме телевизия или спим. В Космоса мускулите на практика се изключват и „изсъхват”. Когато на 10 декември 1982 г. Анатолий Березовой и Валентин Лебедев се връщат от орбита след рекордно дълга до този момент мисия – повече от 211 дни, е трябвало да бъдат изнесени от кораба „Съюз Т-7”. Мускулите им са атрофирали и едва след интензивен рехабилитационен курс космонавтите отново започват да ходят нормално.
Заразните бактерии
Някои същества в състоянието на безтегловност се превръщат в чудовища. През 2006 г. екипажът на совалката „Атлантис” взима на орбита бактерията Salmonella typhimurium, главния виновник за интоксикацията при човека и животните. Опасните създания са сложени в специални контейнери, а астронавтите само са натиснали буталото, за да може салмонелата да попадне в хранителния бульон. Паралелен експеримент правят и на Земята. След проучването на донесените от астронавтите салмонели изследователите разбират, че в сравнение със земните бактерии при „космическите” по съвсем различен начин са започнали да се държат 167 гена и е изменена интензивността на синтеза на 73 белтъчини.
Тези изменения са резултат от стреса, причинен от безтегловността, и те значително повишават заразността на Salmonella typhimurium. Попадайки в Космоса, микроорганизмите активизират гените, които отговарят за формирането на онази маса от бактерии, в чиято вътрешност не могат да проникнат нито имунни клетки, нито антибиотици. Така че при продължителни мисии, например на Марс, хората трябва да се опасяват не само от радиация или от извънземни, но и от „родните” бактерии.
Цъфналата роза
За да изяснят как се променя ароматът на розите в състояние на безтегловност, астронавтите Тиаки Мукаи и Джон Глен извличат от цветчетата миришещото вещество с помощта на специална игла. По принцип корените, стъблата и клоните на растенията „разбират” накъде да растат, ориентирайки се спрямо земното притегляне – това явление се нарича геотропизъм. Но флората има един трик, благодарение на който космонавтите отдавна са организирали лехи в орбита: растенията могат да определят посоката нагоре-надолу и по това, откъде идва светлината. Те приемат лампата като слънце и се устремяват към нея, компенсирайки отсъствието на сила на тежестта. И все пак безтегловността оказва влияние на растителната физиология.
През 1998 г. астронавтът от совалката „Дискавъри” Джон Глен посажда в орбита роза от сорта Overnight Sensation („Нощно усещане”), за да разбере как тя ще ухае извън земните предели. Оказва се, че в състояние на безтегловност цветето има съвсем различен аромат. И макар че в орбита розата мирише по-слабо, основните компоненти, отговорни за характерния аромат, се отделят по-интензивно. По-късно японската компания Shiseido пресъздава парфюмерийната композиция на растящата в орбита роза в аромата Zen.
