Kodėl TKS iš tiesų „nėra nesvarumo“?
Vienas dažniausių mitų, su kuriuo susiduria kosmoso populiarintojai, yra įsitikinimas, kad Tarptautinėje kosminėje stotyje (TKS) astronautai sklando todėl, kad ten nebėra Žemės traukos. Žmonių vaizduotėje maždaug 405 km aukščio orbitoje virš Žemės prasideda paslaptinga „pasaulio pabaiga“, kur planetos gravitacija tiesiog išsijungia.
Vis dėlto fundamentali fizika sako ką kita. Šiame aukštyje Žemės gravitacinis laukas yra beveik toks pat stiprus kaip ir planetos paviršiuje. Trauka ten siekia net apie 90% to, ką jaučiame stovėdami ant žemės. Jei TKS staiga sustotų – tai yra, jos greitis Žemės atžvilgiu taptų lygus 0 km/s – ji akimirksniu lyg akmuo nuskrietų tiesiai žemyn. Kodėl tuomet astronautai stotyje sklando, o vandens lašai virsta taisyklingomis sferomis? Netgi ugnies liepsna čia įgauna visiškai kitokią, mums neįprastą sferinę formą.
Nuolatinis kritimas „pro šalį“
Atsakymas slypi ne gravitacijos trūkume, o judėjime. TKS skrieja aplink Žemę milžinišku – maždaug 27 600 km/h (arba ~7,7 km/s) – horizontaliu greičiu.
Įsivaizduokite, kad stovite ant aukšto kalno ir metate akmenį. Dėl traukos jis skrieja parabole ir nukrenta ant žemės. Jei iššaunate jį iš patrankos, jis nuskrieja daug toliau, tačiau Žemės kreivumas vis tiek jį pasiveja. O dabar įsivaizduokite, kad akmeniui suteikiate tokį horizontalų greitį, jog jam krentant žemyn, pačios Žemės paviršius dėl savo sferiškumo tolsta (apvalėja) lygiai tokiu pačiu greičiu.
Orbitinis skrydis yra būtent tai – nuolatinis kritimas „pro šalį“. TKS ir viskas, kas yra jos viduje (įskaitant astronautus), krenta link Žemės, tačiau dėl milžiniško horizontalaus greičio planeta nuolat „pabėga“ iš po stoties. Kadangi TKS ir astronautai krenta visiškai vienodu greičiu, stoties atžvilgiu žmogus pakimba erdvėje.
Ekvivalentiškumo principas: liftas kosmose
Šį fenomeną giliausiai paaiškina Alberto Einšteino suformuluotas ekvivalentiškumo principas, tapęs bendrosios reliatyvumo teorijos pagrindu. Einšteinas pasiūlė minties eksperimentą: įsivaizduokite liftą, esantį aukšto dangoraižio viršūnėje. Jei lifto trosai nutrūktų ir jis pradėtų laisvai kristi, viduje esantis moralus žmogus pasijustų esąs visiškame nesvarume. Jei jis paleistų iš rankų obuolį, šis pakibtų šalia jo, nes abu objektai krenta vienodu pagreičiu.
Istorinis A. Einšteino 1916 m. straipsnio apie bendrąją reliatyvumo teoriją žurnale *Annalen der Physik* viršelis ir 1920 m. portretas, autorius Ferdinand Schmutzer
A. Einšteinas suprato fundamentalų dėsningumą: lokaliai (uždaroje sistemoje) laisvasis kritimas gravitaciniame lauke yra visiškai ekvivalentiškas judėjimui tuščioje erdvėje, kurioje nėra jokių jėgų. Gravitacijos poveikis sistemos viduje lokaliai tiesiog išnyksta.
Būtent todėl terminas „nesvarumas“ arba „nulinė gravitacija“ fizikoje nėra visiškai tikslus. Teisingesnis terminas yra mikrogravitacija. Ši aplinka sukuria idealią laboratoriją, kurioje, pašalinus juntamą svorį, galima tyrinėti grynus fizikinius bei biologinius procesus, netrikdomus Žemės traukos sukeliamo slėgio ar konvekcijos.