你有没有想过,航天员在空间站里为啥能飘来飘去?是离地球远了引力变小了吗?
咱先来算笔账:地球半径约6378公里,中国空间站飞在400公里高的天上,按道理说那里的重力少说也有地面的86%——差不多相当于你从100斤变成86斤,该站还是能站住的。
可为啥电视里航天员都像武侠片里的轻功高手,手指一点就能翻跟头,水珠飘着不落地呢? 这里头藏着个天大的误会。真正让航天员“飘起来”的秘密,是空间站绕着地球玩命转圈儿。
它一边飞,地球引力一边往下拽,两股劲儿刚好杠上了,结果舱里头就整出个“微重力”的环境。科学上管这叫“表观失重”,意思不是没重力了,而是你感觉不到重量了。现在咱就掰扯掰扯,这微重力环境到底咋回事儿。
微重力不是零重力
早些年人们常把太空叫“零重力环境”,这说法其实不准确。专业点说,微重力指的是重力水平降到地球表面的万分之一到百万分之一之间。好比说你体重150斤,到那儿就剩个小药丸那么点分量了。
实践十号科学实验卫星测得的微重力水平达到百万分之一g,精密度极高。 为啥太空舱里能整出这效果?奥秘全在运动方式上。
空间站每90分钟绕地球转一圈,速度达到每小时2万8千公里。这个疯狂转圈产生离心力,正好和地球引力较上劲,两下里一抵消,舱里的人和物件就“飘”起来了。
就像你坐过山车俯冲时肚子发飘的感觉,只不过空间站这“过山车”一直冲个不停。
在这环境下过日子,新鲜事儿可多了:睡觉不用床,站着躺着都一个样,睡袋挂墙上就行; 喝水得用袋装,不然水珠满屋飞。2013年天宫课堂,航天员王亚平演示的水球实验,把地面教室里的孩子们看得眼都直了。
微重力环境待久了,身体可要闹意见,血液不再往下半身流,全往脑袋涌,脸看着圆了一圈,脖子静脉鼓得像小水管,鼻子还老觉着堵得慌。更麻烦的是骨头和肌肉,在地面咱走路跑步都得使劲,骨头才能结实。
到了天上飘着,小腿大腿的肌肉用不着绷着,一个月能掉1-2%的骨量,半年下来少十分之一骨头矿物质不是吓唬你。 美国航天员弗兰克·卢比奥在空间站住了371天,落地时都得被人抬着走。
为啥?肌肉萎缩了,骨头变脆了,直接站容易骨折。现在航天员每天得在特制跑步机上绑着弹力带跑两钟头,再举铁练肌肉,不然回地球连路都走不利索。
可别光看麻烦,科学家可稀罕这微重力环境了,2025年瑞士科学家在模拟微重力下搞出件大事:用3D打印打出活体肌肉组织!地面上打这玩意儿可费劲,重力总让“生物墨水”往下塌。
到了微重力环境,细胞乖乖排好队,打出的肌肉纤维跟人体里的一模一样。 为啥这么神?地面上重力总捣乱:烧炉炼合金,重的金属沉底轻的漂上面;培养蛋白质晶体,对流让结构歪七扭八。
天上这些干扰全没了,2016年我国实践十号卫星19项实验塞满舱,从半导体材料到干细胞培养全研究个遍。其中好些实验在地面根本做不成,像观察液滴在无容器状态咋凝固,这技术将来可能造出新一代航空发动机叶片。
咱中国空间站建好后,微重力实验室更宽敞了,2023年9月航天员景海鹏带着朱杨柱、桂海潮在“天宫课堂”开直播,全国学生都看见微重力下蜡烛火焰的神奇变化。空间站里搞实验比卫星更带劲,实验时间长,人还能动手操作。
科学家给空间站装了套“流体回路控温”系统,保证做生物实验时温度稳稳当当。毕竟同时做材料熔化和细胞培养,两边要的温度不一样,这套系统能让返回舱里的温度精确控制。
2022年梦天实验舱升空后,中国空间站微重力水平达到国际顶尖水准,为未来深空探测铺了路。 微重力环境虽好,可人类毕竟是在地球上演化出来的物种。
科学家发现长期太空飞行会改变肠道菌群,美国航天员斯科特·凯利在太空待了340天后,体重掉了7%,肠道微生物组成都变样了。这些研究反过来帮了地球上的大忙,老年人肌肉萎缩、骨质疏松的治疗新招,有些就是从航天医学来的灵感。
微重力哪是简单的“飘起来”这么简单?它是太空送给人类的宝贵实验场,是解锁新材料、新药物的金钥匙。
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