Если спросить прохожего, почему космонавты на Международной космической станции (МКС) парят в воздухе, девять из десяти человек ответят: «Потому что там невесомость. Они далеко от Земли, и гравитация там не работает».
Это звучит логично, но с позиции физики это грубейшая ошибка. Если бы гравитация Земли на высоте МКС «не работала», станция просто улетела бы в открытый космос по прямой линии, как камень, сорвавшийся с веревки.
Правда в том, что гравитация на МКС работает прекрасно. Вдобавок, она там очень сильная. Изучим детально, почему космонавты летают, если Земля продолжает их притягивать.
Гравитация никуда не исчезает
МКС летает на высоте где-то 400 километров над уровнем моря. По космическим меркам это ничтожно мало — буквально «ближняя дача». Для сравнения: расстояние до Луны — 384 000 километров.
На поверхности Земли ускорение свободного падения составляет 9,8 м/с².
На высоте орбиты МКС оно составляет около 8,8 м/с².
Разница — всего около 10%. Т.е. если космонавт весит на Земле 80 кг, то на станции он весил бы около 72 кг. Он стал бы немного легче, но точно не превратился бы в пушинку. Если построить башню высотой 400 км и поставить на крышу человека, он будет спокойно стоять на ногах, ощущая почти свой обычный вес.
Так почему же внутри станции люди парят, как воздушные шарики?
Секрет в скорости
Космонавты «плавают» не потому, что на них не действует гравитация. Они плавают, потому что они падают.
Представьте, что вы находитесь в лифте на 20-м этаже. Вдруг трос обрывается, и лифт начинает свободно падать вниз (не волнуйтесь, это мысленный эксперимент, в шахте есть аварийные тормоза).
Пока лифт летит вниз, вы внутри него окажетесь в невесомости. Если вы подпрыгнете, то повиснете между полом и потолком. Если выпустите из рук ключи, они будут падать рядом с вами с той же скоростью — а именно для вас они «зависнут» в воздухе.
Гравитация никуда не делась — именно она тащит вас и лифт вниз. Но поскольку вы и лифт падаете одинаково, внутри кабины возникает эффект невесомости.
МКС — это тот же самый лифт. Станция, космонавты, тюбики с едой и приборы — все они падают на Землю под действием чудовищной силы тяжести.
Почему они не разбиваются?
Здесь в дело вступает вторая сила — горизонтальная скорость.
МКС не просто висит над Землей, она несется вбок со скоростью 28 000 км/ч (первая космическая скорость).
Исаак Ньютон объяснял это с помощью пушки. Представьте, что вы стреляете из пушки с высокой горы.
- Ядро летит, но гравитация загибает его траекторию вниз, и оно падает на землю через 5 км.
- Вы стреляете сильнее. Ядро летит дальше, но все равно падает.
- Вы стреляете с такой силой, что ядро летит очень быстро. Гравитация тянет его вниз, но... Земля круглая!
Пока ядро падает на 5 метров вниз, поверхность Земли из-за своей кривизны тоже «уходит» вниз на 5 метров.
Это и есть орбита. МКС всегда падает на Землю, но промахивается. Она «заваливается» за горизонт быстрее, чем успевает приблизиться к поверхности. Это бесконечное падение, которое никогда не заканчивается ударом.
«Микрогравитация» — это неправильное слово?
Термин «микрогравитация», который часто используют научные работники, немного сбивает с толку. Суть не в том, что гравитация маленькая, а то, что ее эффекты внутри корабля сведены к минимуму из-за свободного падения.
Если бы МКС остановилась хоть на секунду, она камнем рухнула бы вниз, и никакой «вакуум» ее бы не спас. Космонавты не «плавают в отсутствии притяжения». Они — вечные пленники гравитации, которые находятся в состоянии бесконечного свободного падения вокруг планеты.
Так что, когда вы смотрите трансляцию с орбиты, помните: эти улыбающиеся люди прямо сейчас падают в бездну, просто у них очень высокая боковая скорость.