Гравитация в космосе почти такая же сильная, как на поверхности. Что же мешает МКС вместе с космонавтами рухнуть вниз?
На высоте 400 километров над вашей головой сейчас летит Международная космическая станция. Внутри неё несколько человек пьют кофе из специальных мешочков, занимаются на велотренажёре и, судя по всему, совершенно не беспокоятся о том, что под ними — пропасть в несколько сотен километров.
Почему они не падают? Популярный ответ — «потому что там нет гравитации» — неверен. Гравитация на высоте МКС составляет около 88 процентов от привычной земной. Она там есть. И именно она удерживает станцию на орбите. Парадокс? Сейчас разберёмся.
Ньютон, пушка и самый элегантный мысленный эксперимент в истории физики
В 1728 году, уже после смерти Исаака Ньютона, вышла его книга «О системе мира», в которой он описал один из самых наглядных опытов, которые человечество придумало, не выходя из кабинета. Представьте очень высокую гору — настолько высокую, что её вершина торчит выше атмосферы. На вершине стоит пушка. Вы заряжаете её и стреляете горизонтально.
При малой скорости ядро делает дугу и падает на землю неподалёку. Увеличиваете скорость — падает дальше. Ещё больше — ещё дальше. А теперь представьте, что ядро летит настолько быстро, что, пока оно падает, Земля под ним успевает «уйти» ровно на столько же, на сколько ядро снизилось. Ядро падает — но никогда не достигает поверхности. Оно облетает вокруг планеты и возвращается прямо в ствол пушки.
Это и есть орбита. Никакого отсутствия гравитации. Объект просто движется вперёд настолько быстро, что его траектория падения совпадает с кривизной планеты. Гравитация тянет его вниз постоянно — но это «вниз» всё время смещается, потому что Земля круглая.
МКС находится именно в этом положении. Она падает на Землю каждую секунду своего существования. Просто при этом так же стремительно летит вперёд — и Земля вечно уходит из-под неё.
28 тысяч километров в час — что это значит на практике
Орбитальная скорость МКС — около 27 700 километров в час.
Практическое следствие этой скорости — 16 восходов и 16 закатов за одни земные сутки. Полный виток вокруг планеты занимает 90 минут. За это время под иллюминаторами МКС проплывают все континенты, все океаны и — если повезёт с освещением — грозовые облака над тропиками, которые светятся изнутри, как гигантские лампочки.
Именно эта скорость — ответ на главный вопрос. Получается, что не в космосе нет гравитации, а движение идет с такой скоростью, что гравитация не успевает притянуть объект к поверхности.
«Рвотная комета»: как почувствовать невесомость, не покидая атмосферу
Перед тем как отправить человека на орбиту, его учат существовать без гравитации. Для этого используют специальный самолёт — в России это Ил-76 МДК, в США — модифицированный Boeing 727. В народе эту машину называют «рвотной кометой». Название говорит само за себя: около половины пассажиров испытывают тошноту на борту.
Схема полёта выглядит издевательски просто. Самолёт набирает высоту, затем летчики резко задирают нос на 45 градусов. В этот момент пассажиров вжимает в пол с силой двух g — тело весит вдвое больше обычного. Затем двигатели переводят в режим, при котором самолёт следует параболической траектории свободного падения. Всё внутри — люди, оборудование, случайно выроненные ручки — начинает парить.
фотореалистичная сцена орбитального полета, Международная космическая станция летит горизонтально в космосе, под ней огромная Земля, но поверхность планеты заметно изгибается и словно уходит вниз из-под станции, создавая визуальный эффект что Земля «уезжает», яркая голубая атмосфера по краю планеты, облака и океаны, ощущение огромной скорости, кинематографический свет, максимальный фотореализм, стиль National GeographicДлится это 25–30 секунд. За один полёт таких парабол бывает от 10 до 15. Суммарно — около пяти минут чистой невесомости. Достаточно, чтобы понять, чего ожидать. Недостаточно, чтобы к этому привыкнуть.
Тошнота на «рвотной комете» — не слабость и не случайность. Это вестибулярная система в растерянности: глаза говорят мозгу «ты летишь», внутреннее ухо говорит «ты неподвижен», мозг не понимает, кому верить, и на всякий случай запускает защитную реакцию.
Опытные космонавты учатся подавлять её, фиксируя взгляд на одной точке и избегая резких движений головой. Некоторые так и не адаптируются — и это тоже ценная информация для медиков.
Невесомость — не отсутствие гравитации. Это отсутствие опоры. Когда нет ничего, что давит на вас снизу, вы не чувствуете веса (при этом масса, как была, так и осталась). Космонавт на МКС и сам корабль падают с одинаковым ускорением — поэтому между ними нет никакой силы реакции, никакого «пола, толкающего вверх». Гагарин описал это точно: ощущение, будто висишь в подвешенном состоянии. Подвешен — но не гравитацией, а скоростью.
Ньютон понял это три с половиной века назад с помощью мысленной пушки на воображаемой горе. Гагарин почувствовал это 12 апреля 1961 года — и сохранил достаточно хладнокровия, чтобы записать свои ощущения в протокол.