На Луне человек должен прыгать красиво, почти как супергерой. А на кадрах, запечатленных «Аполло́н-11», астронавт выглядит иначе. Скорее, как нелепая заводная кукла. Подпрыгнул, качнулся, сделал пару бессвязных шагов и шлепнулся не удержавшись на ногах.
Но что такое-то? Там ведь гравитация ниже! Должны были скакать, как козлики. И гигантскими меткими прыжками перемещаться по поверхности.
Именно так ведь вы ожидаете? Слабая гравитация должна все упростить. Если вес меньше - значит, тело легче. А раз легче, прыгай себе, как хочешь.
Почему тело не захотело действовать по такой простой инструкции?
Тело легче, но оно не становится пушинкой
На поверхности Луны ускорение свободного падения около 1,62 м/с². Это примерно 0,165 от земного.
Проще говоря, вес человека там снижается почти до одной шестой земных показателей. Что-то в этом есть магически привлекательное, да? Не надо специально садиться на диету, чтобы похудеть в 6 раз.
Кстати, уменьшение веса и создает ожидаемый эффект: шаги становятся пружинистыми, прыжок дольше зависает в воздухе, а падение выглядит замедленным. Казалось бы, скачи себе без напряжения. Зачем валиться-то?
Но физика тел не так проста. Не получится брать во внимание только один параметр и думать, что он решает все. Есть такая неприятная подробность: у тел существует не только вес, но еще и масса. И вот она-то никуда не исчезает.
Если вы давно вникали в тонкости физики - напомню, в чем разница между весом и массой:
Масса - это сколько в вас вещества, а вес - как сильно гравитация прижимает вас к поверхности.
Понимаете о чем я? На Луне ваш вес конечно стал меньше почти в 6 раз, но все же - к похудению этот факт не имеет ни малейшего отношения. Все ваше «наполнение» как было с вами, так и осталось. Масса остается той же.
Вот и получается, что вес хоть и стал меньше, но инерция осталась.
Инерция - это «упрямство» тела. Его трудно резко разогнать и трудно резко остановить.
Астронавт в скафандре и со снаряжением легче давит на лунный грунт, но его тело вместе со скафандром с прежней силой сопротивляется изменению движения.
Вестибулярный аппарат получает неправильную подсказку
На Земле вы не замечаете, как точно мозг сверяет каждый шаг. Толкнулись ногой от поверхности, стопа оторвалась, тело чуть полетело, потом нога встретила землю. Заметьте, ровно тогда, когда мозг этого ждал.
Но на Луне эта привычная арифметика ломается. Требуются новые настройки.
И главный герой здесь не только мышцы. Крайне важен вестибулярный аппарат, система равновесия, которая располагается в среднем ухе.
Да-да, положение тела в пространстве относительно поверхности вы воспринимаете ушами.
В среднем ухе есть полукружные каналы в форме улитки, которые отслеживают повороты головы. А есть отолитовые органы: маленькие структуры с кристалликами, которые помогают чувствовать линейное ускорение, движение вверх-вниз и наклон относительно силы тяжести.
Оказывается, гравитация для этой системы тоже является ускорением.
Понимаете теперь, в чем коварство лунного ускорения свободного падения? Вестибулярный аппарат не «выключается», как в невесомости, но и не получает привычного земного сигнала.
Он как будто сигналит мозгу: «Движение вниз есть, но оно странное».
Мозг добавляет зрение, ощущения от мышц и суставов, давление стоп на грунт. Но все эти подсказки приходят совсем не в земной пропорции. Нога давит слабее. Полет длится дольше. С грунтом встречается позже. Тело качается медленнее, чем мозг ожидает.
Представьте, что вы не глядя под ноги спускаетесь по лестнице, где последняя ступенька неожиданно ниже обычного. И вы в лучшем случает спотыкаетесь, в худшем - падаете. Вы ведь точно не забыли как ходить. Просто ваш внутренний прогноз ошибся.
На Луне такая «последняя ступенька» почти в каждом движении.
Почему прыжок превращается в борьбу с самим собой
Астронавты на Луне быстро поняли: обычная земная ходьба не слишком-то удобна.
В скафандре легче было перейти на пружинящие шаги, почти скачки.
Исследование в PLOS ONE о «числе Apollo» сделало обзор, как скафандры и слабая гравитация меняют переход от ходьбы к бегу. Там отмечено, что в малой гравитации бег может оказаться энергетически выгоднее ходьбы, а скафандры влияют на походку через свою массу, давление и самоподдержку.
Но движение скачками - не равно свободе.
Вы же понимаете, скафандр «Аполлон» далеко не спортивный костюм. Это герметичная инженерная оболочка.
Согнуть колени, наклониться, поймать равновесие руками, быстро поставить стопу на грунт, все это сделать гораздо сложнее.
MIT News, пересказывая работу Кристофера Карра и Джереми Макги, поясняет - характерная «лунная» походка помогала людям совершать меньше телодвижений внутри жесткого надутого скафандра.
Меня впечатляет одна простая деталь: на Луне легче, конечно, оторваться от поверхности, но гораздо труднее быстро исправить ошибку.
Вот смотрите: на Земле вы споткнулись, и, благодаря вашей реакции, вес тела тут же прижимает стопу к полу. Есть шанс резко переставить ногу и не шлепнуться на пол.
На Луне вы как будто постоянно спорите с задержкой: тело уже двинулось вперед, стопа еще не так сильно сцепилась с поверхностью, а мозг все еще ждет земной реакции.
Падали не потому, что были неуклюжими
Кадры «Аполлон-16» хорошо показывают, это была не комедийная неловкость, а настоящая работа в странной среде.
В видеобиблиотеке Apollo Lunar Surface Journal описан эпизод, где Чарльз Дьюк падает рядом с камерой, поднимает пыль и затем с трудом встает. В другом фрагменте он толкает пенетрометр в грунт, наклоняется вместе с ним, не удерживает равновесие и падает на руки. Ему удается подняться только после нескольких попыток.
Пенетрометр, кстати, это прибор для проверки сопротивления грунта. На Земле наклон над такой штукой может и не слишком приятен, но привычен. Равновесие терять нет причины.
А вот на Луне наклон превращается в задачу повышенной трудности: центр тяжести уходит вперед, за спиной скафандр и система жизнеобеспечения, колени гнутся плохо, а привычный «низ» ощущается неадекватно.
Людям на Луне даже поднять упавший предмет было не так просто. В той же видеобиблиотеке «Аполлон-16» есть эпизод, где молоток вылетает из руки Дьюка, после чего он несколько раз пытается достать его, но в итоге оставляет тщетные попытки и возвращается за щипцами.
Немного смешно смотреть сейчас эти кадры.
Но если вдуматься - это ведь был почти лабораторный опыт: люди впервые работали в малой гравитации, для которой их нервная система не годится.
Луна не делает людей легкими. Она сбивает настройки
Вот так вот, астронавты падали совсем не потому, что «плохо прыгали». Они как раз были очень тренированными и быстро учились.
Ответ в другом: человеческое тело выстроило всю механику движения под земную гравитацию.
Мышцы, внутреннее ухо, глаза, суставы и мозг обучены между собой договариваться в режиме 1 g.
На Луне им дали 1/6 g, скафандр, пыльный грунт, ограниченный обзор, тяжелый ранец и задачу работать, а не просто красиво скакать перед камерой.
Увы, но Луна не стала батутом. Она стала местом, где привычное тело внезапно оказалось неточным инструментом.
Не знаю, согласитесь ли вы со мной, но в этом ведь самое интересное. Космос проверяет не только ракеты и скафандры. Он проверяет наши самые незаметные настройки: как мы стоим, как шагаем, как чувствуем движение вниз, как доверяем собственному телу.
Подпишитесь, если вам интересны такие космические сюжеты: не только про героические кадры, но и про человеческую физиологию, которая в чужом мире начинает спорить сама с собой.