飞船转起来有多好
太空的微重力环境确实不是闹着玩的,呆在太空的宇航员都不同程度地经历了肌肉萎缩和骨质疏松的情况,这是因为肌肉和骨骼不需要承受身体的重量了,用进废退,就会像长期不锻炼的人一样,变得弱不禁风了。专家们采取了很多措施来防止这种情况出现,但收效不大。
于是有人建议,我们是否可以在太空模拟重力呢?转动的物体会产生一定的离心作用,例如汽车拐弯时,我们就会被向外甩,如果没有抓着扶手,站着的那些人都会被甩到车厢的一侧,挤压着车厢。如果换个角度想想的话,我们相当于是被车厢的引力吸引过去了。
如果宇宙飞船或国际空间站是不断自转的,那么里面的宇航员就不是飘在空中的,而是紧贴在飞船的舱壁上的,这就相当于我们受到了来自飞船舱壁的引力,身体好像有了重力,平时的一举一动都需要身体的肌肉和骨骼来支撑,之后,肌肉不会再松弛收缩,骨骼就不会流失钙质而变疏松。
这个想法确实有一定的吸引力和可行性,飞船发射升空之后,用一个位于侧面边缘部位的引擎推动一下,就可以让飞船自转起来了。太空中几乎没有摩擦力,这种自转就可以一直保持下去。
宇航员找不着北了?
想法很好,也很可行,如果宇航员真的进入这种飞船中,会是什么景象?宇航工程师肯定要把一切可能遇到的问题都考虑到。令人高兴的是,飞船里的宇航员再也不用为喝水和吃饭而费劲了,洗衣也可以用小型洗衣机来洗了,排便也顺利了,不再像以前那样,尿液会紧贴着屁股,不愿离开。
不过离心力当重力,毕竟跟真实的重力还是不一样。躺在飞船舱壁上时,感觉也许与在地球上很相似,可是站在飞船舱壁上时,那感觉还是怪怪的。
首先景象怪异,如果宇航员们都站在飞船舱壁上的话,他们可以围着舱壁站一圈,每个宇航员感到的引力方向都不同,他们是脚在舱壁上,脑袋与脑袋都凑到了飞船的中心,他们可以这样站一圈开大会了。
行动起来更怪异。就像骑在旋转木马上的两个人相互抛球,即使是投篮明星,也没法把篮球准确抛给对方。那时候,宇航员伸手去按仪器按钮,可能都会感觉手臂受到一种沿着转动方向拖拽的力似的,手臂会自动偏转,手指无法落到按钮上。为什么?这就是被科学家称为“科里奥利效应”引起的。
科里奥利效应可以用抛篮球的例子来解释。随着人旋转的篮球具有一定的速度,当被抛出的时候,它的速度是那一点切线的速度加上人抛出的速度之合,当它被抛出后,人希望它只是按照抛出的方向和速度运动,但实际上,它肯定要受到切线速度的影响,偏离人给它设定的运动路线。
地球上的物体在运动时,往往也会受到地球自转导致的科里奥利效应影响。但地球的体积太大了,人跑出很远的距离,与地球半径相比,还相当于没动地方,另外,地球的自转速度比较慢,24小时才转一圈,因此,我们一般感受不到地球自转的科里奥利效应。但是由于飞船转速很快,为的是提供足够的离心力,同时飞船的体积又很小,人的举手投足,都可能会受到飞船自转的影响。
大脑很会适应变化
我们知道,在地球上大风天气里行走的时候,受到风的吹动,人无法走出直线来,但是人如果刻意用力抵抗风力,也能在风雨中沿着正确的道路前进,那时的人,看上去都是斜着身子走路的。科学家想知道的是,宇航员在这种情况下,能否经过调整也能正确地驾驶飞船?
科学家进行了深入的实验,像上面那个旋转木马的例子,如果人十次八次都无法把球传递给对方,那么经过十几次或几十次的传球之后,他竟然能够把球准确抛给对方了。原来人的脑袋会自动衡量自身的转速,从而抛球时,让手臂加上抵消这个转速的力,球就可以沿着人希望的方向前进了。
但是另一个有意思的现象来了:习惯了旋转木马的这两个人从木马上下来后,竟然会把踏实的地面和周围的物体看成是不断旋转的,旋转的速度与木马的旋转速度一样,但方向是相反的。这两个人脚踏实地站在地面上,却会自己被自己的感觉转晕倒。那感觉就像小孩玩耍时的一种情况。小时候,孩子们经常原地转圈,看谁转得快又不会晕倒。当快速转圈的孩子突然停下来时,他感觉地面和周围的一切都在眼前呼呼地转动呢!这两个从旋转木马上下来的人,感觉就是这样的。
怎么会这样?原来人的大脑对转动有调节和适应的能力,当人呆在旋转的物体上时间长了,习惯了后,大脑就适应了旋转的环境,再回到不转的环境里,大脑反而不适应了,一时反应不过来。比如抛球时,还是习惯加上转速的力,这反而抛不准了。
其实,经过科学家的实验表明,那两个从木马上下来的人站在原地不动,也就是一两分钟时间,大脑又会重新适应过来了,人又可以正常地在地面上活动了。
大脑的这种调节作用让科学家很高兴,这说明宇航员是可以在旋转飞船正常生活的,宇航员在经过训练之后,可以向正确方向伸出手臂,他的身体会自动加上抵消科里奥利效应的力,从而可以准确按到按钮。实验发现,人能够通过调整,最终适应的最大转速是每分钟25转。而飞船的自转速度一般不会这么快,飞船的体积不同,要求的自转速度也不同,一般可能设计为以每分钟10转的速度旋转。
因此,美国宇航局也很赞同这种旋转飞船的想法,也许以后发射升空的载人飞船就会自转起来。