Инфо Наука космической невесомости: "круглое" пламя и кристаллы-гиганты

Сооружение Международной космической станции (МКС) продолжается, но разнообразные научные исследования проводятся уже многие годы. Среди них – изучение воздействия микрогравитации на различные объекты, в том числе живые. Ниже представлены наиболее интересные, необычные и захватывающие эксперименты, осуществить которые на Земле практически невозможно.

Из-за отсутствия гравитации сила поверхностного натяжения доминирует в поведении жидкостей в космосе. На сделанном на МКС снимке она заставляет воду растягиваться за пределы металлической петли, как будто жидкость взболтана невидимой ложкой. На самом деле эффект был создан небольшим источником тепла, неравномерно нагревшим воду. В результате разница температур привела к дисбалансу в поверхностном натяжении, заставляя воду вращаться. Называется такой тип движения конвекцией Марангони (Marangoni convection) и на Земле проявляется менее явно, но может быть замечен, например, в остывающих лужах расплавленного металла.


Микрогравитация способствует формированию менее горячего пламени с округлой формой. В отличие от земных условий, разогретый и менее плотный воздух не поднимается вверх. Поэтому такие процессы, как диффузия частиц из областей с высокой температурой в зоны с низкой, доминируют. Изучение горения в космосе позволяет больше узнать о фундаментальной физике явления и может помочь в разработке систем пожаротушения для будущих космических миссий.


Кристаллы имеют тенденцию к росту до больших размеров, как демонстрирует правое изображение кубиков минерала цеолита. Так происходит вследствие того, что растущие в жидкости кристаллы "питаются" растворенными в смеси веществами, оставляя менее плотную жидкость за собой. На Земле жидкость всплывает, создавая в экспериментальных контейнерах конвективный поток и ограничивая размер кристаллов. Эффект полностью отсутствует в условиях микрогравитации. Более крупные кристаллы больше скажут о своей структуре и свойствах. Цеолит, к примеру, полон микроскопических пор, которые можно использовать для фильтрации и хранения материалов, таких как водород для будущих топливных ячеек.


Японская рыба Медака (на снимке показан эмбрион) была одним из первых животных, используемых с целью изучения развития живых организмов в космосе. Важность гравитации в начале жизненного цикла животных до сих пор остаётся большой загадкой. Хотя "космическая" Медака была похожа на земных сородичей, эксперименты на мышах и жабах показали, что невесомость может иметь существенное влияние на ранних стадиях развития, приводя к появлению физических аномалий.


Недостаток гравитации – не единственная изменяющаяся характеристика среды для пребывающих в космосе животных. Они также получают повышенные дозы солнечной и космической радиации. Некоторые бактерии способны выжить под действием вакуума и интенсивного облучения. Однако до настоящего момента только микроскопическое беспозвоночное существо "водяной медведь", или тихоходка, смогло выдержать такие испытания. В ходе европейского эксперимента в 2007 году некоторые тихоходки были подвержены воздействию одновременно интенсивного излучения солнечного ультрафиолета и космического вакуума, тогда как другие – только вакуума. Среди выживших осталось большинство из побывавших только в безвоздушном пространстве и некоторое количество испытавших облучение.


Огромная часть космических исследований сфокусирована на физиологических эффектах микрогравитации. Состояние свободного падения приводит к нарушению у астронавтов способности оценивать размеры и расстояния и к потере красных кровяных клеток, а также мышечной массы. Но более всех достаётся скелету. Даже при строгом режиме физических нагрузок большинство людей теряло около 1,5% костной массы в определённых частях тела, таких как бёдра, за каждый месяц пребывания в космосе. Исследователи работают над уменьшением эффекта с помощью вертикальной "бегущей дорожки", симулирующей условия микрогравитации.


Этот "чемодан" служит для изучения эффекта, оказываемого радиацией на различные материалы. В рамках первого "Эксперимента с материалами на МКС" (Materials International Space Station Experiment, MISSE) ёмкость была присоединена к станции в 2001 году. 1 сентября этого года астронавты сняли шесть таких конструкций. По заявлению NASA, MISSE "вероятно наиболее плодородная программа из всех экспериментов до сегодняшнего дня".


МКС играет роль базы для ряда мини-спутников – устройств размером с футбольный мяч, являющихся частью проекта "Удерживание синхронизированного положения переориентируемыми экспериментальными спутниками" (Synchronized Position Hold Engage Re-Orient Experimental Satellites, SPHERES). Это трио использовалось для тестирования контрольных программ, позволяющих спутникам обходиться минимальным вмешательством человека. Индивидуально управляемые спутники могут быть скоординированы для формирования мощных телескопов. Более совершенные процедуры контроля также позволят стыковаться кораблям в автоматическом режиме.


Демонстрация свойств микрогравитации часто проводится, чтобы передать удивительное состояние невесомости широкой общественности. В 2008 году астронавт Такео Дои (Takao Doi) запустил бумеранг, чтобы проверить, вернется ли он обратно. Вернулся, так как путь бумеранга в виде петли является результатом действия неравномерных сил со стороны воздуха на изогнутые предметы. Ранее в 2009 году астронавт Коичи Ваката (Koichi Wakata) провел серию опытов, включавших передвижение на "ковре-самолёте", складывание одежды и применение глазных капель.

3DNews - Daily Digital Digest