Imagine que você está dentro de um veículo - ou outra máquina - girando tão rápido que a força pressiona seu corpo contra a parede ou assento. À medida que você gira cada vez mais rápido, a pressão que o força contra a parede aumenta (e, inversamente, diminui à medida que a rotação diminui). O peso é semelhante à força da gravidade que mantém seu corpo preso à terra.
Se você for como a maioria das pessoas, sua experiência mais dramática com este tipo de força giratória provavelmente é em um passeio em um parque de diversões - especificamente um passeio de Rotor clássico que produziu muita alegria (e sim vômito ) desde meados do século 19 século.
Mas um punhado de pessoas, incluindo astronautas e pilotos militares, experimenta o mesmo fenômeno em uma centrífuga de classificação humana, uma máquina que gira para produzir essas altas "forças G", também chamadas de aceleração. Eles experimentam essa força G a bordo de aeronaves de alto desempenho durante curvas de alta velocidade e durante lançamentos no espaço e quando as espaçonaves diminuem rapidamente ao entrarem novamente na atmosfera da Terra.
O que é gravidade artificial?
Em um sentido muito real, esse tipo de rotação produz gravidade - gravidade artificial para ser mais preciso. Ele fornece peso ao seu corpo - peso que seus ossos e músculos não podem distinguir do peso que a Terra, ou outro planeta, fornece por conta de sua massa.
Consequentemente, durante décadas, os escritores de ficção científica têm imaginado espaçonaves giratórias que criam gravidade artificial para os astronautas durante as fases mais longas das missões espaciais. Essas fases ocorrem quando não são extrapesadas devido à aceleração do navio para ganhar velocidade, ou desacelerando na atmosfera, mas sem peso devido ao deslocamento da nave, anulando os efeitos da gravidade.
Dois exemplos dessa gravidade artificial na ficção científica são o filme de 2015 "The Martian" e o épico de 1968 "2001: A Space Odyssey". "The Martian" apresenta uma nave interplanetária, a Hermes, com uma grande seção em forma de roda que gira em sua jornada entre a Terra e Marte. Conforme a câmera aumenta o zoom, você percebe que "para cima" para os astronautas dentro do Hermes é sempre em direção ao centro da roda, enquanto "para baixo", o "chão", é a borda. A Space Station V em " 2001: A Space Odyssey " é uma estação giratória que gera gravidade artificial igual à da lua.
Além do mero conforto, existem boas razões pelas quais precisamos da gravidade artificial em missões espaciais de longa distância. Por um lado, na ausência de peso, nossos corpos mudam de maneiras que podem ser prejudiciais quando os astronautas chegam a seus destinos - como Marte - ou retornam à Terra. Os ossos perdem conteúdo mineral (eles amolecem, tornando-se vulneráveis à fratura); músculos atrofiam (eles encolhem e enfraquecem); os fluidos se deslocam em direção à cabeça e também são excretados do corpo, causando alterações no sistema cardiovascular e nos pulmões; o sistema nervoso fica fora de controle; e nos últimos anos, pesquisadores de medicina espacial descobriram o que poderia ser dano permanente aos olhosem alguns astronautas. Acrescente a essa pesquisa que sugere que a gravidade pode ser necessária para os humanos terem uma gravidez normal no espaço e quase parece um acéfalo que qualquer espaçonave transportando humanos ao redor do sistema solar deve girar, ou ter alguma parte da nave que o faz .
Pesquisando Gravidade Artificial
A NASA e outros estão pesquisando essa possibilidade?
A resposta é sim. Desde 1960, os cientistas da NASA vêm considerando a perspectiva da gravidade artificial por meio de rotação. No entanto, o esforço, financiamento e entusiasmo geral aumentaram e diminuíram ao longo das décadas. Houve um surto de pesquisas na década de 1960, quando a NASA estava trabalhando para enviar o homem à Lua (o orçamento da NASA naquela época era quase 5% de todo o governo federal - dez vezes o que é hoje).
Embora a NASA não tenha enfatizado a pesquisa sobre gravidade artificial na última metade do século, os cientistas, tanto dentro quanto fora da agência espacial, estão estudando uma série de situações. Os camundongos girando em uma pequena centrífuga a bordo da Estação Espacial Internacional sobreviveram sem problemas e os humanos presos à Terra estão aprendendo a se adaptar em salas giratórias. Há um no Laboratório de Orientação Espacial Ashton Graybiel na Universidade de Brandeis e no Instituto DLR de Medicina Aeroespacial em Colônia, Alemanha, que abriga a Centrífuga de Braço Curto DLR, Módulo 1 . É o único do tipo no mundo que pesquisa os efeitos da alteração da gravidade, principalmente no que diz respeito aos riscos à saúde que ocorrem na microgravidade.
Por que não temos naves espaciais giratórias?
Mas se a necessidade da gravidade artificial é tão clara, por que se preocupar com pesquisas no espaço ou na Terra? Por que os engenheiros simplesmente não começam a trabalhar projetando navios giratórios, como o Hermes?
A resposta é que a gravidade artificial exige uma compensação, porque todo esse giro cria problemas. Como no Rotor Ride, mover a cabeça enquanto gira tão rápido causa náusea. Girar também afeta o fluido em seu ouvido interno e qualquer outra parte do corpo que você move enquanto está em um ambiente rotativo.
E os problemas de náusea, desorientação e movimento pioram quanto mais rápido você gira (o número de rotações por minuto [RPMs]). Mas a quantidade de gravidade artificial que pode ser produzida depende tanto dos RPMs quanto do tamanho do que quer que esteja girando.
Para experimentar uma determinada quantidade de gravidade - por exemplo, metade da quantidade normal que você sente na Terra - o comprimento do raio de rotação (a distância de você de pé no chão ao centro de tudo o que está girando) determina a velocidade com que você precisa girar. Construa uma nave em forma de roda com um raio de 738 pés (225 metros) e você produzirá a gravidade total da Terra (conhecida como 1G) girando a apenas 1 RPM . Isso é lento o suficiente para que os cientistas tenham certeza de que ninguém ficaria nauseado ou desorientado.
Além de o chão ser um pouco curvo, as coisas a bordo de tal nave pareceriam bem normais. Mas construir e voar uma estrutura tão enorme no espaço envolveria vários desafios de engenharia.
Isso significa que a NASA e quaisquer outras agências ou organizações espaciais que possam enviar pessoas ao redor do sistema solar no futuro devem se contentar com uma quantidade menor de gravidade, uma rotação mais rápida (mais RPMs) - ou ambos. Uma vez que não há laboratório na Lua onde a gravidade da superfície é cerca de 16 por cento da superfície da Terra, tornando-o um ótimo lugar para pesquisar os efeitos da baixa gravidade, ao contrário da gravidade zero, simplesmente não há dados suficientes para saber como muita gravidade que os humanos podem precisar para missões espaciais de longo prazo ou colônias espaciais . Esses dados são necessários, assim como os dados sobre quanta rotação os humanos podem tolerar razoavelmente, e essa é a razão para a pesquisa em andamento da gravidade artificial.
Agora isso é legal
A Universidade do Colorado, em Boulder, está estudando maneiras de projetar sistemas giratórios que cabem em uma sala de uma futura estação espacial ou base lunar. Os astronautas podiam entrar nesses quartos apenas algumas horas por dia para obter sua dose diária de gravidade.
