Человек в невесомости
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Невесомость возникает в полете: в космическом корабле, когда не работают его двигатели и он идет по инерции; в самолетах и ракетах, летящих по параболической траектории, иначе говоря, когда они делают как бы гигантский прыжок вверх, а затем пикируют вниз; она возникает в момент свободного падения парашютиста с самолета, с вышки и, наконец, даже при падении со стула на пол. Но если на космическом корабле невесомость может быть длительной, то ее проявление в условиях земной атмосферы бывает очень кратковременным. Даже при затяжном прыжке с самолета, когда парашютист падает, не раскрывая парашюта, через секунду он уже чувствует, как ветер свистит в ушах, бьет в лицо, давит снизу, мешает падать. Это значит, строго говоря, что свободного падения уже нет, а стало быть, нет и «чистой» невесомости.
Ну, а «частичная» невесомость, то есть не полное исчезновение веса, а лишь уменьшение его, бывает при всяком спуске: на качелях, в лифте, на санках с горы. И чем быстрее вы спускаетесь, тем ближе вы к невесомости.
Иными словами, невесомость возникает тогда, когда сила притяжения, действующая на каждую частицу вещества, на каждую клетку нашего тела, будет уравновешена силой, действующей также на каждую частицу вещества, но в противоположном направлении. При полете по параболической траектории такой уравновешивающей силой становится сила инерции, при полете спутников вокруг Земли — центробежная сила. В невесомости нет опоры, тело летит, падает, и ничто не мешает ему падать. Невесомость, возникающую при этом, называют динамической. Если же найти место во Вселенной, где Земля, Солнце и звезды притягивали бы предмет с одинаковой силой во все стороны, и он неподвижно повис бы в пространстве, это была бы статическая невесомость.
КАК МЫ ИССЛЕДОВАЛИ НЕВЕСОМОСТЬ
Бесспорно, лучше всего исследовать невесомость в условиях полета на космическом корабле: здесь она может быть длительной. Но пока полеты космонавтов единичны. Поэтому в повседневной работе врачам приходится сейчас ограничиваться изучением кратковременной невесомости, возникающей в самолете, летящем по параболе.
В просторных кабинах «летающей лаборатории» подопытными сначала были мы сами — сотрудники лаборатории. Освоившись, мы стали брать с собой животных. Наш самолет тогда шутя сравнивали с библейским Ноевым ковчегом: на нем поднимались в воздух самые разные представители животного царства, начиная от рыб и птиц и кончая такими верными друзьями человека, как собака и кошка. Затем была проведена серия экспериментов уже на людях.
В самолете невесомость длится полминуты — минуту. Маловато? Но так как многие нарушения физиологических функций организма возникают в самом начале невесомости, то для нас был важен и этот отрезок времени, тем более что мы могли по многу раз повторять этот начальный, очень интересный для исследователей период невесомости.
Невесомость, вернее, ее влияние на организм, можно исследовать и в иной обстановке. Например, итальянские ученые сбрасывали испытуемых со специальной вышки, называемой «римской башней»; перед самой землей их подхватывали упругие резиновые амортизаторы и мягко ставили на землю. В этих экспериментах невесомость длится 1,5 секунды.
КАКИЕ ОРГАНЫ ЧУВСТВ ВОСПРИНИМАЮТ НЕВЕСОМОСТЬ
Прежде всего это специальный орган чувств, которым человек (и животные) ощущает ускорения. Это вестибулярные аппараты, расположенные в височных областях головы, во внутреннем ухе. Каждый из них состоит из двух частей. Прямолинейные ускорения и притяжение Земли воспринимает так называемый отолитовый аппарат. Это мешочек; в нем на чувствительных волосках, к которым подходят нервные окончания, лежит маленький камешек — отолит. Он давит на волоски. Если человека перевернуть вверх ногами, камешек повиснет на волосках. Так человек ориентируется, где верх и где низ. В невесомости же этот камешек не давит и не тянет волоски.
Вторая часть вестибулярного аппарата — система полукружных каналов — дает человеку возможность чувствовать повороты головы. Полукружные каналы — это кольцевые трубки, заполненные особой жидкостью. Когда человек вращается, жидкость в силу закона инерции отстает и колышет чувствительные волоски. Таких каналов три, они расположены в трех взаимно перпендикулярных плоскостях.
Человек ощущает свой вес поверхностью тела — либо кожей ступней, если он стоит, либо кожей спины, если он лежит на спине, и т. д. О действии силы веса человеку сигнализируют мышцы, которые поддерживают руки, ноги и туловище, кровь, которая стремится слиться в нижние части тела, все внутренности, давящие вниз. При невесомости эти сигналы исчезают — появляется необычное ощущение.
Человек, погруженный в воду, тоже попадает в условия, напоминающие невесомость: мышцы, как и при невесомости, освобождаются от необходимости поддерживать ноги и руки, а давление опоры равномерно распределяется по всей поверхности тела. И все же это не невесомость.
ЧТО ЧУВСТВУЮТ ЛЮДИ В НЕВЕСОМОСТИ
Вам, наверно, снилось, что вы куда-то падаете, проваливаетесь. От страха все замирает, холодеет внутри. То же чувство испытываете вы и оступившись в темноте в яму. В этот момент «от страха захватывает дух и замирает сердце».
Такое же ощущение охватывает многих и в невесомости. Но ведь невесомость — это и есть «беспрепятственное падение». Однако чувство страха, впечатление, что падаешь вниз, как правило, длится недолго и кончается внезапно, причем человек сразу забывает о нем, оказываясь во власти нового сильного чувства, чувства радости, а некоторые — безмятежного счастья, бурного восторга. Серьезные, взрослые люди начинают дурачиться или замирают с блаженной улыбкой.
С каждым новым периодом невесомости повторяются и страх, и «падение», и необъяснимое чувство радости. Но после многих экспериментов эти чувства уменьшаются, и наконец наступает время, когда люди перестают замечать невесомость. Правда, среди большого числа обследованных нам встретилось несколько человек, которые никак не могли освоиться в невесомости: им все казалось, что они неудержимо падают. В ужасе от «бездны», в которую их «бросили», потеряв представление о том, где они и что с ними, не в силах найти надежную опору, они с криком размахивали руками. Эти люди ни за что не соглашались на повторение экспериментов.
Иные ощущения у людей, которых можно отнести ко второй группе. Не испытывая в невесомости ни страха, ни радости, они недоверчиво слушают рассказы товарищей об их необычных ощущениях. «Да, в невесомости любопытно,— говорят они,— но, в общем, ничего хорошего в ней нет». В отличие от первой группы испытуемых у них не возникает острых эмоций. Их ощущения монотонно неприятны: «Какая-то скованность», «Как-то не по себе», «Раздражает чувство беспомощности». «Почему беспомощности? — спрашиваю. — Ведь вы в невесомости работаете, пишете»,
— Да, работаю, и все же это — непонятное ощущение беспомощности. (Я передал разговор с одним опытным пилотом.)
С первых секунд невесомости у этих людей не бывает чувства страха, ощущения того, что они падают, но вместо этого у них могут быть любые другие иллюзии. Одним, например, кажется, что они перевернуты вверх ногами, то есть что самолет летит колесами вверх, другим — что самолет и они вместе с ним лежат на боку; третьим — что самолет висит в воздухе вверх хвостовой частью, а они соответственно лежат ничком.
Этим не ограничиваются неприятности людей, которых мы относим ко второй группе. Через некоторое время у них в невесомости начинаются так называемые вестибуловегетативные расстройства: тошнота, рвота, проливной пот. (Это очень напоминает морскую болезнь, хотя в данном случае она скорее «космическая».) Если неприятные явления не очень сильны, а человек достаточно тверд в своем желании продолжать эксперименты, то после многих повторений опыта тошнота перестает появляться, остается лишь повышенное потоотделение, и устают эти люди больше, чем те, которые относятся к первой группе.
Среди наших испытуемых было немало таких, у которых в невесомости не появлялось никаких нарушений и иллюзий. Это, прежде всего, летчики и парашютисты — люди летных профессий, привыкшие к часто встречающимся в их работе уменьшению и увеличению силы тяжести.
Казалось бы, вывод ясен: люди, испытавшие в начале невесомости «падение», легкий страх, а позже радость,— это прирожденные космонавты; те же, кто чувствует себя «перевернутым», в дальнейшем обязательно будут мучиться от «космической» болезни, и им о космосе нечего и думать. Нет, это не так. Именно у людей, которые проходят в невесомости через иллюзию падения, страх и радость, бывают некоторые коварные нарушения зрения, которых нет у тех, кто при отсутствии веса страдает от морской болезни.
Продолжение следует.
Автор: А. Китавет-Смык.