แรงโน้มถ่วง ทำไมเราต้องการแรงโน้มถ่วงเทียม สำหรับภารกิจอวกาศระยะยาว ลองนึกภาพว่าคุณอยู่ในยานพาหนะหรือเครื่องจักรอื่นๆที่หมุนไปรอบๆอย่างรวดเร็ว จนแรงกดร่างกายของคุณเข้ากับผนังหรือที่นั่ง เมื่อคุณหมุนเร็วขึ้นและเร็วขึ้น แรงกดที่บังคับให้คุณกระแทกกับผนังจะเพิ่มขึ้น และในทางกลับกันจะลดลงเมื่อการหมุนช้าลง น้ำหนักให้ความรู้สึกเหมือนกับแรงโน้มถ่วง ที่ทำให้ร่างกายของคุณแนบกับพื้นโลก

หากคุณเป็นเหมือนคนส่วนใหญ่ ประสบการณ์ที่น่าทึ่งที่สุดของคุณกับแรงหมุนประเภทนี้ น่าจะมาจากเครื่องเล่นในสวนสนุก โดยเฉพาะ Rotor Ride สุดคลาสสิกที่สร้างความสุขอย่างมาก ตั้งแต่กลางวันที่ 19 ศตวรรษ แต่มีเพียงไม่กี่คนรวมทั้งนักบินอวกาศและนักบินทหาร ประสบกับปรากฏการณ์เดียวกันนี้ในเครื่องหมุนเหวี่ยงที่จัดอันดับโดยมนุษย์ ซึ่งเป็นเครื่องจักรที่หมุนเพื่อสร้างแรง G สูงเหล่านี้หรือเรียกอีกอย่างว่าความเร่ง

พวกเขาได้สัมผัสกับแรง G นี้บนเครื่องบินสมรรถนะสูงระหว่างการเลี้ยวด้วยความเร็วสูง ระหว่างปล่อยสู่อวกาศและเมื่อยานอวกาศลดความเร็วลงอย่างรวดเร็ว เมื่อกลับเข้าสู่ชั้นบรรยากาศของโลก แรงโน้มถ่วงเทียมคืออะไร ในความหมายที่แท้จริง การหมุนในลักษณะนี้สร้างแรงโน้มถ่วง แรงโน้มถ่วงเทียมเพื่อให้แม่นยำ มันให้น้ำหนักแก่ร่างกายของคุณ น้ำหนักที่กระดูกและกล้ามเนื้อของคุณไม่สามารถแยกความแตกต่าง

จากน้ำหนักที่โลกหรือดาวเคราะห์ดวงอื่นมอบให้ได้เนื่องจากมวลที่แท้จริง ดังนั้นเป็นเวลาหลายทศวรรษแล้ว ที่นักเขียนนิยายวิทยาศาสตร์ได้จินตนาการถึงยานอวกาศที่หมุนได้ ซึ่งสร้างแรงโน้มถ่วงเทียมสำหรับนักบินอวกาศ ในระหว่างภารกิจอวกาศที่ยาวนานที่สุด ระยะเหล่านี้คือช่วงที่ไม่หนักเป็นพิเศษ เนื่องจากเรือเร่งความเร็วเพื่อสร้างความเร็วหรือลดความเร็วลงในชั้นบรรยากาศ แต่ไร้น้ำหนักเนื่องจากยานแล่นเข้าชายฝั่ง

ซึ่งลบล้างผลกระทบของแรงโน้มถ่วง ตัวอย่าง 2 ตัวอย่างเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงเทียมในนิยายวิทยาศาสตร์ ได้แก่ ภาพยนตร์เรื่องเดอะ มาร์เชียน ในปี 2015 และมหากาพย์ปี 1968 เรื่อง 2001 จอมจักรวาล เดอะ มาร์เชียนนำเสนอยานอวกาศ Hermes ที่มีรูปร่างคล้ายวงล้อขนาดใหญ่ที่หมุนระหว่างการเดินทาง ระหว่างโลกและดาวอังคาร เมื่อกล้องซูมเข้า

คุณจะสังเกตเห็นว่าขึ้นสำหรับนักบินอวกาศในยาน Hermes จะอยู่ตรงกลางวงล้อเสมอ ในขณะที่ลงถึงพื้นคือขอบล้อ สถานีอวกาศ V ใน 2001 จอมจักรวาลเป็นสถานีหมุนที่สร้างแรงโน้มถ่วงเทียม เท่ากับแรงโน้มถ่วงของดวงจันทร์ นอกเหนือจากความสะดวกสบายแล้ว ยังมีเหตุผลที่ดีว่าทำไมเราถึงต้องการ แรงโน้มถ่วง เทียมในภารกิจอวกาศระยะไกล ประการแรก ในสภาวะไร้น้ำหนัก

ร่างกายของเราเปลี่ยนแปลงในลักษณะที่อาจเป็นอันตราย เมื่อนักบินอวกาศไปถึงจุดหมายปลายทาง เช่น ดาวอังคารหรือกลับสู่โลก กระดูกสูญเสียแร่ธาตุทำให้อ่อนตัวและเสี่ยงต่อการแตกหัก กล้ามเนื้อลีบ หดตัวและอ่อนแรง ของเหลวเคลื่อนไปทางศีรษะและถูกขับออกจากร่างกายด้วย ซึ่งทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงในระบบหัวใจและหลอดเลือดรวมถึงปอด

ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมานักวิจัยด้านเวชศาสตร์อวกาศ ได้ค้นพบสิ่งที่อาจทำลายดวงตาอย่างถาวรในนักบินอวกาศบางคน เพิ่มในการวิจัยที่แนะนำว่าแรงโน้มถ่วงอาจจำเป็นสำหรับมนุษย์ ที่จะมีการตั้งครรภ์ตามปกติในอวกาศ และเกือบจะดูเหมือนไม่มีเกมง่ายๆที่ยานอวกาศใดๆ ที่บรรทุกมนุษย์ไปรอบๆระบบสุริยะควรจะหมุน หรือมีบางส่วนของยานที่ทำเช่นนั้น

การวิจัยแรงของโน้มถ่วง NASA และคนอื่นๆกำลังศึกษาความเป็นไปได้นี้อยู่หรือไม่คำตอบคือใช่ ตั้งแต่ทศวรรษที่ 1960 นักวิทยาศาสตร์ของ NASA ได้พิจารณาความเป็นไปได้ของแรงโน้มถ่วงเทียมโดยการหมุน อย่างไรก็ตาม ความพยายาม เงินทุนและความกระตือรือร้นโดยรวมลดลง และลดลงตลอดหลายทศวรรษที่ผ่านมา มีงานวิจัยมากมายในช่วงปี 1960 เมื่อ NASA กำลังทำงานเพื่อส่งมนุษย์ไปยังดวงจันทร์

งบประมาณของ NASA ในเวลานั้นเกือบ 5 เปอร์เซ็นต์ของงบประมาณของรัฐบาลกลางทั้งหมด 10 เท่าของที่เป็นอยู่ในปัจจุบัน ในขณะที่ NASA ไม่ได้เน้นการวิจัยเกี่ยวกับแรงโน้มถ่วงเทียมในช่วงครึ่งศตวรรษที่ผ่านมา นักวิทยาศาสตร์ทั้งในและนอกหน่วยงานอวกาศ กำลังศึกษาสถานการณ์ต่างๆ หนูที่หมุนด้วยเครื่องหมุนเหวี่ยงขนาดเล็กบนสถานีอวกาศนานาชาติรอดชีวิตมาได้โดยไม่มีปัญหา

และมนุษย์ที่อยู่บนโลกกำลังเรียนรู้วิธีปรับตัวในห้องหมุน ซึ่งมีห้องหนึ่งอยู่ที่แอชตัน เกรย์บีล ห้องปฏิบัติการปฐมนิเทศเชิงพื้นที่ที่มหาวิทยาลัยแบรนเดสและ DLR สถาบันเวชศาสตร์การบินและอวกาศในเมืองโคโลญจน์ ประเทศเยอรมนี ซึ่งเป็นที่ตั้งของ DLR Short-Arm Centrifuge โมดูล 1 มันเป็นเพียงหนึ่งเดียวในโลกที่วิจัยผลกระทบของแรงโน้มถ่วงที่เปลี่ยนแปลง

โดยเฉพาะอย่างยิ่งเมื่อเกี่ยวข้องกับความเสี่ยงต่อสุขภาพที่เกิดขึ้นในสภาวะไร้น้ำหนัก ทำไมเราไม่มียานอวกาศที่หมุนได้ แต่ถ้าความต้องการแรงโน้มถ่วงเทียมนั้นชัดเจน ทำไมต้องกังวลกับการวิจัยในอวกาศหรือบนโลก ทำไมวิศวกรไม่ไปทำงานออกแบบเรือหมุนเช่น Hermes คำตอบคือแรงโน้มถ่วงเทียมต้องมีการแลกเปลี่ยน เพราะการหมุนรอบตัวนั้นสร้างปัญหา เช่นเดียวกับ Rotor Ride การขยับศีรษะขณะหมุนเร็วจะทำให้คลื่นไส้

การหมุนยังส่งผลต่อของเหลวในหูชั้นในและส่วนอื่นๆของร่างกาย ที่คุณเคลื่อนไหวขณะที่อยู่ในสภาพแวดล้อมที่หมุน อาการคลื่นไส้ อาการเวียนศีรษะและปัญหาการเคลื่อนไหวนั้นแย่ลงเมื่อคุณหมุนเร็วขึ้น จำนวนรอบต่อนาที RPMs แต่ปริมาณของแรงโน้มถ่วงเทียม ที่สามารถผลิตได้นั้นขึ้นอยู่กับทั้ง RPM และขนาดของสิ่งที่กำลังหมุน ในการสัมผัสปริมาณแรงโน้มถ่วงที่กำหนด

ตัวอย่างเช่น ครึ่งหนึ่งของปริมาณปกติที่คุณรู้สึกบนโลก ความยาวของรัศมีการหมุน ระยะทางจากคุณยืนอยู่บนพื้นถึงจุดศูนย์กลางของสิ่งที่หมุน จะเป็นตัวกำหนดความเร็วของคุณต้องหมุน สร้างยานรูปวงล้อที่มีรัศมี 738 ฟุตประมาณ 225 เมตร แล้วคุณจะผลิตแรงโน้มถ่วงของโลกเต็มที่เรียกว่า 1G หมุนด้วยความเร็วเพียง 1 รอบต่อนาที ซึ่งช้าพอที่นักวิทยาศาสตร์จะแน่ใจได้ว่า จะไม่มีใครมีอาการคลื่นไส้หรือสับสน

นอกจากพื้นจะโค้งเล็กน้อยแล้ว สิ่งของต่างๆบนเรือก็จะรู้สึกค่อนข้างธรรมดา แต่การสร้างและบินโครงสร้างขนาดมหึมาในอวกาศจะนำมา ซึ่งความท้าทายด้านวิศวกรรมมากมาย ซึ่งหมายความว่า NASA และหน่วยงานหรือองค์กรอวกาศอื่นๆ ซึ่งมีแนวโน้มจะส่งผู้คนไปรอบๆระบบสุริยะ ในอนาคตจะต้องจัดการกับแรงโน้มถ่วงในปริมาณที่น้อยลง

การหมุนที่เร็วขึ้น RPM ที่มากขึ้นหรือทั้ง 2 อย่างเนื่องจากไม่มีห้องทดลองบนดวงจันทร์ ซึ่งแรงโน้มถ่วงที่พื้นผิวประมาณร้อยละ 16 ของพื้นผิวโลกทำให้ที่นี่เป็นสถานที่ที่ดีเยี่ยม ในการวิจัยผลกระทบของแรงโน้มถ่วงต่ำ เมื่อเทียบกับภาวะไร้น้ำหนักจึงไม่มีข้อมูลเพียงพอที่จะทราบวิธีการ มนุษย์อาจต้องการแรงโน้มถ่วงมากสำหรับภารกิจอวกาศ ระยะยาวหรืออาณานิคมอวกาศ

ข้อมูลดังกล่าวเป็นสิ่งจำเป็น เช่นเดียวกับข้อมูลเกี่ยวกับการหมุนรอบที่มนุษย์ สามารถทนต่อได้อย่างสมเหตุสมผล และนั่นคือเหตุผลสำหรับการวิจัยแรงโน้มถ่วงเทียมที่กำลังดำเนินอยู่

บทความที่น่าสนใจ : ปรมาณู อธิบายเกี่ยวกับเทนเนสซีและโอคริดจ์เมืองปรมาณูลับอเมริกา