Astronomie

Pourquoi les astronautes se déplacent-ils si lentement en apesanteur ?

Pourquoi les astronautes se déplacent-ils si lentement en apesanteur ?

Lorsque les astronautes flottent dans un vaisseau spatial ou une station spatiale, ils se déplacent presque toujours très lentement. Après avoir fait quelques recherches, je ne vois pas pourquoi être en apesanteur limiterait les mouvements à un tel degré. C'est presque comme s'il y avait une résistance à leur mouvement, comme s'ils se déplaçaient dans l'eau.


C'est plus pour la sécurité qu'autre chose. L'espace est un endroit très dangereux pour tant de raisons. Et faire des erreurs peut très facilement causer la mort.

Être en apesanteur ne signifie pas perdre de la masse, donc l'élan est toujours aussi difficile. Mais alors qu'au sol, vous pouvez facilement utiliser la friction pour vous arrêter, dans l'espace, si vous essayez de vous arrêter contre le sol, vous ne ferez que partir. Vous ne pouvez vous arrêter qu'en tenant quelque chose ou en appuyant contre quelque chose de presque perpendiculaire à votre mouvement.

Par exemple, imaginez que vous sautiez de toutes vos forces d'un mur de l'ISS. Vous remarquerez en vous approchant de l'autre extrémité que vous roulez à grande vitesse, la tête la première, sans aucun moyen sûr de vous arrêter. Même tendre la main à une poignée sur un mur latéral vous fouettera dans ce mur, vous blessant éventuellement ou endommageant les instruments sur le mur.

Regardez n'importe quelle vidéo de l'ISS pour voir avec quelle prudence ils se déplacent.

De même, en dehors de l'ISS, vous voulez tout faire lentement afin de ne pas endommager votre combinaison, manquer une prise ou causer la mort.


Il n'y a pas de résistance de l'air dans l'espace. Donc, si vous augmentez votre propre vitesse, vous continuerez à cette vitesse jusqu'à ce que vous vous écrasiez (en tenant compte des lois de la thermodynamique).

Pour plus de sécurité, vous devez vous déplacer lentement.


Créer l'illusion d'apesanteur dans les films nécessite en fait BEAUCOUP de personnes utilisant des grues avec des harnais et des câbles pour maintenir les acteurs en suspension dans les airs. Il n'est pas facile de déplacer (ni en toute sécurité) l'équipement qui maintient les acteurs aussi vite que les vrais astronautes sont capables de se déplacer sur l'ISS. De plus, il est important de ne pas laisser les grues et leurs équipages tomber dans le champ de vision de la caméra. En conséquence, il y a beaucoup de chorégraphies pour mettre en place des scènes en apesanteur, décider des meilleurs angles de caméra, déplacer les acteurs, répéter, etc. Tous ces facteurs ralentissent l'action que nous voyons dans les films. Étonnamment, les fils sont plus faciles à cacher, soit parce que leur coloration et leur épaisseur sont exploitées, ce qui les fait naturellement masquer par la résolution du film dans les films plus anciens, soit parce qu'ils peuvent être masqués numériquement en post-production si nécessaire dans les films modernes.

Attention, les astronautes ne volent pas dans le vide sur l'ISS ! Là aussi, ils sont très prudents. Mais se déplacer dans la station n'a besoin que d'une très légère poussée contre un mur et de la même force pour les arrêter lorsqu'ils arrivent là où ils veulent être en très peu de temps. Mais pendant qu'ils volent entre eux, ils s'amusent fréquemment à faire des cascades en zeroG telles que des retournements et des torsions.


Les futurs astronautes pourraient marcher, pas sauter, sur la lune

Pourquoi les astronautes sautent-ils sur la lune ? Après avoir soigneusement observé de malheureux volontaires utiliser un tapis roulant sous une gravité variable, les chercheurs pensent que cela avait plus à voir avec la rigidité des combinaisons spatiales qu'autre chose.

Harrison Schmitt sautant sur la lune pendant Apollo 17. Crédit d'image : Nasa

Les expériences se sont déroulées lors de vols sur une trajectoire inhabituelle. Au fur et à mesure que l'avion monte et plonge tout en traçant chaque parabole, la gravité augmente et diminue, avec des moments d'apesanteur bien trop brefs au sommet.

Trajectoire d'un vol avec un segment d'apesanteur. Crédit image : Nasa

Celles-ci ont notamment eu lieu sous la gravité lunaire (gravité terrestre un sixième), chaque période d'expérience ne durant que six à vingt secondes. À la fin, ils ont conclu que les astronautes sur la lune sautaient non pas parce que c'était la forme de mouvement la plus confortable et la plus efficace sous la gravité lunaire, mais parce que leurs combinaisons spatiales étaient trop rigides pour plier les genoux et marcher d'une manière plus familière.

Pourquoi les premières combinaisons spatiales étaient-elles si rigides ? Ils ont privilégié les systèmes d'assistance vitale à la mobilité. (Et, cela aurait pu être bien pire.) Il sera intéressant de voir où la prochaine génération de combinaisons spatiales trace la ligne, si elles se rapprochent des conceptions ultra-mobiles moulantes, et comment cela change pour les touristes combinaisons spatiales. Si les articulations du genou sont suffisamment flexibles, la prochaine fois que les astronautes visiteront la lune, ces petits pas ressembleront beaucoup plus à de la marche qu'à des sauts métaphoriques géants de grandeur.

Je l'admets : même si je ne peux pas reprocher aux concepteurs de viser une combinaison spatiale plus flexible et fonctionnelle, je serais un peu désolé de la perte de la limite joyeuse comme principal moyen de transport.

Les humains ne sont pas les seuls à avoir subi des études biomécaniques sur la comète vomie : certaines des toutes premières expériences impliquaient de laisser tomber des chats, de faire voler des pigeons et de terrifier des serpents.

Voici ce qui se passe lorsqu'un pigeon essaie de voler en apesanteur

L'armée de l'air des États-Unis a créé les laboratoires de recherche médicale aérospatiale pour déterminer ce…


Pourquoi les astronautes sont-ils en apesanteur dans l'espace ?

La plupart de nos lecteurs réguliers comprennent pourquoi les astronautes et les objets semblent flotter sur la Station spatiale internationale, mais il existe des idées fausses et des idées préconçues sur ce sujet qui ne sont pas vraies et qui ne représentent pas une très bonne compréhension de la physique. ! Cette vidéo donne un aperçu divertissant de certaines des idées que les gens ont sur l'environnement en apesanteur à bord d'un vaisseau spatial en orbite et montre pourquoi les astronautes semblent en fait en apesanteur.

Lorsqu'on leur demande pourquoi les objets et les astronautes dans les vaisseaux spatiaux semblent en apesanteur, de nombreuses personnes donnent ces réponses :

1. Il n'y a pas de gravité dans l'espace et ils ne pèsent rien.

2. L'espace est un vide et il n'y a pas de gravité dans le vide.

3. Les astronautes sont trop loin de la surface de la Terre pour être soumis à son attraction gravitationnelle.

Ces réponses sont toutes tort!

La principale chose à comprendre ici est qu'il y a EST gravité dans l'espace. C'est une idée fausse très répandue. Qu'est-ce qui maintient la Lune dans son orbite autour de la Terre ? La gravité. Qu'est-ce qui maintient la Terre en orbite autour du Soleil ? La gravité. Qu'est-ce qui maintient les galaxies ensemble ? La gravité.

La gravité est partout dans l'espace !

Si vous construisiez une tour sur Terre de 370 km (230 miles) de hauteur, à peu près aussi haute que l'orbite de la Station spatiale, la gravité au sommet de la tour serait presque aussi forte que si vous étiez au sol. Si vous descendiez du sommet de la tour, vous tomberiez sur Terre, tout comme Felix Baumgartner le fera plus tard cette année lorsqu'il tentera de sauter du bord de l'espace. (Bien sûr, cela ne tient pas compte des températures glaciales qui finiraient par causer votre décès, ou de la façon dont aucune pression d'air ou d'air ne vous tuerait, ou comment une chute dans l'atmosphère ferait sérieusement un certain nombre sur les parties de votre corps. Et puis ce soudain arrêter serait mauvais aussi.)

Alors, pourquoi la Station spatiale ou les satellites en orbite ne tombent-ils pas sur la Terre, et pourquoi les astronautes et les objets à l'intérieur de l'ISS ou d'autres engins spatiaux semblent-ils flotter ?

À cause de la vitesse!

Les astronautes, l'ISS elle-même et d'autres objets en orbite terrestre ne flottent pas, ils tombent en fait. Mais ils ne tombent pas à la Terre en raison de leur énorme vitesse orbitale. Au lieu de cela, ils tombent environ Terre. Les objets en orbite terrestre doivent parcourir au moins 28 160 km/h (17 500 mph). Ainsi, alors qu'ils accélèrent vers la Terre, la Terre se courbe sous eux et ils ne s'en rapprochent jamais. Comme les astronautes ont la même accélération que la station spatiale, ils se sentent en apesanteur.

Il y a des moments où nous pouvons être en apesanteur — brièvement — sur Terre, lorsque vous tombez. Avez-vous déjà été sur des montagnes russes et juste après le sommet d'une colline alors que la voiture commence à descendre, votre corps se soulève du siège ? Si vous étiez dans un ascenseur d'une centaine d'étages et que le câble se brisait lors de la chute de l'ascenseur, vous flotteriez à l'intérieur de la cabine d'ascenseur. Bien sûr, dans ce cas, la fin serait plutôt désastreuse.

Et aussi, vous avez probablement entendu parler du “Vomit Comet” — — — l'avion KC 135 que la NASA utilise pour créer de courtes périodes d'apesanteur pour la formation des astronautes et pour tester des expériences ou des équipements en zéro-G, ainsi que le vols commerciaux Zero-G où l'avion vole dans une parabole, et comme des montagnes russes (mais à des vitesses plus élevées et à des altitudes plus élevées) lorsque l'avion passe au-dessus de la parabole et se dirige vers le bas, un environnement d'apesanteur est créé comme l'avion chutes. Heureusement, l'avion sort de la chute et se stabilise.

Revenons à la tour. Si au lieu de simplement descendre de la tour, vous faisiez un saut en courant, votre énergie vers l'avant vous emporterait loin de la tour en même temps que la gravité vous tirait vers le bas. Au lieu de toucher le sol à la base de la tour, vous atterririez à une certaine distance. Si vous couriez plus vite, vous pourriez sauter plus loin de la tour avant de toucher le sol. Si vous pouviez courir aussi vite que la navette spatiale et l'ISS en orbite autour de la Terre, à 28 160 km/h (17 500 mph), l'arc de votre saut ferait un cercle autour de la Terre. Vous seriez en orbite et en apesanteur. Tu tomberais sans toucher le sol. Une combinaison spatiale et beaucoup d'air respirable sont cependant nécessaires.

Et si vous pouviez courir à environ 40 555 km/h (25 200 mph), vous sauteriez juste au-delà de la Terre et vous mettriez en orbite autour du Soleil.

La Station spatiale internationale, la navette spatiale et les satellites sont conçus pour rester en orbite, sans tomber au sol ni décoller dans l'espace. Ils orbitent autour de la Terre toutes les 90 minutes environ.


Gravité sur les stations spatiales et chute libre

Il y a de la gravité sur la Station spatiale internationale, mais les astronautes semblent être en apesanteur car la station spatiale et les astronautes sont en chute libre.
(Image : NASA/domaine public)

Poids d'une personne dans les stations spatiales

Travaillons-le. Le rayon de la Terre est d'environ 6 400 kilomètres et la Station spatiale internationale orbite à environ 400 kilomètres vers le haut, ou à un rayon orbital d'environ 6 800 kilomètres.

Rappelez-vous que la loi de la gravité de Newton dit que la force entre deux objets, dans ce cas une personne et la Terre, est égale à G fois la masse de la personne multipliée par la masse de la Terre divisée par le carré de la distance entre la personne et le centre de la Terre.

Maintenant, pour vous montrer que la gravité existe sur la station spatiale, nous pouvons rechercher les chiffres ou nous pouvons être intelligents et définir le problème comme un simple rapport. On veut connaître le poids d'une personne à la surface de la Terre par rapport au poids d'une personne dans la station spatiale, il y a des constantes dans le problème. La masse de la personne et de la Terre ne change pas et G non plus. Donc, nous n'avons pas à nous soucier de ces choses. Au lieu de cela, nous nous souvenons qu'un poids est une force.

Ce que nous pouvons faire, c'est établir les deux équations de la manière suivante. Prenons une personne pesant 150 livres à la surface de la Terre et prenons notre inconnue comme poids d'une personne sur la Station spatiale internationale. Les deux équations seront les 150 livres égales G fois les masses divisées par les 6400 kilomètres carrés et le poids inconnu sur la station spatiale étant les mêmes G fois les masses divisées par 6800 kilomètres carrés.

Ainsi, nous pouvons prendre les rapports et le G et les masses s'annulent et nous obtenons le poids sur la station spatiale divisé par 150 livres égal à 6400 divisé par 6800 au carré. En faisant l'arithmétique, nous constatons qu'une personne qui pèse 150 livres sur Terre pèsera 133 livres sur la station spatiale.

Il est faux de dire qu'ils ne pèseront rien. Alors, comment comprenons-nous ce que nous voyons de nos propres yeux ? Les astronautes ont vraiment l'air d'être en apesanteur. Ou l'équipe de la théorie du complot a-t-elle raison après tout et tout est faux ? Non, absolument pas. Nous n'aurions même pas dû poser une question aussi ridicule. Mais, quelle est l'explication?

Ceci est une transcription de la série de vidéos Comprendre les idées fausses de la science. Regarde-le maintenant, Wondrium.

La Station spatiale internationale est en chute libre

Une personne qui pèse 150 livres sur Terre pèsera 133 livres sur la station spatiale, ce qui prouve qu'il y a de la gravité sur la station spatiale. (Image : NASA/Domaine public)

Croyez-le ou non, l'explication est que la station spatiale et les astronautes tombent littéralement. Si vous arrêtiez la station spatiale sur son orbite ou si elle était simplement soulevée à 400 kilomètres juste après sa construction à l'origine, elle retomberait directement sur Terre, un peu comme Alan Eustace ou Felix Baumgartner l'ont fait lorsqu'ils ont sauté d'une plate-forme 40 kilomètres au-dessus de la surface de la Terre.

La station spatiale et tout ce qu'elle contient se déplace également latéralement. Donc, ce qui se passe vraiment, c'est que la station tombe constamment vers la Terre, mais elle manque constamment.

Maintenant, cette façon de penser n'est pas nouvelle. C'est quelque chose qu'Isaac Newton a proposé. Il a pensé à tirer un boulet de canon horizontalement. Comme vous le savez, il volera horizontalement en tombant. Tirez plus vite et il ira plus loin. Tirez-le encore plus vite et il ira encore plus loin. Finalement, a-t-il raisonné, la balle ira assez vite pour que la courbure de la Terre entre en jeu et la balle pourra orbiter autour de la Terre. La même chose se passe avec la station spatiale et les astronautes. Ils tombent constamment et manquent la Terre.

Gravité zéro ou chute libre ?

En fait, le mot correct que vous devriez utiliser est que les astronautes ne sont pas en apesanteur, mais plutôt en chute libre. Ils ne sont certainement pas en apesanteur. Dès Galilée, on s'est rendu compte que des objets de masses différentes tombent à la même vitesse. Ainsi, la station spatiale et les astronautes tombent ensemble.

Un astronaute nous a un jour parlé de certaines choses inattendues qu'ils rencontrent dans l'espace. Il nous a appris quelque chose qui amène toute cette compréhension de la chute libre à un niveau encore plus élevé. Il a dit que si vous vous asseyiez complètement immobile dans la navette, vous dériveriez lentement vers le nez du navire.

C'est parce que la navette était en orbite suffisamment basse pour qu'il y ait une petite traînée d'air. Même si la navette spatiale était principalement en chute libre, l'air a ralenti un peu la navette. Les astronautes étaient protégés de la traînée et ils n'ont donc pas ralenti et l'effet net est que si vous vous asseyiez là pendant un certain temps, vous dériveriez vers l'avant du vaisseau spatial.

Bien sûr, vous n'avez généralement pas à vous soucier de si petites choses. L'une des caractéristiques brillantes de la science est la capacité de simplifier un problème en ignorant les petits effets. Mais si vous voulez savoir comment une réponse précise, ignorer éventuellement ces choses vous égarera et vous finirez par croire que quelque chose ne va pas, comme l'affirmation selon laquelle les orbites planétaires sont des ellipses parfaites. Cela montre simplement qu'il y a toujours quelque chose à apprendre en science.

Questions courantes sur la gravité dans les stations spatiales

Oui, il y a de la gravité sur la Station spatiale internationale. Basé sur la loi de la gravité de Newton, qui dit que la force entre deux objets, dans ce cas une personne et la Terre, est égale à G fois la masse de la personne fois la masse de la Terre divisée par la distance au carré entre la personne et le centre de la Terre, on peut calculer qu'une personne qui pèse 150 livres sur Terre pèsera 133 livres sur la station spatiale.

La raison pour laquelle les astronautes flottent à l'intérieur de la station spatiale est que la station spatiale et les astronautes sont en chute libre. Dès Galilée, on s'est rendu compte que des objets de masses différentes tombent à la même vitesse. Ainsi, la station spatiale et les astronautes tombent ensemble, ce qui crée l'illusion d'apesanteur ou d'apesanteur.

Le concept de base de la chute libre a été démontré pour la première fois par Isaac Newton avec l'expérience du boulet de canon, dans laquelle, théoriquement, lorsque le boulet de canon est tiré assez rapidement pour mettre en jeu la courbure de la Terre, le ballon pourra orbiter autour de la Terre. La même chose se produit avec la station spatiale et les astronautes. Ils tombent constamment et manquent la Terre.

Oui, les astronautes sont en chute libre sur les stations spatiales. Il y a de la gravité sur les stations spatiales, et c'est la seule force agissant sur les astronautes. Étant donné que la seule force travaillant sur la station spatiale elle-même est également la gravité, les astronautes et la station spatiale sont en chute libre ensemble.


Pourquoi les astronautes flottent-ils ?

Les astronautes de la station spatiale et tout leur équipement semblent en apesanteur, flottant sans aucun support, comme si la gravité, qui nous maintient au sol ici à la surface de la terre, n'avait aucun effet sur eux. Pourquoi?

Ce n'est pas parce qu'il n'y a pas de gravité là où se trouve la station spatiale. En fait, la force de gravité à l'emplacement des stations spatiales internationales ou chinoises n'est que d'environ douze pour cent (oui, 12% ) plus faible qu'il ne l'est à la surface de la Terre. [Comment puis-je obtenir 12 % ? Voir ici…]

Alors, qu'est-ce qui se cache derrière tout ce flottement ?

La magie de Apparent Apesanteur

Être vraiment en apesanteur, c'est être libre de l'attraction de la gravité.

[Noter! Ce n'est pas la même chose que d'être sans masse ! Votre poids est d'environ comment la gravité t'attire votre masse est d'environ à quel point il est difficile de vous faire bouger ou de vous arrêter. Sur la lune, la gravité est plus faible, vous pèseriez donc moins, mais votre masse serait la même. Nous ne parlons que d'apesanteur dans cet article.]

C'est une caractéristique remarquable de notre monde qui même en présence de gravité, apparent l'apesanteur est possible , dans les conditions appropriées. Et la raison pour cela commence par une expérience simple que vous pouvez faire vous-même.

Toutes les choses grandes et petites tombent

Intuitivement (si vous ne faites pas très attention), il peut vous sembler que les choses qui pèsent moins tombent plus lentement que celles qui pèsent plus. Vous aurez vu des pierres ou des livres ou des ordinateurs précieux et des poteries tomber rapidement sur le sol, parfois avec des effets désastreux, tandis que les feuilles de papier, les feuilles et les plumes prennent leur temps. De minuscules grains de poussière flottent même, comme vous pouvez le voir lorsque la lumière du soleil pénètre dans une pièce poussiéreuse par une fenêtre.

Mais cette intuition n'est pas juste. En fait, tous les objets dans le même voisinage général, s'ils sont tirés uniquement par gravité, tombent exactement de la même manière. Ce point sur le fait d'être "tiré uniquement par la gravité" est crucial, les choses ne tombent uniformément que s'il y a non d'autres forces qui les affectent. En particulier, ceci n'est vrai qu'en l'absence d'une forte résistance à l'air [la tendance de l'air à s'opposer à être repoussé par un objet en mouvement]. Pour les plumes, les feuilles et les feuilles de papier, la résistance de l'air est un effet important, leur chute est ainsi ralentie. Cependant, les objets suffisamment lourds et/ou compacts ne sont pas affectés par la résistance de l'air et tombent tous à la même vitesse.

Pas convaincu? Assez parlé : faire une expérience. C'est le cœur de la science, après tout.

Prenez quelques pièces de poids différent (un penny et un nickel et un quart, par exemple), et quelques livres de poids différent (peut-être un livre de poche pour enfant, un roman et un gros livre de cuisine), et déposez-en deux. d'entre eux, vers le bas, ensemble de la même hauteur, en même temps. Peu importe les objets que vous choisissez, peu importe à quelle hauteur vous les laissez tomber (tant que ce n'est pas si haut que la résistance de l'air devient importante), vous constaterez qu'ils atterriront toujours en même temps.

Fin de la conversation!! Oui, vous pouvez vérifier vous-même que lorsque la résistance de l'air peut être ignorée comme un petit effet, tous les objets, peu importe leur poids, tombent exactement de la même manière.

FAITES L'EXPÉRIENCE. FAIS LE MAINTENANT. CELA VOUS PRENDRA MOINS D'UNE MINUTE. CELA PEUT CHANGER VOTRE VIE.

Encore pas convaincu que l'air est responsable de la lente chute d'un morceau de papier ? Essayez cette expérience : placez un morceau de papier à plat sur le dessus d'un livre qui est plus grand que le papier, comme illustré à la figure 1, et déposez-le avec le livre, avec le papier parallèle au sol. Le livre en dessous empêchera l'air de résister au papier qui tombe, et par conséquent le papier, tiré uniquement par gravité, tombera aussi rapidement que le livre.

Fig. 1 : Si vous placez une feuille de papier au dos d'un livre et que vous les déposez ensemble, vous constaterez qu'elles tombent à la même vitesse. Le livre empêche l'air de pénétrer sous le papier, supprimant ainsi l'effet de la résistance de l'air et permettant à la gravité seule d'agir sur le papier.

Est même ça pas assez pour vous convaincre ? Eh bien, voici une expérience réalisée par un astronaute sur la Lune. La Lune attire les objets vers son centre tout comme la Terre. La force de gravité à la surface de la Lune est un peu plus faible que la force de gravité à la surface de la Terre, mais c'est un détail mineur. Ce qui est vraiment important, c'est que la Lune n'a pas d'air au dessus de sa surface. Et donc, alors qu'une plume tombera et tombera plus lentement qu'un marteau à la surface de la Terre, en raison de la résistance de l'air, ce n'est pas vrai sur la Lune… comme cela a été démontré dans cette célèbre vidéo. Cette expérience simple montre qu'en présence de gravité et en l'absence de résistance de l'air et de toute autre force, tous les objets dans le même voisinage tombent de la même manière.

Pas moins que Galilée lui-même est célèbre pour avoir formulé cette hypothèse et l'avoir testée en laissant tomber des boulets de canon de différents poids du côté de la tour penchée de Pise. A-t-il vraiment fait cette expérience ? Les historiens ne sont pas d'accord. Mais comme vous venez de le voir (si vous avez fait les expériences que je viens de suggérer), vous n'avez pas besoin de votre propre tour de Pise (ou de l'éclat de Galilée) pour vous convaincre qu'il avait raison. Et vous pouvez être sûr que Galilée n'a pas fait l'expérience de la Tour de Pise pour convaincre lui-même! Il avait sûrement fait le genre d'expérience que vous venez de faire il y a un instant, et il était déjà sûr de la réponse. Peut-être que sa démonstration de la tour penchée (si elle s'est vraiment produite) était destinée à être une démonstration publique pour convaincre les sceptiques, ou peut-être l'a-t-il fait pour tester l'hypothèse plus précisément pour s'assurer qu'elle était exactement, pas seulement approximativement, juste.

Aujourd'hui, il existe des preuves encore meilleures. Comme nous le verrons, cette hypothèse même assure que les astronautes (et leur équipement) flottent dans la station spatiale ! Pourquoi? En quel sens toute cette chute est-elle liée au flottement, qui semblerait être son contraire.

Tomber à côté de la chute

Fig. 2 (cliquez pour animer) : trois objets, initialement maintenus en place et libérés simultanément, tombent ensemble sous la force de gravité près de la surface de la Terre. Leur hauteur (par rapport à leur point de départ) est indiquée à gauche.

J'aimerais que vous repensiez à votre expérience de pièces de monnaie et de livres, avec une nouvelle tournure. Imaginez que, avec vos livres et vos pièces de monnaie, vous ayez laissé tomber votre téléphone portable, la caméra vidéo en marche.

Malheureusement, vous ne voulez probablement pas vraiment faire cette expérience pour de vrai. Il sera probablement difficile de le mener à bien de manière convaincante. Tout d'abord, vous devrez laisser tomber le téléphone portable très soigneusement afin qu'il ne tourne pas lorsqu'il tombe, sinon vous perdrez de vue les autres objets qui tombent et l'effet ne sera pas clair. Deuxièmement, à moins que vous ne laissiez tomber les pièces et les livres d'une hauteur importante, la vidéo sera très courte, mais si vous laissez tomber le téléphone de cette hauteur, même sur une surface molle, vous risquez de l'endommager. Essayez donc d'imaginer le faire.

Que verra l'appareil photo de votre téléphone portable ? Comme il tombe exactement au même rythme que les livres et les pièces, il apparaîtra à sa caméra vidéo que les livres et les pièces flottent. La pièce semblera se déplacer vers le haut lorsque le téléphone tombe, mais les objets qui tombent avec l'appareil photo apparaître, à la caméra, être en apesanteur!

Ils sont ne pas en apesanteur bien sûr. Ils tombent sous l'effet de la gravité. Mais à la caméra qui tombe, ils apparaître en apesanteur.

Pour le démontrer, j'ai fait quelques animations très simples.
La figure 2 (cliquez dessus pour l'animer) montre trois objets tombant comme ils le feraient dans la gravité terrestre. Ils sont tous initialement stationnaires, deux à la même hauteur, un en dessous des deux autres. Au même moment, ils sont tous libérés et commencent à tomber sous l'attraction de la gravité.

L'échelle sur la gauche montre la distance qu'ils sont tombés. Vous pouvez observer qu'ils tombent à une vitesse de plus en plus rapide, car la gravité, lorsqu'elle tire vers le bas, fait augmenter leur vitesse de descente avec le temps. C'est pourquoi cela fait mal de sauter d'une table haute, même si sauter d'une marche basse ne fait pas mal du tout, vous vous déplacez plus vite lorsque vous atterrissez. Mais ces faits intéressants ne sont pas essentiels pour expliquer pourquoi les astronautes flottent, nous ne les explorerons donc pas aujourd'hui.

La figure 2, d'autre part, montre les trois mêmes objets en chute, du point de vue d'une caméra en chute qui a commencé à tomber Au même moment comme les trois objets. Du point de vue de la caméra, l'échelle de distance se déplace, mais les trois objets flottent simplement. Ils apparaître en apesanteur !

Fig. 3 (cliquer pour animer) : comme dans la figure 2, trois objets, initialement maintenus en place et relâchés simultanément, tombent ensemble, mais cette fois, ils sont montrés comme vus par une caméra en chute. Notez qu'ils semblent flotter, la pièce semble se déplacer vers le haut, comme le montre l'échelle à gauche.

De cela, nous apprenons un principe de gravité : du point de vue d'un objet (comme une caméra vidéo) qui tombe sous la force de gravité mais n'est pas affecté de manière significative par une autre force (comme l'effet de la résistance de l'air), tous d'autres objets à proximité qui tombent également sous l'effet de la gravité et qui ne sont affectés par aucune autre force, sembleront flotter, c'est-à-dire ils sembleront être en apesanteur.

Bref, l'apesanteur apparente est possible car toutes les choses dans le même voisinage tirées uniquement par la gravité tombent toujours à la même vitesse.

L'apesanteur véritable contre l'apesanteur apparente

Supposons maintenant que je vous envoie vous et votre appareil photo, vos livres et vos pièces de monnaie dans un endroit où il n'y a vraiment aucune gravité. Chaque objet de l'univers tire avec la gravité sur tous les autres objets, donc s'éloigner de la gravité vous obligerait à aller loin, loin, loin, inimaginablement loin dans l'espace, loin de toute planète, étoile ou galaxie, si loin loin de chez nous, dans le vide le plus sombre et le plus profond, que la force de gravité là-bas serait trop petite pour être remarquée. Vous serez vraiment en apesanteur et vous flotterez, avec votre appareil photo, vos livres et vos pièces de monnaie. Ce que votre appareil photo verrait ressemblerait à peu près à l'expérience dont nous venons de parler, où les livres, les pièces de monnaie et l'appareil photo sont tous tombés ensemble sous l'attraction gravitationnelle de la Terre. L'apesanteur apparente et l'apesanteur véritable peuvent être difficiles à distinguer !

Mais attendez, vous dites, il est facile de faire la différence. Dans la vidéo tournée par la caméra en chute, la pièce semble s'élever, à un rythme de plus en plus rapide à mesure que la caméra tombe. La pièce apparemment en mouvement est un indice qui nous aiderait à reconnaître que nous avons affaire à une apparente apesanteur. Au loin dans l'espace, il n'y a rien de tel que la pièce qui défile, et c'est ce à quoi on s'attendrait pour une véritable apesanteur.

Ah, je dis pas si vite. Mettons les livres, l'appareil photo et les pièces de monnaie dans une boite fermée (avec une ampoule, pour que la caméra puisse voir.) Bon sang, prenons une boîte assez grande pour que nous puissions y mettre toi à l'intérieur aussi, pour que vous puissiez regarder ce qui se passe. Tout d'abord, commençons quelque part au-dessus de la surface de la Terre et déposons la boîte fermée avec vous, les livres, les pièces de monnaie et l'appareil photo à l'intérieur. Vous, et la boîte, et les livres, et les pièces de monnaie, et l'appareil photo, tombant tous au même rythme (de plus en plus vite), vous semblerez tous flotter. Vous ne sentirez rien qui vous tire ou vous pousse. Bien sûr, puisque vous êtes dans la boîte, vous ne pouvez pas voir passer la pièce à l'extérieur. (Voir Figure 4.) Tout ce que vous savez, c'est que tout dans la boîte flotte, vous ne savez rien de ce qui se trouve à l'extérieur de la boîte. Seuls ceux d'entre nous qui sortent des sentiers battus savent que vous tombez réellement sous la force de gravité, que vous ne Ressentir en apesanteur.

Fig. 4 (cliquez pour animer) : Identique à la figure 3, sauf que maintenant les objets tombent dans une boîte fermée. Toute personne à l'intérieur et tombant avec la boîte connaîtra une apparente apesanteur et, incapable de voir à l'extérieur de la boîte, sera empêchée de distinguer cela de la véritable apesanteur.

Bien sûr, cette expérience d'apesanteur ne durera pas. Finalement, vous et la boîte allez toucher le sol, ou (idéalement) un parachute s'ouvrira et vous protégera du désastre. Mais encore, pendant la période d'apesanteur apparente, vous n'avez aucune idée que vous êtes en train de tomber.

Et maintenant, emmenons à nouveau vous et tous vos biens, à l'intérieur de la boîte fermée, dans l'espace le plus sombre et le plus profond, si loin de tous les autres objets de l'univers qu'il n'y a pas de gravité à proprement parler. Vous et la boîte et tout ce qu'elle contient êtes vraiment en apesanteur, donc tout dans la boîte flotte, sans être affecté par aucune force. Ceux d'entre nous qui sortent des sentiers battus savent que vous êtes loin dans l'espace. Mais pour toi, l'expérience est exactement la même que dans le cas où vous et la boîte tombez. A l'intérieur de la boîte, sans connaissance du monde extérieur, l'expérience d'apesanteur apparente et l'expérience d'apesanteur véritable sont très difficiles à distinguer !

En fait, ce n'est pas seulement difficile pour les distinguer. Il’s impossible. À l'intérieur d'une petite boîte fermée, affectée par la gravité et aucune autre force provenant de l'extérieur de la boîte, il n'y a aucune expérience que vous puissiez effectuer qui puisse faire la distinction entre l'apesanteur apparente et réelle.

En fait, je ne sais pas qui a déclaré le premier ce fait. Mais c'est une conséquence évidente des lois de la nature que Newton a écrites pour la première fois au 17ème siècle. Probablement Galilée en était-il également conscient.

Nous n'avons pas tout à fait répondu à la question sur nos astronautes. Mais nous nous rapprochons. Notez que les astronautes et leur équipement voyagent dans une station spatiale — à l'intérieur d'une boîte fermée…

Interlude : Newton, Einstein et le principe d'équivalence

Les tentatives de Newton pour capturer les lois de la nature dans des formules mathématiques ont été révisées par Einstein. D'abord, Einstein a révisé les équations de Newton qui décrivent comment les objets réagissent aux poussées et aux tractions des forces. (Cela faisait partie de sa théorie de la relativité restreinte, décrite pour la première fois en 1905.) Mais Einstein s'est immédiatement rendu compte que ses idées étaient incompatibles avec la loi de Newton pour la gravité, et qu'il devrait également réviser cela. En essayant d'inventer les bonnes équations, qu'il appelait la relativité générale, il devina brillamment, car il s'avéra que ses équations devaient préserver ce fait que nous venons d'apprendre : qu'à l'intérieur d'un petite boîte fermée, l'apesanteur apparente et l'apesanteur véritable ne peuvent être distinguées. Cette propriété fait partie de ce qu'on appelle le “principe d'équivalence” d'Einstein. Et même si la théorie de la gravité d'Einstein est beaucoup plus compliquée que celle de Newton, il lui a fallu près d'une décennie pour trouver les bonnes équations. Les équations de Newton et d'Einstein partagent cette propriété !

Orbites, gravité et chute pour toujours

Nous avons encore une étape conceptuelle à franchir. Qu'est-ce que cela signifie pour un objet d'être in orbit around another object, such as a space station in orbit around the Earth, the Earth around the Sun, the Sun around the center of the Milky Way galaxy?

The answer is that an object in an orbit caused by gravity is actually falling, forever.This insight is one of the greatest that Newton brought to science… so remarkably simple, and yet so difficult to achieve before he made it obvious. It is this that made it clear to him that gravity — one and the same force — both causes rocks (or apples or books or coins) to fall to the ground AND causes the Moon to orbit the Earth.

It’s time for you to do another experiment. REALLY DO IT.

Fig. 5: (a) If two objects are dropped from the same height at the same time, they will land at the same moment even if one is initially moving horizontally and the other is initially stationary. (b) If the surface to which they are falling drops away, then the object that lands in the lower region will take longer to hit the surface. (c) In a similar way, the curvature of the Earth means that an object thrown horizontally with enough force will (in the absence of air resistance) take longer to reach the ground. An important distinction between (b) and (c) is that gravity pulls always toward the center of the Earth, so its direction (black arrows), relative to the original starting point, changes as the object moves.

Take two coins, or two books, or a book and a coin, generally of different weight. I’m going to ask you drop them at the same time — just as you did before — with a small change. Drop one of them straight down, but drop the other while throwing it forward. Make sure you throw it exactly horizontally, so that it is going neither up nor down when you throw it. (If it goes up or down when you throw it, you won’t see the effect I’m about to describe.) What you will find is that both objects land at the same time, though of course not in the same place (Figure 5a). The harder you throw the second object, the further away it will land. But the fact that it takes the same amount of time to fall (assuming the surface you’re standing on is flat) is evidence that gravity is the only force causing it to fall, and that gravity pulls downward (vertically, toward the center of the earth) but has no effect on horizontal motion.

Now do it again while standing near a table. Repeat the experiment, but arrange that the coin you drop straight down lands on the table, while the coin you throw lands beyond the table’s edge, on the floor. Obviously, since the coins would land at the same time if they both hit the table, the coin that has further to fall will take longer to land. If you did the same experiment with two rocks while standing on a tall cliff, the time for one rock to land at your feet would be far shorter than the time for the second rock to land at the foot of the cliff. See Figure 5b.

Now, again, we must appeal to your imagination, because you can’t really do this experiment. Suppose you could throw harder and harder. For example, maybe you could fire a rock off a cliff using an air gun. Would it take the same amount of time to fall as a rock you merely tossed off the cliff? If it weren’t for possible effects of air resistance, the answer is yes even if the rock traveled a few miles (kilometers) before hitting the ground, it would travel the vertical distance in the same amount of time as it if were dropped straight down.

Now imagine that your air gun were so powerful that you could hurl the rock a few hundred miles away. (Again, you have to imagine there’s no air resistance — if you need to, imagine doing all these experiments on the Moon, where there’s no air and no air resistance, making these experiments a bit more realistic.) Well, at that distance, you would begin to notice that the surface of the Earth isn’t flat — it’s curved! The Earth, after all, is more or less a sphere, not a flat table. And so, as shown in Figure 5c, the time it takes the rock to land will be longer than if it were dropped straight down. As the rock travels horizontally, the Earth drops out beneath it, similarly to but more subtly than the way the Earth drops away if you are on top of a mountain.

There’s one difference though! As the rock travels horizontally, the direction gravity pulls begins to change. It is no longer vertical, relative to the starting point it is vertical relative to the ending point! Gravity always pulls toward the Earth’s center, which is, of course, why people living on the sides of the Earth don’t fall off.

Fig. 6: An object dropped straight down (green line) hits the Earth quickly. If it is also moving rapidly sideways, (blue line) it will take longer to reach the ground (see Figure 5). Even greater horizontal speed can lead the object to fall halfway around the earth (red line), with gravity (black arrows) always pulling the object toward the Earth’s center. And if the speed is just right, a circular orbit, where the object remains a fixed distance from the Earth’s center, will result (orange line). Even greater speed will lead the object to escape the Earth altogether (not shown.)

Turn up the power of the air gun! Now the rock is traveling so fast that, if fired from the top of Mount Everest, it will cross the Pacific Ocean and most of the Americas before landing perhaps in Buenos Aires. It has fallen halfway around the world. As in Figure 6, the Earth disappeared from underneath the rock as it fell, allowing it to fall thousands of miles. But as it fell, the force of gravity due to the Earth pulling on the rock changed direction. That force is always toward the center of the Earth, so it kept the rock falling not vertically in the picture but toward the center of the Earth. And that pulled the rock into the red spiral trajectory shown in Figure 6, starting in Nepal and ending in Argentina. It falls very slowly indeed, with the distance between it and the Earth’s surface decreasing just a little each minute, for a trip lasting a bit less than one hour.

Turn the air gun’s power up just a bit more… and if you fire it just right, the rock will never land. It will fall, but as fast as it falls, the Earth disappears out from underneath it. And so its distance from the Earth’s surface remains constant, as in the orange curve in Figure 6. This is what we call ORBIT (more precisely, a circular orbit.) An object in orbit around the Earth is falling — with sideways motion that is so rapid that as it falls, the Earth’s surface moves away, at just the right rate that it falls around the Earth. Orbit is the fall that lasts forever.

This is exactly what the Moon is doing in its orbit around the Earth. It is falling, but moving sideways so rapidly so that instead of approaching the Earth’s surface, it remains at an approximately fixed distance. Its path is like the orange curve in Figure 6, although much further away.

This is what the Earth is doing around the Sun. This is what the Sun is doing around the Milky Way galaxy. And this is also what the space station is doing around the Earth. It, and the objects inside it, including the astronauts and their equipment, are falling . They are falling because of gravity, and no other forces. They are all falling together. And they are avoiding hitting the ground for the same reason as our imaginary rock, and the orange curve in Figure 6: their sideways motion is just fast enough that their distance from the Earth’s surface remains constant.

But we already know that objects that are all falling together inside a closed box, like the space station, will appear weightless! Elles sont ne pas weightless it is gravity that keeps the space station, the astronauts, and their equipment in orbit around the Earth. But inside the station, from the point of view of the astronauts and their cameras who are falling together with all the objects inside the space station, they and all the objects around them appear weightless. As we know already (the Principle of Equivalence), this apparent weightlessness looks and feels just like true weightlessness. And so the astronauts have the experience of weightlessness, even though gravity is acting upon them.

And now you know why astronauts float, from the perspective of their video cameras, which is the only perspective from which you ever see them. They float because they and their cameras are falling — falling around the Earth — along with everything inside their closed box. If you look at them from outside their spacecraft — say, from the ground, watching the space station whiz by overhead — you can see they are not floating. They are traveling in a circle around the Earth every 90 minutes! But that doesn’t change the fact that inside the space station, they appear to be floating, and they experience weightlessness that is completely indistinguishable from the real, gravity-free thing.

Epilogue: Another Place of Apparent Weightlessness

By the way, there’s another example of apparent weightlessness that is used to teach astronauts what it feels like. An airplane is sent up at a very high angle, and then allowed to follow the trajectory that a falling object would follow. From outside, you can see that the plane is first slowing its rise, then descending more and more rapidly, taking the same type of path followed by a ball that you toss to a friend. But the plane is a closed box and from the inside, everything appears weightless, since all the objects and people inside the plane fall together.

Fig. 7: If the path taken by an airplane is the same as that taken by an object subject only to the earth’s gravity — imagine a thrown ball — persons inside the plane will feel apparently weightless. Such planes are used to train astronauts and by film studios for simulating space scenes.

Amusingly (distressingly?) such a plane is called a “vomit comet”. In normal life, your stomach and intestines are pulled down by gravity, and they are prevented from falling to the floor by your lower torso. But when you feel weightless (whether the weightlessness is true or apparent) then your stomach and intestines are no longer being pulled down from your body’s point of view, and your lower torso no longer has to support them. The sensation of one’s inner organs floating inside one’s body, instead of sitting in their normal place, makes many people feel nauseated you may have briefly felt this if you have been in an airplane that descended suddenly, or in a car that dropped into a dip in the road. Such are the risks of the vomit comet, and apparent weightlessness.


Another View on Slow Motion Astronauts

The biggest smoking gun, in my opinion, the one that pervades nearly all the Apollo motion picture footage showing “astronauts” moving about on “the moon” is something so visible and so obvious that it has literally been hiding in plain sight. It is the slow motion character of all the movement which exists in nearly all the Apollo footage. We accepted it as real due mainly to Hollywood’s depictions of men on the moon, especially in Kubrick’s 2001: A Space Odyssey which was released the year before Apollo 11. The Apollo “astronauts” appear to move as if underwater, walking along the sea floor. All in slow motion. Even when they jump upwards it’s all shown in slow motion. But, there is no scientific basis for this. There is no reason that someone walking or moving on a low gravity planet or moon would be moving in slow motion like this. At least not while jumping upwards. What would slow them down? They are supposedly moving in a low gravity, no atmosphere environment. What is there to slow them down?

We’ve been conditioned to believe the slow motion image of men in space by 2 major factors: Hollywood movies and footage of astronauts and others in zero gravity environments such as real astronauts in orbit and others in zero gravity simulators which are inside airplanes that dive at just the right speed to match gravity. We’ve seen astronauts floating and moving slowly while suspended in zero gravity. But this is slowness is deliberate. Making sudden movements while floating in zero gravity can have grave consequences so such personnel are trained to move very slowly and deliberately. They could, if they wished, move very quickly, even more quickly than in normal gravity if they wished. There is nothing stopping them from doing so. But, the moon is not zero gravity anyway. It is, we are told, low gravity — about 1/6 that of Earth.

But, if this is so obviously an error in the Apollo footage why didn’t NASA catch it? Surely the NASA scientists would know that showing the astronauts moving in slow motion on the moon would be unrealistic. How could they miss such an obvious error?

I believe the answer is that they didn’t miss it — they simply had no other choice. Motion picture technology of the time simply could not realistically depict men walking in low gravity in the way that it would really appear. The problem is that free falling objects in low gravity would move more slowly than on earth but other motions would move at normal or perhaps even faster-than-normal speed. This must have presented a technological nightmare for a 1960s film maker. There was no way to depict such a thing with live action “astronauts” moving around on a dusty set, handling objects, etc. It was simply impossible to do at the time.

So, the probable solution was to create and release a major motion picture just prior to Apollo 11 showing men in space and on the moon, all moving in slow motion and tell the public that this is the most technologically accurate movie ever made about space travel. They would even include a short scene showing men walking on the moon, also in slow motion of course. This pre-conditioned the public to expect that men on the moon would walk in slow motion. NASA, would act as consultant on the movie which would receive much pre-release hype informing the public that this movie accurately depicted men and women in space. That movie, of course, was 2001: A Space Odyssey. For good measure they also included long boring scenes of moon ship stewardesses moving ever so slowly around the craft and other tedious scenes all in slow-slow motion. And, since no one noticed the slow motion error in the men on the moon scene when the movie was released they knew they had a green light to shoot all the Apollo sequences in slow motion. They knew the public would buy it and this “solved” their production nightmare of depicting men moving about on the moon in a way that would be believed by the public. After all, who here on Earth has been in a low gravity environment and would know that the slow motion depiction was not accurate?

Oddly enough, a number of post-Apollo Hollywood movies depicting men moving about on Mars show them moving more-or-less normally (except when falling).

But, NASA tells us that Mars is a low gravity environment too. They tell us it is only about 1/3 the gravity of Earth (they say the moon is 1/6). So, the appearance of men walking about on the moon should be very similar to such motions on the moon. Yet for some reason the public accepts slow-motion “astronauts on the moon” but not slow motion Hollywood actors on “Mars.” Go figure.


A trip in the ‘vomit comet’

To work out whether my idea was right, we needed to test it. But rather than ask NASA for a trip to the moon, we escaped the bonds of Earth’s gravity by simulating weightlessness in a special aeroplane nicknamed the “vomit comet”.

By climbing and then dipping through the air, this plane performs up to 30 of these “parabolas” in a single flight to simulate the feeling of weightlessness. They last only 30 seconds and I must admit, it’s very addictive and you really do get a puffy face!

With all of the equipment securely fastened down, we took measurements from eight volunteers who took a single flight every day for four days. We measured blood flow in different arteries that supply the brain using a portable doppler ultrasound, which works by bouncing high-frequency sound waves off circulating red blood cells. We also measured nitric oxide levels in blood samples taken from the forearm vein, as well as other invisible molecules that included free radicals and brain-specific proteins (which reflect structural damage to the brain) that could tell us if the blood-brain barrier has been forced open.

Our initial findings confirmed what we anticipated. Nitric oxide levels increased following repeated bouts of weightlessness, and this coincided with increased blood flow, particularly through arteries that supply the back of the brain. This forced the blood-brain barrier open, although there was no evidence of structural brain damage.

We’re now planning on following these studies up with more detailed assessments of blood and fluid shifts in the brain using imaging techniques such as magnetic resonance to confirm our findings. We’re also going to explore the effects that countermeasures such as rubber suction trousers – which create a negative pressure in the lower half of the body with the idea that they can help “suck” blood away from the astronaut’s brain – as well as drugs to counteract the increase in nitric oxide. But these findings won’t just improve space travel – they can also provide valuable information as to why the “gravity” of exercise is good medicine for the brain and how it can protect against dementia and stroke in later life.

Cet article est republié à partir de The Conversation sous une licence Creative Commons. Lire l'article original.

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Why do astronauts suffer from space sickness?

Rotating astronauts for a lengthy period provided researcher Suzanne Nooij with better insight into how 'space sickness' develops, the nausea and disorientation experienced by many astronauts.

Gravity plays a major role in our spatial orientation. Changes in gravitational forces, such as the transition to weightlessness during a space voyage, influence our spatial orientation and require adaptation by many of the physiological processes in which our balance system plays a part. As long as this adaptation is incomplete, this can be coupled to motion sickness (nausea), visual illusions and disorientation.

This 'space sickness' or Space Adaptation Syndrome (SAS), is experienced by about half of all astronauts during the first few days of their space voyage. Wubbo Ockels, the first Dutchman in space in 1986, also suffered from these symptoms.

Nooij will receive her PhD from TU Delft on this subject on May 20. In his capacity as TU Delft professor, Ockels is PhD supervisor for Suzanne Nooij's research.

Interestingly, SAS symptoms can even be experienced after lengthy exposure to high gravitational forces in a human centrifuge, as is used for instance for testing and training fighter pilots. To experience this, people have to spend longer than an hour in a centrifuge and be subjected to gravitational forces of three times higher than that on Earth. The rotation is in itself not unpleasant, but after leaving the centrifuge about half of the test subjects experience the same symptoms as caused by space sickness. It also turns out that astronauts who suffer from space sickness during space flights also experience these symptoms following lengthy rotation on Earth.

This means that these symptoms are not caused by weightlessness as such, but more generally by adaptation to a different gravitational force.

Suzanne Nooij has studied these effects closely using the human centrifuge at the Centre for Man and Aviation in Soesterberg. Her results confirm the theory that both types of nausea (space sickness and after rotation) are caused by the same mechanism and also provide better insight into why the symptoms arise.

Logically, Nooij focused her research on the organ of balance. This is located in the inner ear and comprises semi-circular canals, which are sensitive to rotation, and otoliths, which are sensitive to linear acceleration. It has previously been suggested that a difference between the functioning of the left and right otolith contributes to susceptibility to sickness among astronauts. If this is the case, this should also apply after lengthy rotation.

Nooij tested this otolith asymmetry hypothesis. The otolith and semi-circular canals functions on both sides were measured of fifteen test subjects known to be susceptible to space sickness. Those who suffered from space sickness following rotation proved to have high otolith asymmetry and more sensitive otolith and canal systems. These people could not be classified as sensitive or non-sensitive on the basis of this asymmetry alone, but could on the basis of a combination of various otolith and canal features.

This demonstrates that the entire organ of balance is involved in space sickness and that it probably entails complex interactions between the various parts of the organ of balance.

Source de l'histoire :

Matériel fourni par Delft University of Technology. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.


What Is Special About Astronaut Training?

Training for space travel is very important for astronauts preparing to go to space for any amount of time. While astronauts need to be strong enough to withstand the extra G-forces of takeoff and reentry, the real need is to have as much muscle mass and bone density as possible going in so that they can endure a zero-gravity environment.

&ldquoIn space, there will be some inevitable loss of muscle and of bone density despite performing exercises, as their body will not be under load from gravity 24 hours a day as it is on Earth,&rdquo explains Robert Herbst, 19-time World Champion Powerlifter and Member of the AAU Strength Sports Hall of Fame. &ldquoLike having a bank account, you want to have as much in it as possible so that there is more to spend over time and you do not run out.&rdquo

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That said, training like an astronaut is really not all that different from what you might already be doing at home or in the gym. However, the focus strays from just gains and weight maintenance to the importance of overall bone health and core strength. According to NASA, zeroing in on these factors helps astronauts to prepare for life in zero gravity and working on the International Space Station (ISS) but also with recovery once they return to life on Earth.

&ldquoOn Earth, your weight on your bones provides constant stress. You maintain your bone strength by doing regular daily activities like standing, walking, and running! In space, astronauts float &ndash unloading that important stress and weakening their bones,&rdquo NASA explained in a statement. &ldquoStronger bones will help astronauts stay safer while performing all of their assigned tasks &ndash whether in a space vehicle, on the moon, Mars, or once back on Earth.&rdquo


Probing Question: How does microgravity affect astronauts?

Anyone over forty knows firsthand the effects of gravity's constant downward pull on our faces and bodies. It is an immutable force that Einstein called a “curvature of space-time”— but the curvature caused by gravity is a little closer to home, in our very bones.

Every day, the weight of gravity compresses the sponge-like discs between our spinal vertebrae, making us up to three-quarters of an inch shorter by evening. Most of that height loss is regained while we sleep, as the discs are rehydrated, but not all, which is why our stature slowly shrinks over a lifetime.

In the weightless environment of space, are astronauts spared the bone-compressing impact of gravity?

It's a common fallacy, says Raj Acharya, head of Penn State's department of computer science and engineering, but the reality is bone loss does occur in space. “One of the most significant concerns for NASA,” he explains, “is the deterioration of bone conditions of astronauts exposed to microgravity.” In fact, bone loss is one of the two biggest health risks (radiation exposure is the other) that astronauts face.

A past research fellow at NASA and the Department of Defense, Acharya developed algorithms used to monitor bone conditions of astronauts under microgravity conditions. Microgravity—also called zero gravity—doesn't mean there's no pressure on our bodies, Acharya notes. Most human spaceflights take place in an orbital altitude between 120-360 miles above Earth's surface, only 1.8 percent of the distance to the moon. Within that range, astronauts still are exposed to 88.8 percent of the full strength of Earth's gravitational field. (If not for this constant pull of Earth's gravity, the space station and space shuttle would drift out of orbit.)

Astronauts may be nearly weightless (the simultaneous “free fall” of the spacecraft and everything within it gives the illusion of zero gravity) but they are not massless—the mass of their bodies remains the same and it's this mass that gravity works upon. In fact, explains Acharya, astronauts lose bone mass and strength much faster in space than on Earth, since they miss the weight-bearing exercise we get from simply moving our bodies around (pushing back against gravity's resistance) on our planet's surface.

The tissue at greatest risk for astronauts is trabecular bone, the softer stuff found near joints at the end of long bones, says Acharya. “Microgravity may result in thinning of the trabecular network and result in fractures,” he says, noting that the lattice-like rods and struts in trabecular bone may become permanently thinned and weakened, making astronauts on long-duration missions very susceptible to hip and spinal fractures.

In his research, Acharya turned to fractals—fascinating geometric patterns with repeating, self-similar patterns—to better understand bone loss. “The trabecular bone has a honey-comb like network structure, which is why fractals are particularly good mathematical objects to model the trabecular structure,” he explains. “My research provides a mechanism for modeling the trabecular bone as a fractal. The deterioration of bone condition actually manifests itself as a change in fractal dimension.” Adds Acharya, “Traditionally, only bone-mass effects were used by NASA,” whereas fractal analysis allows a more in-depth look at bone-tissue architecture in its entirety.

Now that our space program is gaining a better understanding of trabecular bone loss risks, what is being done about it? In addition to exploring the use of bone-strengthening drugs and superhero-style spacesuits that replicate gravity, “NASA also is using counter measures such as exercise to combat the effects of microgravity on the bones of astronauts,” Acharya says.

One thing is for certain, he notes: Before we humans attempt the trip to Mars, we'll need some reliable measures to reduce the physical toll of life in space. That round-trip may take up to three years to complete and research suggests that astronauts could lose close to half their bone mass before they return.

So, Baby Boomers, take heed. The next time you're tempted to complain about sagging bodies and faces, remember that your proximity to Earth's gravitational field is (so to speak) actually your lucky break.