میکروگرویتی یا بی وزنی چیست؟

میکروگرویتی (Microgravity) یا بی وزنی زمانی به وجود می آید که در محیطی جاذبه وجود نداشته باشد یا مقدارش بسیار اندک باشد. بی وزنی به صورت طبیعی را می توان در فضایی دور از ستاره ها و سیاره ها یا در نقاطی که میدان گرانشی دو جرم همدیگر را خنثی می کنند (نقاط لاگرانژی) تجربه کرد. از آنجایی که رفتن به اعماق فضا بسیار گران تمام می شود، بشر راهکاری برای به وجود آوردن حالت بی وزنی روی زمین ابداع کرده است. در سقوط آزاد اجسام بی وزنی را حس می کنند، زیرا هیچ نیرویی به جسم وارد نمی شود؛ بنابراین اگر در آسانسوری باشید و سیم بکسل آن پاره شود؛ شما در سقوط آزاد شرایط بی وزنی را حس خواهید کرد.

در این مقاله شما می توانید با نحوه ایجاد بی وزنی آشنا شوید.

چگونه بی وزنی ایجاد کنیم؟

برای تولید بی وزنی روی زمین باید شرایط سقوط آزاد را به وجود آوریم. برای این کار چند گزینه وجود دارد:

برج های پرتاب

برج های پرتاب، برج هایی هستند که اجسام را از بالای آن رها می کنند تا هنگام سقوط آزاد در وضعیت بی وزنی قرار گیرند. این نوع سقوط آزاد، بی وزنی با کیفیت عالی ایجاد می کند، همچنین مدت زمان بسیار اندکی پیش و پس از پرتاب به جسم دسترسی خواهیم داشت و می توان دفعات زیادی در زمانی کوتاه اجسام را از این برج ها رها کرد تا در وضعیت بی وزنی قرار گیرند. این روش الزامات ایمنی زیادی هم ندارد و بسیار کم هزینه و به صرفه است.

اما در کنار همه این نکته های مثبت باید توجه کنیم که زمان ایجاد بی وزنی از طریق برج های پرتاب بسیار کوتاه است (بین 5 تا 10 ثانیه) و سرنوشت جسم این است که با زمین برخورد می کند.

پروازهای سهموی

در این نوع پروازها، هواپیماهای خاصی وجود دارند که در زاویه ای تند به سمت بالا صعود می کنند و ناگهان نیروی موتور خود را به طرز چشمگیری کاهش می دهند تا هواپیما در یک مسیر سهموی سقوط کند. این پروازها را در مدت زمان کم هم می توان اجرا کرد. برعکس برج های پرتاب، صعود و سقوط نسبتاً آرامی دارند و آزمایش های بزرگی در این پروازها قابل اجرا است و دانشمندان می توانند همراه آزمایش های خود پرواز کنند. همچنین این پروازها هزینه نسبتاً اندکی دارند؛ اما کیفیت بی وزنی این پروازها نسبت به سقوط آزاد برج های پرتاب اندکی کمتر است و مدت زمان بی وزنی ایجاد شده کم و حدود 20 ثانیه است.

پروازهای زیر مداری

در این پروازها یک فضاپیما به 100 کیلومتری سطح دریا و مرز بین اتمسفر زمین و فضای بیرونی (خط کارمان) پرتاب می شود و در یک سقوط آزاد به زمین بر می گردد. این پروازها هم مانند پروازهای سهموی در مدت زمان اندک اجرا می شوند و صعود آرامی دارند و با چتر به دریا فرود می آیند با اینکه نسبت به پروازهای مداری (پروازهایی که فضاپیماها در مداری به دور زمین قرار می گیرند) هزینه کمتری دارند اما همچنان هزینه های آن به نسبت بالا است. مدت زمان زیادی طول می کشد تا موشک آماده پرواز شود ولی مدت زمان بی وزنی آن با مدت زمان بی وزنی برج های پرتاب یکی است.

پروازهای مداری

در پروازهای مداری، شتاب فضاپیمای پرتاب شده به گونه ای است که برگشت به زمین ندارد و در مداری در اطراف زمین باقی می ماند. مسیر حرکت این فضاپیماها با انحنای زمین تطابق دارد بنابراین همیشه در حالت سقوط آزاد است ولی به داخل زمین سقوط نمی کند. برجسته ترین نمونه این نوع پروازها، ایستگاه فضایی بین المللی (ISS) است. هر ماهواره یک نمونه از پروازهای مداری است. علاوه بر این پروازهای دراگون اسپیس ایکس و دریم چیسر سیرا نوادا هم که فضاپیماهای مستقل محسوب می شوند؛ از نمونه های پروازهای مداری هستند.

زمان بی وزنی ایجاد شده در این پروازها تقریباً بی پایان است و همچنین فضای زیادی برای آزمایش های گوناگون دارد، مثلاً ایستگاه فضایی بین المللی حدود 22 سال است که در مداری به دور زمین مستقر است و امکانات و فضای زیاد آن این امکان را می دهد که فضانوردان بتوانند زمان هایی در آن اقامت کنند. با تمام این مزیت ها، این نوع پروازها بسیار گران هستند و تقریباً زمان زیادی برای آماده سازی آنها گذاشته می شود.

شبیه سازهای بی وزنی مصنوعی

علاوه بر سقوط آزاد، دستگاه هایی وجود دارند که می توانند تا حدی آثار ناشی از بی وزنی را شبیه سازی کنند. از معروف ترین نمونه های این شبیه سازها کلینواستت و RPMها هستند.

کلینواستت (Clinostat) دستگاهی است که با استفاده از چرخش اثر جاذبه را روی نمونه ای بیولوژیکی خنثی می کند. این دستگاه با چرخش های آرام 360 درجه، اثر کشش گرانشی را روی سلول ها یا گیاهان از بین می برد و یک بی وزنی تقریبی را پدید می آورد.

RPMها (Random Positioning Machine) هم بر اثر چرخش اثر جاذبه را خنثی می کنند اما برعکس کلینواستت ها که در یک محور می چرخیدند، دارای دو محور مستقل هستند که با چرخش های تصادفی دور این محورها بی وزنی ایجاد می کنند.

شبیه سازها هزینه بسیار پایین تری دارند و می توانند به صورت نامحدود شرایط بی وزنی به وجود آورند. به دلیل آنکه در محیط آزمایشگاه هم قابل استفاده هستند زمان آزمایش در آنها بسیار کمتر از راه های دیگر است؛ اما از طرفی فضای بی وزنی ایجاد شده توسط شبیه سازها از کیفیت پایینی برخوردار است و تقریبی است و از طرف دیگر فقط نمونه های بسیار کوچک را می توان در این دستگاه ها در شرایط بی وزنی قرار داد.

منابع

مقاله علمی و آموزشی «میکروگرویتی یا بی وزنی چیست؟»، نتیجه ی تحقیق و پژوهش، گردآوری، ترجمه و نگارش هیئت تحریریه علمی پورتال یو سی (شما می توانید) می باشد. در این راستا مقاله ستاره دادگر در مجله دانستنیها، به عنوان منبع اصلی مورد استفاده قرار گرفته است.