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Kann man mit konstanter Beschleunigung künstliche Schwerkraft im All erzeugen?
Tracy Caldwell Dyson ISS NASA
Jede Woche senden die Leser unseres Weltraum-Newsletters The Airlock ihre Fragen an den Weltraumreporter Neel V. Patel zur Beantwortung. Diese Woche: Wie man durch Beschleunigung im Weltraum künstliche erdähnliche Schwerkraft erzeugt.
Ihr Artikel vor ein paar Wochen darüber, dass die Schwerkraft in Science-Fiction-Filmen immer nur funktioniert, hat mich nachdenklich gemacht: Erinnern Sie sich an den armen Kerl in den 50er Jahren, der einen Raketenschlitten fuhr, um zu sehen, wie viele g ein Mensch aushalten kann? Der Film dieser Tests zeigte, wie sein Gesicht gequetscht und verzerrt wurde, als er immer größere Lasten auf sich nahm. Es war offensichtlich, dass Menschen nicht sofort von null auf relativistische Geschwindigkeiten gehen können, ohne zu einer Bio-Paste zu werden. Angenommen, eine Person möchte – nachdem sie die Umlaufbahn erreicht hat – bequem mit 1 g auf Lichtgeschwindigkeit beschleunigen, wie lange würde das dauern?
Würden sie sich in der Zwischenzeit einer normalen, der Schwerkraft ähnlichen Existenz erfreuen, während sie dahingleiten, wobei die Rückwand des Raumfahrzeugs als Boden fungiert? Vielleicht könnten Raumfahrer dann eine Schüssel Müsli zum Frühstück essen, wie es die Natur vorgesehen hat. – Clayton
Für diejenigen, die sich nicht auskennen, Clayton bezieht sich auf Eli Beeding Jr., einen Luftwaffenkapitän, der 1958 im Rahmen eines Militärprogramms einen raketengetriebenen Schlitten rückwärts fuhr, um mehr über die Auswirkungen von G-Kräften auf den Körper zu erfahren . Der Beschleunigungsmesser auf seiner Brust zeigte 82,6 g an, als der Schlitten in 0,1 Sekunden auf etwa 34 Meilen pro Stunde beschleunigte. Beeding wurde ohnmächtig, erlitt aber glücklicherweise nicht mehr als ein paar Prellungen am Rücken.
G-Kräfte können verheerende Auswirkungen auf den menschlichen Körper haben. (Die Fernsehserie Die Weite veranschaulicht ziemlich gut wie qualvoll dieser Prozess sein kann .) Wenn G-Kräfte vertikal von Kopf bis Fuß wahrgenommen werden (wie Astronauten sie auf dem Weg ins All erleben würden), fließt Blut aus dem Kopf in Richtung der Extremitäten, wodurch Sie das Sehvermögen oder sogar das Bewusstsein verlieren. Die physische Kraft selbst übt einen immensen Druck auf Ihre Haut, Muskeln und Knochen aus und kann über einen längeren Zeitraum verheerend sein.
Das physische Gefühl der auf Ihren Körper wirkenden g-Kräfte ist kein Effekt der Geschwindigkeit, sondern der Beschleunigung. Wenn Sie in einem Auto fahren oder mit einer kommerziellen Fluggesellschaft fliegen, spüren Sie die g-Kraft nur dann auf Ihren Körper, wenn das Fahrzeug beschleunigt. Sobald Sie eine konstante Reisegeschwindigkeit erreicht haben, fühlen sich die Dinge normal an.
Wenn Sie schnell genug beschleunigen, um ein konstantes 1 g zu erzeugen, können Sie natürlich eine künstliche, erdähnliche Schwerkraft erzeugen. Wenn Sie vom Bezugsrahmen der Erde aus mit einer konstanten Geschwindigkeit von 1 g beschleunigen, erreichen Sie nahezu die Lichtgeschwindigkeit in etwa einem Jahr , nachdem er eine Entfernung von etwa 0,5 Lichtjahren zurückgelegt hatte. (Denken Sie daran, wenn Sie ein Passagier im Raumschiff sind, vergeht die Zeit anders, wie in a vorherige Ausgabe von The Airlock .) Während du auf nahezu Lichtgeschwindigkeit hochfährst, könntest du theoretisch dein Frühstück mit Champions essen, wie du es auf der Erde tun würdest.
Auf der anderen Seite müssen Sie bereit sein, richtig zu bremsen, wenn Sie sich Ihrem Ziel nähern. Dies kann Monate oder sogar Jahre dauern – es hängt davon ab, was für die Reisenden im Raumschiff tolerierbar ist. Wenn Sie versuchen, eine 1-g-Umgebung erneut zu emulieren, müssen Sie auf dem Weg zu Ihrem Ziel im Grunde genommen eine Verzögerung von einem Jahr einplanen.
Und die Wahrheit ist, wenn Sie in der Lage sind, schnell genug zu beschleunigen, um in etwa einem Jahr nahezu Lichtgeschwindigkeit zu erreichen, dann ist es vernünftig zu glauben, dass Sie diese Geschwindigkeit wahrscheinlich schneller erreichen könnten, indem Sie noch höhere g-Kräfte akzeptieren. Das ist eine verlockende Aussicht, aber noch einmal – Menschen sind nicht wirklich darauf ausgelegt, mit all dem fertig zu werden. Bruce Thompson von NASA Quest sagte einmal Gizmodo : Stellen Sie sich vor, Sie reisen zum Mars und beschleunigen den ganzen Weg mit 3 Gravitation. Sie würden für die Dauer der Reise das Dreifache Ihres normalen Gewichts wiegen und könnten sich kaum bewegen [...] Gewebe bricht zusammen, Kapillaren brechen zusammen und das Herz muss ein Vielfaches seiner eigentlichen Arbeit verrichten. Sie konnten sich nicht darauf verlassen, bei Ihrer Ankunft in guter Verfassung zu sein. Sicherlich nicht so, wie es die Natur vorgesehen hat.