Khoa học trong trong thế giới không trọng lực doc

Khoa học trong trong thế giới không trọng lực Trạm Không gia quốc tế có lẽ vẫn đang trong giai đoạn xây dựng, nhưng nghiên cứu vi hấp dẫn (gần như không trọng lực) đã được triển khai trong hàng thập kỉ. Chúng ta hãy điểm qua một số thí nghiệm đẹp mắt nhất từ trước đến nay. Trongsự vắng mặt của lực hấp dẫn (có thể xem là không trọng lực), lực căng bề mặt thốngtrị nền vật lí chất lưu. Ở đây, một ảnhchụp trênTrạm Không gian quốc tế,sự vắng mặt của lực hấp dẫn làm chonướcvươn dài ratừ mộtvòng kim loạinhư thể nó bị khuấy bởi một cái thìa vôhình. Hiệu ứngkhuấy này được tạora bởi một lóe sánglàm nóng không đồng đều khối nước. Sự chênh lệch nhiệt độ thu đượcgây ramột sự mất cân bằng ở sức căng bề mặt, làm cho chất lỏngquay tròn. Chuyển động do sức căngbề mặt như vậy, gọi là sự đối lưu Marangoni,ít rõ ràng hơn trên Trái đất,nhưng có thể nhìn thấy trong cácmôi trường như các vũng théptan chảy đangnguội đi. Ảnh: NASA-JSC Vi hấp dẫn có xuhướngtạo ra những ngọn lửa tròn hơn,nguội hơn, và ảnh trên là một sosánh của sự cháy trong trườnghấp dẫn bình thường(hình bên trái) và trong trườngvi hấpdẫn (hình bên phải). Kết quả là những quá trình khác, như sự khuếch tán của các hạt từ vùng nhiệt độ cao sangvùngnhiệt độ thấp, lấn át. Nghiêncứu sự cháy trongkhông gian làm sáng tỏ nhiều về cơ sở vật lí của hiện tượngđó và có thể giúp phát triển côngnghệ dập lửa cho các sứ mệnh không gian trong tươnglai. Ảnh: NASA Các tinh thể có xu hướngphát triển to hơntrong trường vihấp dẫn (khung bên phải), như chứngminh bởi những khối khoáng chất zeolitenày.Đó là vì các tinh thể lớn lêntừ chất lỏngcho vào chất bị hòa tantrong dung dịch, để lại một chất lỏng kémđậm đặc hơn. Trên Trái đất, chấtlỏng này nổi lên phía trên, tạo ra một dòngđối lưu trong bìnhthí nghiệmdẫn tới những chỗ rạn nứt vàgiới hạn kích cỡ của tinh thể. Hiệu ứng đó hầu như vắng mặt trong trường vi hấp dẫn. Việc tạo ra những tinhthể lớn hơn, tinh khiết hơncó thể làm sáng tỏ thêm nhiều về cấu trúc và cáctính chấtcủa chúng.Zeolite,chẳng hạn, chứađầy cáclỗ nhỏ vi mô có thể dùng để lọc vàdự trữ vật liệu, ví dụ như hydrodùng cho pin nhiênliệu trong tươnglai. (Ảnh:NASA Marshall SpaceFlightCenter) Loài cá MedakaNhậtBản (ở đây là phôi mầm củanó) làmột trongnhững độngvật đầu tiên dùngđể nghiêncứu sự phát triểnphôi mầmtrong không gian khi chúng baycùng tàu con thoi Endeavourhồinăm 1994. Tầm quantrọngcủa trường trọng lực vào lúc bắt đầu chukì sống của một độngvật vẫn còn là mộtbí ẩn lớn.Trong khiloài cáMedakasinh ra trong không gian lớn lên tương tự như nhữngngười anhem sinhra trênTrái đấtcủa chúng,thì những thí nghiệmtrênnhững loài vật khác, từ chuột cho tớicóc chân vuốt,cho thấysự không trọng lượngcó thể có tác động tolớn lên sự phát triển ban đầu, gây ra nhiều biến dị không bìnhthường. (Ảnh:Ralph Schill) Sự vắng mặt của trường trọnglực không phải là yếu tố môi trường duy nhất biến đổi khicác độngvật bay trong vũ trụ. Chúngcòn phảihứng chịu những liều lượng bức xạ mặt trời và bứcxạ vũ trụ nặngnề hơn. Địa yvàvi khuẩn có thể sống sót sau khichịu sự kết hợpcủa chân khôngyếm khí và bức xạ cườngđộ mạnh của vũ trụ. Nhưng chotới nay,chỉ duycó một động vật – mộtvi sinh vật gọi là “gấu nước” haycon đi chậm, làm được điềutương tự. Trong một thínghiệm tênlửa châu Âu hồi năm 2007,một số con đi chậmđã cho hứng thử cả bứcxạ tử ngoại cường độ mạnh của mặttrời và chân khôngcủa vũ trụ, cònnhững loài khác thì được che chắn khỏi bứcxạ và chỉ hứng chịu chân không. Chỉ một ít con chịu bức xạ có thể hồi sinh, nhưngnhiều con sốngsót nếu chỉ chịu chân không thôi. (Ảnh:NASA/QuentinSchwinn/RS Information Systems,Inc.) Phần lớn nghiên cứu vũ trụ tập trungvào các tác động sinh lí của trường vi hấp dẫn. Sự rơi tự do đã được chứngminh là ảnh hưởng đến khả năngphán đoán kíchcỡ và khoảng cách của nhà duhành và gây ra sự mất mát tế bào hồng cầu và cơ bắp. Nhưng thiệt hạilớn nhất cólẽ là ở xương. Ngay cả với mộtchế độ tập luyện nghiêmkhắc, đa số mọi ngườivẫn mất trung bình1,5% khối lượngxươngcủa họ ở nhữngbộ phậncơ thể nhất định – ví dụ như xương hông –với mỗi thángở trong vũ trụ.Con số đó tươngđươngvới khối lượng xương bị mất mỗi năm ở một người phụ nữ tuổi hậu mãn kinh.Các nhà nghiêncứu đangtìm cách làm giảm tácđộng này, một phầnvới các guồng xay thẳngđứng môphỏng các điều kiện vi hấpdẫn. (Ảnh:NASA) Sự không trọng lượngcó thể nguyhiểm gấp đôi trongtrườnghợp bị nhiễm trùng. Việc du hành khônggian dường như làm yếu đi hệ thống miễn dịch,và có lẽ nó còn gặp phải nhiều loài vitrùng nguyhại hơncả trên Tráiđất. Một chuyếnbay của tàucon thoi Atlantis hồi năm 2006 cho thấy vikhuẩnSalmonella typhimurium (màu đỏ trong hình) có khả nănggiết chết con chuột caogấp gần ba lần. Trường vihấpdẫn có vẻ còn làm tăng tínhnguy hại của Staphylococcus aureus, một loài rệp kháng khángsinh lànguyên nhân gâynhiễm trùngphổ biến ở các bệnh viện. Một công ti tên là Astrogenetixhiện đang nghiên cứu tínhhiệunghiệm tăng cường này để tách racác yếu tố gây nhiễm với hi vọngsản xuất đượcvăc-xin. (Ảnh:NASA-MSFC) Thí nghiệmcỡ cái valinày cólẽ trông như bộ nội thất đắttiền, nhưng nó được dùng để kiểm tratác động của bức xạ lên nhiều chấtliệu khácnhau, từ gốm sứ cho đến bào tử. HộpThí nghiệm Vật liệutrên Trạm Không gian quốctế (MISSE) đầu tiên đượcgắn lên trạm vàonăm 2001. Các nhà du hànhtừ tàu con thoi Discoveryđã tháo dỡ bộ hộpthứ sáu ra khỏi trạmvào hôm 1 tháng9 năm nay. Một bản báo cáo mới đây của NASA về khoahọc trạm không gian đã gọi MISSE“có lẽ là bộ thínghiệmđơm hoa kết trái nhiều nhất tínhcho tới nay” gắn trên tàu nơitiền tuyếnvũ trụ. (Ảnh:NASA) TrạmKhông gian quốc tế giữ vai trò là buồngấp củacác vệ tinh mini, những dụngcụ cỡ quả bóngđá làmột phần của một dự ángọi là SPHERES (Synchronized PositionHold Engage Re-Orient ExperimentalSatellites).Bộ ba nàydùng để kiểm tra cácchương trình điều khiển cho phép các vệ tinh baythành đội hìnhvới sự can thiệp ítnhấtcủa con người.Từngvệ tinhkhônggian riêng có thể được phối hợp để tạo thànhnhững chiếckính thiênvăn mạnh. Nhữngthủ tụcđiều khiển tốt hơncòn cóthể chophép phithuyềntự neođậu, một khả năng có thể có íchtrong việc lắp rápcác vật trênquỹ đạo. (Ảnh:NASA/JAXA) Các minhchứngvi hấp dẫn thườngđược thực hiện để chia sẻ sự say mê vũ trụ với công chúngvà minhhọa cáctính chất của các vật đangrơi tự do. Hồi năm 2008, nhà du hành TakaoDoi đã ném một cái boomerang để xem nó có quaytrở lại chỗ ném hay không. Nó quaytrở lại, vì đườngđi móc vòngcủa cái boomerangdo các lực khôngđều đặt lên dụng cụ cong tác dụngbởi không khí mà chúngđi qua – chứ không phải tác độngcủa trọng lực. Hồi năm 2009,nhà du hành Koichi Wakata đã tiến hành một loạt công việc do côngchúng đề xuất, gồmviệc cưỡimộttấm thảmbay, gấp quần áo, và thử thuốc nhỏ mắt. . Khoa học trong trong thế giới không trọng lực Trạm Không gia quốc tế có lẽ vẫn đang trong giai đoạn xây dựng, nhưng nghiên cứu vi hấp dẫn (gần như không trọng lực) đã được triển khai trong hàng. đến nay. Trongsự vắng mặt của lực hấp dẫn (có thể xem là không trọng lực) , lực căng bề mặt thốngtrị nền vật lí chất lưu. Ở đây, một ảnhchụp trênTrạm Không gian quốc tế,sự vắng mặt của lực hấp. lại chỗ ném hay không. Nó quaytrở lại, vì đườngđi móc vòngcủa cái boomerangdo các lực không ều đặt lên dụng cụ cong tác dụngbởi không khí mà chúngđi qua – chứ không phải tác độngcủa trọng lực. Hồi năm