Không trọng lượng trên trạm vũ trụ không phải vì hết trọng lực — ở độ cao khoảng 400 km, trọng lực vẫn còn khoảng 90% so với mặt đất — mà vì cả trạm lẫn phi hành gia đang cùng rơi tự do quanh Trái Đất. Khi mọi thứ rơi cùng một gia tốc, không có gì ép lên sàn, nên mọi vật trôi lơ lửng. Trạng thái này ảnh hưởng mạnh tới cơ thể: xương mất khoáng, cơ teo, dịch dồn lên đầu. Năm 1980, Phạm Tuân trở thành người Việt Nam và người châu Á đầu tiên bay vào vũ trụ, trải nghiệm trạng thái này trong tám ngày.
Trọng lượng là gì, và vì sao nó "biến mất"
Trong đời thường, "trọng lượng" mà ta cảm nhận là lực sàn nhà, mặt ghế đẩy ngược lên người mình. Cân điện tử đo đúng lực này. Khi đứng yên trên mặt đất, lực sàn đẩy lên bằng lực Trái Đất kéo xuống.
Nếu cả bạn và sàn cùng rơi tự do — như trong một thang máy đứt cáp — sàn rơi xuống cùng tốc độ với bạn, không đẩy lên bạn nữa. Cân chỉ số không. Bạn "không trọng lượng", dù Trái Đất vẫn kéo bạn y như cũ. Đây là điều Einstein gọi là "ý nghĩ hạnh phúc nhất đời mình" (bài về hệ quy chiếu quán tính).
Trạm vũ trụ chính là một "thang máy" rơi tự do vĩnh viễn: nó rơi về phía Trái Đất, nhưng bay ngang đủ nhanh để không bao giờ chạm đất (bài vì sao vệ tinh không rơi). Vì vậy các nhà khoa học thích dùng chữ "vi trọng lực" (microgravity) hoặc "rơi tự do" hơn là "không trọng lực".
Tạo không trọng lượng ngay trên Trái Đất
| Cách | Thời gian không trọng lượng | Ghi chú |
|---|---|---|
| Nhảy lên khỏi mặt đất | Vài phần mười giây | Trong lúc ở trên không, bạn đang rơi tự do |
| Tháp thả rơi (như tháp ZARM ở Bremen, Đức, cao khoảng 146 m) | Khoảng 4,7 giây khi thả rơi, khoảng 9,3 giây khi dùng máy phóng bắn lên rồi rơi | Dùng cho thí nghiệm khoa học; bên trong ống tháp được hút chân không |
| Máy bay bay theo đường parabol | Khoảng 20–25 giây mỗi lần, lặp lại nhiều lần mỗi chuyến | Dùng để huấn luyện phi hành gia, thử nghiệm; hành khách hay bị say nên có biệt danh "sao chổi nôn mửa" |
| Tàu vũ trụ trên quỹ đạo | Liên tục, hàng tháng | Trạng thái rơi tự do kéo dài |
Trong chuyến bay parabol, máy bay ngóc mũi lên dốc, rồi phi công giảm lực đẩy động cơ để máy bay bay theo đúng đường parabol mà một vật được ném lên sẽ đi. Trong khoảng hai chục giây ấy, mọi người trong khoang trôi lơ lửng. Rồi máy bay phải kéo lên lại, mọi người chịu gia tốc gần gấp đôi trọng lượng.
Cuộc sống không trọng lượng
- Nước không chảy: nước tụ thành những giọt cầu lơ lửng nhờ sức căng mặt ngoài. Phi hành gia uống nước bằng túi có ống hút.
- Ngọn lửa tròn: trên mặt đất, không khí nóng nhẹ bốc lên tạo ngọn lửa dài nhọn. Không trọng lượng thì không có "nóng bốc lên", ngọn lửa nến có hình gần cầu, màu xanh mờ, cháy chậm. Thí nghiệm về lửa là lĩnh vực nghiên cứu quan trọng cho an toàn trên tàu vũ trụ.
- Ngủ: phi hành gia ngủ trong túi ngủ buộc vào vách để không trôi đi va vào thiết bị.
- Vệ sinh: nhà vệ sinh dùng luồng khí hút thay cho trọng lực.
- Không phân biệt trên dưới: phi hành gia có thể làm việc ở mọi tư thế; các khoang được sơn màu, đánh dấu để giúp định hướng.
- Quán tính vẫn còn nguyên: thùng hàng nặng vẫn khó đẩy và khó dừng (bài khối lượng là thước đo quán tính). Phi hành gia di chuyển bằng cách đẩy nhẹ vào vách, bám tay vịn.
Cơ thể con người trong vi trọng lực
| Hệ cơ quan | Thay đổi | Cách chống lại |
|---|---|---|
| Xương | Không phải chịu sức nặng, xương ở chân, hông, cột sống mất khoáng; theo NASA, khoảng 1–1,5% khối lượng xương ở các vùng chịu lực mỗi tháng | Tập thể dục với máy kháng lực, chế độ ăn, nghiên cứu thuốc |
| Cơ | Cơ chân, lưng teo nhanh vì không phải giữ tư thế | Tập khoảng 2 giờ mỗi ngày trên máy chạy bộ có dây kéo, xe đạp tập, máy kháng lực |
| Dịch cơ thể | Dịch dồn lên phần trên cơ thể, mặt phù, chân gầy ("mặt tròn, chân gà") | Cơ thể tự điều chỉnh sau vài ngày; quần áp lực khi trở về |
| Tai trong | Sỏi tai không còn bị kéo xuống, não bối rối; nhiều người say vũ trụ những ngày đầu | Thích nghi sau vài ngày |
| Mắt | Một số phi hành gia bị thay đổi thị lực trong các chuyến bay dài | Đang được nghiên cứu |
| Chiều cao | Cột sống giãn ra, cao thêm vài centimét | Trở lại bình thường khi về Trái Đất |
Khi trở về, phi hành gia sau chuyến bay dài thường cần thời gian tập luyện, phục hồi chức năng để đi lại vững vàng.
Phạm Tuân: người châu Á đầu tiên bay vào vũ trụ
Ngày 23 tháng 7 năm 1980, phi công Phạm Tuân cùng phi hành gia Liên Xô Viktor Gorbatko bay lên vũ trụ trên tàu Soyuz 37, trong khuôn khổ chương trình Interkosmos. Họ ghép nối với trạm vũ trụ Salyut 6, làm việc và thực hiện các thí nghiệm khoa học, rồi trở về Trái Đất ngày 31 tháng 7 năm 1980. Phạm Tuân trở thành người Việt Nam đầu tiên, và người châu Á đầu tiên, bay vào vũ trụ.
Trong chuyến bay, các thí nghiệm được thực hiện bao gồm quan sát, chụp ảnh lãnh thổ Việt Nam từ quỹ đạo, các thí nghiệm sinh học và vật liệu trong điều kiện vi trọng lực. Hiện vật và tư liệu về chuyến bay được trưng bày ở một số bảo tàng tại Hà Nội.
Góc nhìn hôm nay: tự tạo vài khoảnh khắc không trọng lượng
- Chai nước thủng lỗ: đục một lỗ nhỏ gần đáy chai nhựa, đổ đầy nước, nước phun ra. Thả rơi cả chai (đứng trên ghế, thả xuống chậu): trong lúc rơi, nước ngừng phun, vì nước và chai cùng rơi tự do, không còn "trọng lượng" đẩy nước ra lỗ.
- Lò xo và vật nặng: treo một vật nhỏ vào lò xo mềm bên trong một hộp nhựa trong. Thả rơi cả hộp xuống đệm: lò xo co lại trong lúc rơi.
- Xem các video giáo dục quay trên Trạm Vũ trụ Quốc tế của NASA và Cơ quan Vũ trụ châu Âu (ESA): giọt nước, ngọn lửa, con quay trong vi trọng lực.
Câu hỏi thường gặp
Vì sao phi hành gia không có trọng lượng trên trạm vũ trụ?
Vì cả trạm và phi hành gia đang cùng rơi tự do quanh Trái Đất với cùng gia tốc, nên không có gì ép lên sàn. Trọng lực ở độ cao 400 km vẫn còn khoảng 90% so với mặt đất, chỉ là không còn lực đỡ nên ta không cảm thấy trọng lượng.
Vi trọng lực là gì?
Vi trọng lực là trạng thái gần như không trọng lượng, khi vật và môi trường xung quanh cùng rơi tự do. Các nhà khoa học dùng chữ này thay cho không trọng lực vì trọng lực thật ra vẫn còn, chỉ có lực đỡ là biến mất.
Ở lâu trong vũ trụ ảnh hưởng gì tới cơ thể?
Xương ở các vùng chịu lực mất khoảng 1 đến 1,5% khối lượng mỗi tháng, cơ teo, dịch dồn lên đầu, tai trong bối rối gây say, một số người bị thay đổi thị lực. Phi hành gia tập thể dục khoảng 2 giờ mỗi ngày để giảm các tác động này.
Người Việt Nam đầu tiên bay vào vũ trụ là ai?
Phạm Tuân bay lên vũ trụ ngày 23 tháng 7 năm 1980 trên tàu Soyuz 37 cùng Viktor Gorbatko, làm việc trên trạm Salyut 6 và trở về ngày 31 tháng 7. Ông là người Việt Nam và người châu Á đầu tiên bay vào vũ trụ.
Có thể trải nghiệm không trọng lượng trên Trái Đất không?
Có, trong thời gian ngắn: chuyến bay parabol cho khoảng 20 đến 25 giây mỗi lần, tháp thả rơi cho vài giây. Thậm chí mỗi lần nhảy lên, trong vài phần mười giây ở trên không, bạn cũng đang ở trạng thái rơi tự do.