Chcete zažít stav beztíže podobně jako astronauti? Speciální lety vám umožní okusit, jaké to je, když přestanete cítit vliv gravitace. Otevřou se vám tak dveře (ano, možná i vám) do nového světa, kde věci fungují jinak, než jsme zvyklí.
Autoři science fiction mohou stvořit „antigravitační generátor“ jen mávnutím pera, v reálném životě je ovšem zbavit se vlivu této síly podstatně složitější. K věčné nespokojenosti řady vědců a techniků.
Gravitace totiž ovlivňuje celou řadu pozorování a procesů ve světě kolem nás. Ze své pozice na dně „gravitační studny“ Země si to téměř neuvědomujeme, ale síla přitažlivosti určuje i to, jak na sebe vzájemně působí hmota a energie, jak se chovají plyny a kapaliny, dokonce i způsob, jakým hoří oheň.
Vymanit se z gravitačního vlivu naší planety je pro lidstvo stále obtížné – – ale možné to je. I když striktně řečeno „svobodu“ od přitažlivosti naší planety zažijí až jednou astronauti, kteří se vydají na Mars. I při cestách na Měsíc se totiž lidé stáli pohybovali ve vlivu gravitačního pole naší planety, byť vliv na ně mělo malý.
Jednodušší je gravitaci na chvíli nějakým způsobem „vyrušit“. Tou nejlepší a nejvíce vzrušující možností je vydat se na oběžnou dráhu, třeba na Mezinárodní vesmírnou stanici ISS. Ta se pohybuje kolem planety rychlostí zhruba necelých 29 000 km/h. Díky rychlému pohybu vzniká odstředivá síla, která působí proti přitažlivosti Země. Výsledkem je „stav beztíže“, nazývaný také mikrogravitace.
Doprava na oběžnou dráhu je ovšem i přes klesající cenu dopravy do vesmíru velmi nákladnou záležitostí. Urychlení užitečného nákladu na orbitální rychlost však stále není tak triviální a jednoduché, jak bychom si přáli, a tak jde dnes stále o zážitek jen pro malou hrstku smrtelníků.
Ale nebojte, existují i jiné způsoby, jak vytvořit mikrogravitaci, kvůli kterým se nemusí letět ani tak rychle, a ani tak daleko. Jen je nutné se smířit s tím, že ve stavu beztíže nestrávíte dny či měsíce, ale spíše sekundy či minuty.
Ve výtahu s Einsteinem
Jak vlastně „vyrušení“ gravitace funguje, můžeme si snadno vysvětlit na jednom slavném experimentu Alberta Einsteina. Je to experiment pouze myšlenkový, ostatně Einstein na práci v laboratoři nikdy nebyl. Zato švýcarský fyzik na začátku 20. století přišel s nezvyklým postřehem o výtazích, který mu pak pomohl formulovat obecnou teorii relativity.
Představte si situaci, že jste v uzavřeném výtahu, ze kterého není vidět ven. Náhle se vy i všechny předměty kolem začnou vznášet? Dalo by se poznat, zda se zdviž utrhla a padá volným pádem k Zemi nebo zda se nějakým zázrakem ocitla ve volném vesmíru?
Einsteinova odpověď je, že nikoliv: jedno od druhého nepoznáte.
Pokud stojíte v uzavřené kabině výtahu, fyzicky nepoznáte, zda to, co vás přitahuje k podlaze, je gravitace Země (kabina stojí na povrchu), nebo síla zrychlení kabiny pohybující se mimo gravitační pole Země (kabinu urychluje raketa). Podobně nepoznáte, zda se v kabině volně vznášíte ve stavu beztíže proto, že se kabina nachází v klidu ve vesmíru, nebo protože vy i kabina padáte volným pádem v gravitačním poli Země.
Vliv gravitace a zrychlení nelze v takové situaci od sebe nijak odlišit (proto se ve fyzice mluví o principu ekvivalence). Platí tedy také, že pokud stojíte v uzavřeném výtahu a váha vám ukazuje, že vážíte tolik, co obvykle, ve skutečnosti by to mohlo být tak, že vás nějaká kosmická loď unáší pryč od Země se zrychlením 9,81 metrů za sekundu, tedy stejným, jaké je gravitační zrychlení Země.
Ovšem na takovém únosu mimozemšťany by (alespoň zprvu) nebylo vlastně mnoho zajímavého. Pro nás je mnohem nezvyklejší stav beztíže, který nastává v padající zdviži. Právě proto jsou malé „Einsteinovy výtahy“ dnes pro vědce a techniky nejdostupnějším způsobem, jak experimentovat se stavem beztíže. Může jít o zařízení, která se vejdou na laboratorní stůl a poskytnout třeba pár desetin stavu beztíže. Ale existují i desítky, a dokonce i řádově stovky metrů vysoké „volné pády“.
Některé slouží k vytváření silně adrenalinových zážitků návštěvníků zábavních parků, existují ale i čistě experimentální. Takové je například zařízení Drop Tower v německých Brémách, která se tyčí do výšky 146 metrů.
V této věži se náklad ocitne v mikrogravitaci na 4,7 sekundy. A pokud se náklad vystřelí vzhůru tubusem, čas strávený ve stavu beztíže se prodlouží na 9,3 sekund. Náklad v takovém případě ovšem musí na chvíli přečkat zrychlení až 35 g.
Stav beztíže v žádné věži ovšem není delší než několik sekund, což například na nácvik pohybu ve stavu beztíže a také řadu vědeckých experimentů je prostě málo. A tak se už na začátku vesmírného programu zrodil nápad využít k tomu letadel.
Na parabole
Neprobíhá to přitom tak, že by letadlo padalo kolmo dolů. Stejně jako v případě satelitů v letadlech stav beztíže vzniká kombinací síly gravitační a odstředivé. K tomu stačí, aby letadlo provedlo jakousi vlnovku.
Pilot nejprve letadlo přitáhne (v tu chvíli působí kladné přetížení) a pak ho postupně pomalu tlačí dolů po křivce, na které odstředivá síla vyrovnává působení gravitace Země. Letadlo tak z mírně stoupavého letu postupně po parabole přejde až do téměř střemhlavého letu.
Jak takový let probíhá? Ukažme si na příkladu stroje Airbus A300, který provozuje francouzská společnost Novespace, a který se používá například pro potřeby Evropské kosmické agentury.
Lety obvykle probíhají ve speciálně vyhrazeném vzdušném koridoru ve výšce zhruba mezi 6 až 8,5 kilometry. Začíná se s z vodorovného letu, ze kterého piloti uvedou stroj do strmého stoupání pod úhlem 45 stupňů s plným tahem motoru. V tomto okamžiku cestující pociťují vnitřní tíhu přibližně 1,8 g – ke gravitaci se přidává zrychlení dané motory. Kdybychom se vrátili k metafoře Einsteinova výtahu, tak v této fázi rychle stoupá šachtou.
Zhruba po 20 sekundách, ve výšce 7600 metrů, posádka Airbusu přiškrtí motory téměř na nulu – právě tolik, aby vyrovnala odpor vzduchu. A na 20 sekund se cestující i posádka mohou cítit téměř jako v jiném světě.
Letadlo setrvačností vystoupá až na vrchol parabolického oblouku do výšky zhruba 8500, pak se jeho příď pomalu skloní dolů a začne fáze pádová. Ve chvíli, kdy úhel klesání je zhruba 45 stupňů, motory se znovu nastartují na plný výkon. Opakuje se pak totéž, co na začátku: cestující opět pocítí gravitaci 1,8 g. Letoun se pak vyrovná do vodorovné polohy, zpět ve výšce 6000 metrů.
Manévr se během jednoho letu opakuje vícekrát, obvykle více než 20krát. Celkový čas strávený ve stavbu beztíže tak za jeden let činí několik minut. Není to jistě srovnatelné s cestou do vesmíru, ale je to dost na získání základních zkušeností, nácvik některých činností a také řadu experimentů.
I když velká a výkonná letadla mají tu výhodu, že v nich lze stav beztíže simulovat lépe na delší dobu, velikost není nutnou podmínkou. Mikrogravitaci lze stejně dobře navodit i v malém letounu.
Ve skromnějších českých podmínkách k parabolickému letu v minulosti posloužil například tahoun našeho sportovního létání, Antonov An-2, známý jako „Andula“. Na jeho palubě zažil stav beztíže známý český astrofyzik a popularizátor vědy Jiří Grygar. Let dostal darem k narozeninám pořadu Meteor Českého rozhlasu ve věku 77 let.
Vzhledem k výkonům tohoto dvojplošníku, který se začal stavět ve 40. letech 20. století, let probíhal v podstatně menších výškách než u proudového Airbusu. Piloti ho zahajovali ve zhruba výšce 1 500 – 1 600 metrů, během každého manévru ztratili asi 400 metrů. K orientaci pilotům slouží prostý provázek zavěšený v kabině. Jakmile se začne kroutit, letoun je ve stavu beztíže a nyní je třeba udržet „Andulu“ co nejdéle na parabole.
Dařilo se to vždy zhruba po pěti sekundách, pak bylo zapotřebí letadlo srovnat a vystoupat s ním do původní výšky. V tu chvíli sebou známý český vědec „plácl“ o vypolstrovanou podlahu, protože na něj působí přetížení kolem 3G. A takto čtyřikrát dokola.
A jaké to bylo? „Byla to čistá euforie,“ řekl tehdy Jiří Grygar novinářům.
Na vlastní kůži si to můžete vyzkoušet v rámci soutěže o „zero-g letenky“ s akcí „Česká cesta do vesmíru“. Pokud tedy splníte podmínky pro účast na letu, které najdete na našich stránkách.