Что будет если полететь вверх в космосе
Что будет, если космонавт прыгнет вниз с МКС?
Что будет, если космонавт оттолкнётся от МКС? Он упадёт на землю? А если оттолкнётся вверх? Он может улететь например до Луны или Марса?
Что же, давайте разбираться в том, что будет происходить при прыжке с МКС.
В первую очередь стоит сказать, что прыжок с МКС очень сильно отличается от парашютного прыжка с самолёта. И главное отличие даже не в высоте, с которой происходит прыжок. Хотя и это различие тоже существенно. Обычно парашютисты прыгают с высоты около 4-5 километров, а МКС находится на орбите высотой чуть больше 400 километров, т.е. разница — в 100 раз.
Гораздо более важным фактором здесь является скорость, с которой движется МКС вокруг Земли. Многие считают, что МКС движется медленно или даже «висит» в космосе без движения. Это не так. МКС движется по орбите со скоростью чуть меньше 8 километров в секунду.
Космонавт оттолкнувшись от МКС начнёт отдаляться от станции. Но при этом его скорость относительно Земли практически не изменится. Космонавт таким образом перейдёт на немного другую орбиту и продолжит вращаться вокруг Земли, но не упадёт на Землю. По крайней мере не сразу.
При этом в идеальном случае новая орбита космонавта будет пересекаться с орбитой МКС и чисто в теории его могут подобрать на одном из следующих витков без совершения каких либо орбитальных манёвров.
Примерно так будут выглядеть орбиты космонавта и МКС после прыжка. Масштабы и размеры не соблюдены.
Так если космонавт прыгнет по направлению к Земле или вверх, перпендикулярно поверхности Земли, то он вновь встретится с МКС примерно через полтора часа. А вот если космонавт прыгнет в сторону — перпендикулярно орбитальной плоскости МКС, то он будет встречаться с МКС каждые 45 минут.
Однако всё это в чистой теории. На практике же их орбиты будут сближаться, но вряд ли будут пересекаться, по крайней мере случиться это может только по очень маловероятному стечению обстоятельств.
Все дело в том, что Земля не является идеальной сферой с равномерным распределением массы. Гравитационное поле Земли также неоднородно. Это будет вызывать прецессию орбиты как астронавта, так и МКС. Кроме того, и космонавт, и станция будут испытывать трение о частицы газов присутствующих на такой высоте, хоть и в малых концентрациях.
«Наилучший» способ поскорее упасть на Землю состоит в том, что нужно оттолкнуться в направлении противоположном направлению орбитального движения МКС. Сделав так космонавт уменьшит свою орбитальную скорость, что ускорит деградацию его орбиты. Но даже в этом случае потребуются многие годы прежде чем он замедлится настолько, чтобы упасть на Землю.
Аналогично даже прыгнув вверх космонавту не удастся достичь Луны или тем более — других планет солнечной системы. Так для того, чтобы достичь Луны стартуя с орбиты МКС необходимо увеличить свою скоростью примерно на 4.04 км/c. Едва ли космонавту удастся придать себе такую дополнительную скорость используя мускулы своих ног в качестве ускорителя. В реальности человек в скафандре может придать себе скорость порядка 2-3 м/с относительно МКС.
Почему всегда принято в космосе лететь вперед или назад, а не вверх или вниз? Если будет точка отсчета? Есть ли звезды в вверху или внизу?
Понятия вперед, назад, вверх, вниз не научные, а бытовые понятия, и являются относительными как на Земле, так и в космосе. Например «вверх» на Северном полюсе направлен к полярной звезде и совпадает с осью вращения Земли, в то время как на экваторе «вверх» направлен всегда перпендикулярно к оси вращения. То же самое, только в обратных направлениях можно сказать о понятии «вниз». Оно всегда радиально направлено в центр Земли и зависит от положения на поверхности Земного шара. Очевидно, что понятие «вперед» и «назад» так же относительны, так как зависят от положения смотрящего.
В навигации космического корабля в пространстве, так же как и корабля в океане, не применяются эти понятия. С древних времен используют понятие курс корабля, что соответствует углу движения корабля, к выбранному условному направлению. Этим условным направлениям (система отсчета) для навигации кораблей в океане является направление на Север.
В космических кораблях, предназначенных для межпланетных полётов, включая и полёты за Солнечную систему, в NASA используют декартову систему координат (ICRF, International Celestial Reference Frame) с центром в барицентре (центр масс) Солнечной системы и адаптированный к 295 внегалактическим радио источникам. Пространство в космосе однородно (все направления равнозначны), но система отсчета ICRF и направления трех его декартовых осей единственны. Текущую позицию и направление полёта корабля определяют в этой системе отсчета.
О звёздах. Звёзды обитают в галактиках. Например в нашей галактике Млечный Путь около 300 млрд звёзд и среди них, на расстоянии около 27000 св. лет от центра галактики, расположено наше Солнце. Галактик во Вселенной около 2-х триллионов.
Почему в космосе нет верха и низа?
Есть ли в космосе верх и низ? В космосе есть движение вверх и вниз. «Вниз» — это просто направление, в котором вас тянет гравитация, а «вверх» — как раз противоположное направление. Поскольку в космосе везде есть гравитация, также везде в космосе есть движение вверх и вниз.
Гравитация — это «центральная» сила притяжения, поэтому «спуск» означает падение или притяжение к центру ближайшего массивного объекта. Если вы находитесь в космосе и ближайшим астрономическим объектом является Земля, вы падаете на Землю. Таким образом, низ находится по направлению к центру Земли, а верх — от центра Земли.
Вниз не ведет к Южному полюсу Земли, а вверх — не ведет к Северному полюсу Земли. Это ошибочное представление происходит из-за того, что мы традиционно используем плоские карты. К сожалению, пытаясь объяснить, почему север не вверху, а юг не внизу, многие люди приходят к выводу, что в космосе вообще нет ни верха, ни низа, что явно неверно.
Если Земля ближайшее большое тело к нам, вниз для нас всегда идет к центру Земли, а вверх всегда от центра Земли. Ничего волшебного не произойдет, если вы покинете земную поверхность и сядете на борт Международной космической станции: вниз по-прежнему будет в том же направлении.
Но если вы посмотрите на космонавтов на МКС, то покажется, что они летают без ощущения «верха или низа». Такое интересное поведение происходит не из-за отсутствия силы тяжести, а из-за того, что они находятся в свободном падении. Когда мы падаем свободно, наши человеческие чувства не могут определить, где низ. Но он все еще есть, о чем свидетельствует тот факт, что при падении вы ускоряетесь по направлении вниз.
Если вы прыгнете с парашютом с самолета и закроете глаза при свободном падении, вы не сможете определить, где находится верх (игнорируя сопротивление воздуха). Гравитация не исчезла волшебным образом только потому, что вы закрыли глаза и прыгнули. Направление вниз по-прежнему очень реально, и это видно из того факта, что вы падаете в этом направлении, даже если вы не можете почувствовать, где низ. То же самое и с космонавтами на орбите.
Круговая траектория их орбиты является прямым признаком того, что они падают и что они испытывают падение даже если они не могут этого почувствовать в состоянии свободного падения.
Что произойдет, если вы отойдете от Земли достаточно далеко, чтобы ее сила тяжести перестанет быть значительной?
Тогда вы просто упадете навстречу тому телу, которое имеет наибольшую гравитацию. Рядом с Луной вниз будет по направлению к Луне. Рядом с Марсом, вниз по направлению к Марсу.
Если вы не особенно близки к какой-либо планете, но все еще находитесь в Солнечной системе, вниз будет по направлению к Солнцу, потому что именно в этом направлении вас тянет гравитация. Если вы будете в состоянии покоя относительно Солнца и будете далеко от планет, вы упадете к Солнцу.
Если вы выйдете из Солнечной системы и не войдете в другую планетную систему, вниз будет по направлению к центру нашей Галактики.
Если вы выйдете из нашей Галактики и не войдете в другую галактику, вниз будет по направлению к центру нашего скопления галактик.
Если вы отойдете достаточно далеко от нашего скопления галактик, вниз просто станет ближе к следующему ближайшему скоплению.
Вся материя в космосе постоянно падает. Но космос настолько велик, что это падающее движение настолько медленное, что в астрономических масштабах мы его не замечаем.
Но оно определенно есть. Поскольку в астрономических масштабах падение космических кораблей, планет и их спутников выглядит очень медленнее, чем падение во время прыжка с парашютом, ученые практически используют слово «падение».
Вместо этого они говорят об «орбитах», «траекториях» и «путях». Всякий раз, когда используются такие термины, они на самом деле просто означают «что в космосе что-то падает».
За пределами атмосферы: что будет, если пассажирский авиалайнер попытается отправиться в космос
Разбираемся, сможет ли Boeing 747 вылететь за пределы земной атмосферы.
«Если очень захотеть – можно в космос полететь!». Но удастся ли это сделать на пассажирском воздушном судне? Сидя в салоне и глядя, как самолет поднимается выше облаков, кажется, что до космоса – рукой подать.
В качестве примера рассмотрим Boeing 747 – дальнемагистральный двухпалубный авиалайнер. Что же будет, если его пилоты попытаются покинуть атмосферу Земли и отправиться бороздить просторы космоса?
При наилучшем раскладе пассажирский самолет просто достигнет своего потолка высоты (точки, где его максимальная подъемная сила компенсируется собственным весом авиалайнера), не будет подниматься выше и благополучно приземлится в аэропорту.
Для большинства самолетов максимальная высота полета составляет 12 км. При использовании самого консервативного подхода «космос» начинается на высоте 80 км над поверхностью Земли. Этим определением руководствуется НАСА – вполне надежный источник. Учитывая все это, выходит, что максимальная высота полета пассажирского судна и рядом не стоит с «высотой» космоса.
Другой вопрос – скорость. Пассажирский самолет просто не сможет развить достаточную скорость, которая позволит «выйти» ему на орбиту.
«Выйти на орбиту» значит, что объекту хватает скорости для противодействия гравитации. То есть ему нужно двигаться вперед быстрее, чем падать вниз. В свою очередь, орбитальная скорость зависит от высоты – чем выше поднимается объект, тем меньше сил гравитации тянут его вниз (согласно закону всемирного тяготения И. Ньютона).
К примеру, орбитальная скорость на Геостационарной орбите составляет около 11300 км/ч, а на более низкой орбите – скажем, которая находится на высоте 200 км – скорость будет достигать уже 27400 км/ч.
Поскольку максимальная скорость Boeing 747 составляет всего около 1130 км/ч, пассажирский самолет просто не сможет самостоятельно достичь показателя, близкого к орбитальной скорости. Он упадет на Землю – точно так же, как и любой другой объект, который движется со скоростью меньше орбитальной.
Поскольку Boeing 747 является воздушным самолетом с подъемом крыльев, для его работы требуется определенное давление воздуха. Чем выше судно поднимается в воздух, тем меньше становится воздушное давление. Это и ограничивает высоту полета. Ни один из существующих коммерческих самолетов не предназначен для полетов в «космос» в том виде, в котором он сконструирован.
Если взглянуть на воздушно-космические самолеты, они либо используют гибридную силовую установку, например самолет-носитель Virgin Galatic, либо ракетные двигатели. В любом случае турбовентиляторный двигатель, который установлен в пассажирских самолетах, просто не сможет создавать тягу на высотах, необходимых для выхода в космос. Даже на более низких, которые определены НАСА.
Пассажирские лайнеры летают за счет двигателей, которые создают достаточную тягу. Она, в свою очередь, поддерживает подъемную силу, создаваемую крыльями самолета. По мере того как судно будет подниматься выше, для поддержания этой подъемной силы будет оставаться все меньше и меньше воздуха. Следовательно, для удержания самолета на большей высоте требуется большая скорость. Замкнутый круг!
Уже на высоте около 13 км способность 747-го поддерживать подъемную силу практически сводится на нет – воздух в этой точке становится слишком разреженным, чтобы самолет мог продолжать набор высоты. Так что даже если отчаянные пилоты-экстремалы попытаются отправиться в космическое пространство на «Джамбо Джете», у них ничего не получится.
Самолет, который все-таки выйдет в открытый космос, скорее всего, будет с ракетным двигателем и уж точно не будет походить на Boeing 747. Вместо этого он будет выглядеть примерно так:
А если вы решите использовать турбовентилятор, то будьте готовы построить настоящий самолет-монстр, который поднимет ваш «космический корабль» на высоту 80 км
А если представить, что, несмотря на недостаточную скорость, самолету все-таки удастся выйти за пределы атмосферы? Все очень просто – двигатели будут испытывать недостаток кислорода и просто перестанут работать. Самолет остановится и упадет на землю. Мы уже не говорим о том, что, после того как он покинет атмосферу, из строя выйдут не только двигатели, но и пассажиры с членами экипажа. Думаем, не нужно объяснять, почему.
Так что становится очевидным: с какой бы стороны мы ни смотрели на этот вопрос, ответом на него будет твердое «нет». Пассажирский Boeing 747 не сможет хоть сколько-нибудь приблизиться к космосу – даже при самом сильном желании членов его экипажа.
Можно ли вернуться на Землю, если лететь в космосе по прямой?
В те времена, когда люди думали, что Земля плоская, было ересью предполагать, что долгое путешествие по прямой линии в конечном счете приведет вас обратно в исходную точку. Но это правда: пройдите, пролетите, проплывите 40 000 километров в одном направлении — и вы вернетесь туда, откуда начинали. И тогда вы задумаетесь: можно ли проделать такой же трюк в космосе? Если взять ракету, которая сможет лететь достаточно быстро и достаточно долго, не сталкиваясь с далекими звездами или галактиками, можно ли в конечном итоге вернуться в пункт отправки?
На первый взгляд это может показаться безумием, но на деле нет. Можно думать, что Вселенная бесконечная и продолжается вечно во всех направлениях, но у нас имеются доказательства того, что форма и размер Вселенной вполне конечны. Во-первых, прошло всего 13,8 миллиарда лет с момента Большого Взрыва и мы можем наблюдать объем пространства, который посетил свет за 13,8 миллиарда лет, подсветив каждую посещенную точку. Во-вторых, существуют сотни миллиардов галактик, которые в прошлом были моложе, и чем дальше в прошлое мы заглядываем, тем явственнее это становится. Может ли быть так, что одна (или несколько) таких галактик — это юная версия Млечного Пути, в котором мы выросли? Наконец, подобно тому, как у Земли есть два измерения, в которых мы можем по ней перемещаться (с севера на юг и с запада на восток, но не сверху вниз), может ли Вселенная быть многомерной структурой (гиперсферой или гипертором), в которой множество измерений замкнуты и ограничены, закручиваются сами в себя?
Для этого нам нужно взглянуть на Вселенную на крупнейших масштабах и найти места, в которых она обладает одинаковыми свойствами на всех направлениях. Конечная и закрученная Вселенная означала бы, что одни и те же структуры возникают снова и снова. Хотя большую часть Вселенной будет трудно определить как закрученную, поскольку ограниченная скорость света означает, что мы будем видеть одни и те же объекты на разных этапах их эволюции (вроде более молодого Млечного Пути), всегда найдутся объекты, которые будут на одном этапе эволюции в разных местах. Крупномасштабная структура Вселенной не демонстрирует подобных структур, но у нас есть еще более подходящее место для поиска: космический микроволновый фон.
Независимо от того, насколько мы будем технически развиты, однажды в будущем, пока мы ограничены скоростью света, мы никогда не узнаем, действительно ли Вселенная ведет себя таким образом. Благодаря темной энергии и ускоренному расширению Вселенной, физически невозможно достичь границы даже нынешней наблюдаемой Вселенной; мы сможем максимум пройти треть этого пути. Если Вселенная не повторяется на масштабах, которые меньше 15 миллиардов световых лет современного диаметра, мы никогда не вернемся в точку, с которой начинали, двигаясь по прямой линии.
мы можем никогда не узнать, бесконечна наша Вселенная или нет, и какова ее истинная топология.
Все, что мы можем видеть, это часть, доступная для нас, которая позволяет нам установить ограничения на возможную топологию Вселенной. Насколько мы можем сказать, она плоская, неповторяющаяся и, возможно, но не обязательно, бесконечна. Возможно, по мере течения времени, когда Вселенная будет раскрываться перед нам все больше, наши измерения кривизны будут становиться все более точными и откроют нам новую истину. Несмотря на то, что мы сильно ограничены в возможностях наблюдать, за космическим горизонтом могут быть новые, пока неизвестные возможности.