Kopš 1961. gada, kad pirmais cilvēks nokļuva kosmosā, sapnis par cilvēku nosūtīšanu uz citām pasaulēm, planētām un zvaigžņu sistēmām šķiet sasniedzama realitāte pat ar pašreizējām tehnoloģijām. Tomēr tālās pasaules, kuras mums ir vissasniedzamākās, piemēram, Mēness un Marss, daudzējādā ziņā atšķiras no Zemes, tostarp ar to, ka tām ir daudz mazāka gravitācija nekā Zemei.
Kosmosā ir bijuši vairāk nekā 700 cilvēku, tostarp daudzi, kas ilgstoši izturēja ļoti zemu gravitāciju, tāpēc mēs sākam izprast tās ietekmi uz mūsu ķermeni.
Vai cilvēki vispār var kolonizēt Mēnesi, Marsu un citas tālās planētas? Vai mēs varam ceļot uz šīm pasaulēm, spert uz tām kāju un izveidot dzīvotni, kas ļauj mums tur izdzīvot?
Ideālā gadījumā tas nebūtu tikai uz īsu brīdi, bet gan potenciāli varētu novest pie ilgtermiņa cilvēku klātbūtnes izveidošanas uz citas pasaules. Protams, cilvēku kolonijai uz citas pasaules ir daudz šķēršļu, taču dažas no lielākajām problēmām, ar kurām mēs neapšaubāmi saskartos, izrietētu no atšķirībām starp planētas, uz kuras mēs esam attīstījušies un pielāgojušies (Zemes) un jebkuras citas pasaules īpašībām.
Cilvēka ķermenis ir trausla būtne: kaut kas tāds, ko mēs šeit, uz Zemes, kuras videi esam labi pielāgojušies, regulāri nepamanām. Tomēr ir viegli uzskatīt par pašsaprotamām dažas no Zemes ievērojamajām īpašībām, tostarp:
- elpojošu, ar skābekli bagātu atmosfēru, kas ir bieza un ievērojama, nodrošinot pietiekamu, bet ne graujošu spiedienu,
- ar lielu daudzumu šķidra ūdens uz tās virsmas,
- ar ozona slāni atmosfēras augšdaļā, kas bloķē ievērojamu UV staru daļu, ko visu ieskauj mūsu planētas magnētiskais lauks,
- 150 miljonu km attālumā no Saules,
- ar Zemes masu un rādiusu, kas Zemes virsmā rada paātrinājumu 9,8 m/s².
Kad cilvēki domā par citu pasauļu kolonizāciju, viņi netieši ņem vērā daudzus no šiem aspektiem. Viņi iztēlojas slēgtu vidi, kurā mākslīgi kontrolē spiedienu iekšpusē, lai tas būtu līdzīgs spiedienam uz Zemes. Viņi iztēlojas skābekļa pievienošanu atbilstošā koncentrācijā un spēju tajā uzturēt lielas šķidra ūdens rezerves, kas ir būtiski cilvēka dzīvībai. Viņi iztēlojas kaut kāda veida aizsargierīci, kas pasargā no ultravioletā starojuma un kosmiskajām daļiņām: kaut ko tādu, ko citas pasaules atmosfēra vai dabiskais magnētiskais lauks, iespējams, nenodrošina. Un viņi iztēlojas mākslīgu apsildi un dzesēšanu, lai uzturētu lietas cilvēkiem piemērotā temperatūrā: kaut ko tādu dabiski nenodrošina neviena cita planēta mūsu Saules sistēmā.
Taču viens no aspektiem — atšķirīgs gravitācijas paātrinājums nekā uz Zemes virsmas — ir kaut kas daudz grūtāk pārvarams un ieviešams uz citām planētām.
Mūsu gravitācija uz Zemes virsmas rada īpašu paātrinājumu, bet uz citām cietas virsmas planētām mūsu Saules sistēmā paātrinājums parasti ir ievērojami mazāks. Piemēram, virsmas paātrinājums:
- uz Venēras ir 8,87 m/s² jeb 90,4% no Zemes paātrinājuma,
- uz Marsa ir 3,71 m/s² jeb 37,8% no Zemes paātrinājuma,
- uz Merkura ir 3,70 m/s² jeb 37,7% no Zemes paātrinājuma,
- uz Mēness ir 1,625 m/s² jeb 16,6% no Zemes paātrinājuma,
- vai starpplanētu telpā ir 0 m/s² jeb 0% no Zemes paātrinājuma.
Lai gan paātrinājums uz Venēras virsmas ir salīdzināms ar Zemes paātrinājumu, citām mūsu Saules sistēmas cietajām planētām ir ievērojami samazināta gravitācija: tās ir tuvāk nulles gravitācijai nekā Zemes faktiskajai gravitācijai.
Arī mākslīgi paaugstināt gravitācijas vērtības nav tik vienkārši. Pastāv daudzi mākslīgās gravitācijas piemēri, no kuriem vienkāršākais ir ilgstošs lineārs paātrinājums (piemēram, nepārtraukti virzoša raķete) vai centripetāla spēka izmantošana rotācijas kustībai. Tomēr lineārajam paātrinājumam ir nepieciešama nepārtraukta degvielas patēriņš un taisna līnija, lai turpinātu kustību: kaut kas tāds, ko neatradīsiet uz citas planētas. Rotācijas kustību ir vieglāk uzturēt no fizikas viedokļa, bet, nepārtraukta rotācija izraisa sliktu dūšu, dezorientāciju un līdzsvara zudumu, kas rada nopietnas vestibulāras blakusparādības.
Tā kā nav nopietnu priekšlikumu par mākslīgi palielinātu gravitāciju kā daļu no pilotējamas misijas uz Marsu vai Mēnesi, jebkurai ierosinātajai misijai ir jātiek galā ar šo ievērojami samazināto gravitāciju: ne tikai uz laiku, bet potenciāli uz visiem laikiem.
Cilvēki nav pavadījuši daudz laika samazinātā gravitācijā, lai pētītu tās ietekmi uz savu ķermeni. Ilgākais periods, ko šobrīd viens cilvēks pēc kārtas ir pavadījis kosmosā, ir 437 dienas (14,5 mēnešus) pēc kārtas.
Kas notiek ar cilvēka fizisko veselību ilgstoši esot zemā gravitācijā?
Cilvēka ķermenim atrodoties ievērojami samazinātā gravitācijā ir nopietnas sekas: ne tikai tūlītējas, bet arī ilgtermiņa. Tā kā tik daudzas mūsdienu cilvēces ambīcijas koncentrējas uz kosmosa kolonizāciju, tāpēc visvairāk satrauc ilgtermiņa sekas. Izrādās, ka fiziskā un fizioloģiskā ietekme, ko zema gravitācijas vide atstāj uz cilvēka ķermeni, ir nopietna un daudzveidīga.
Šeit, uz Zemes, no bioloģiskā viedokļa gravitācijai mūsu ķermenim ir daudz funkciju:
- Tā mūs orientē, dodot mums spēcīgu augšupvērstas un lejupvērstas kustības sajūtu, un ir būtiska, lai mēs zinātu, kur sākas un beidzas mūsu ķermenis, un saprastu, kā spēki, ko mēs tam pieliekam, ir saistīti ar mūsu ķermeņa kustību.
- Pretestības spēks, ko tā rada, ļauj tādām aktivitātēm kā sēdēšana, stāvēšana, staigāšana un skriešana stiprināt mūsu kaulus un muskuļus.
- "Lejupvērstais" spēks uz mūsu iekšējiem orgāniem palīdz mums nodrošināt stabilu līdzsvaru: kaut ko tādu, kas tiek izjaukts, piemēram, braucot ar amerikāņu kalniņiem, kad jūtam, kā mūsu vēders "paceļas", un tam pievienojas pazīstama slikta dūša.
- Tā palīdz mums, ieņemot guļus stāvokli un iemigt.
- Tā palīdz mūsu ķermeņa šķidrumiem nostāties līdzsvara stāvoklī; līdz ar vides gravitācijas līdzsvara izjaukšanu tiek izjaukts arī šķidrumu sadalījums organismā.
Samazinātas vai nulles gravitācijas vidē mūsu spēja veikt visas šīs lietas, ko mēs ikdienā un bez domāšanas darām uz Zemes, ievērojami pasliktinājās, radot mūsu ķermenim milzīgu, nepārtrauktu un kumulatīvu slodzi, kurai mēs neesam pakļauti šeit, savā dzimtajā pasaulē.
Iespējams, ka visnopietnākās un nozīmīgākās pārmaiņas, kas rodas cilvēkam zemas gravitācijas apstākļos, ir smaga muskuļu atrofija un skeleta pasliktināšanās: osteopēnija kosmosa lidojumu laikā.
Vidēji katru mēnesi, ko astronauti pavada kosmosā, viņi zaudē aptuveni 1,5% no kopējās kaulu masas: kumulatīvs efekts, kas nemazinās līdz pat 14 mēnešu robežai, ko esam novērojuši. Saskaņā ar 2001. gada NASA pētījumu tas ne tikai noved pie kaulu zuduma, bet arī pie kalcija jonu līmeņa paaugstināšanās cilvēka serumā. Ilgstoša atrašanās zema gravitācijas vidē var izraisīt neatgriezeniskus skeleta bojājumus. Fiziskās aktivitātes, neskatoties uz to veikšanu kosmosā, nemazina šīs sekas.
Līdzīgi astronauti ātri zaudē arī muskuļu masu: no 10 līdz 20% no savas muskuļu masas dažu nedēļu laikā. Uz Zemes gravitācija rada fizioloģisku efektu, kas pazīstams kā mehāniskā slodze: ķermenim ir jānes savas masas svars. Bez šīs slodzes jūsu ķermenim būtībā tiek teikts: “jūsu smagie, svaru nesošie muskuļi nav nepieciešami”, kas noved pie:
- lēni raujošos muskuļu šķiedru sabrukšanas, kas samazina ne tikai spēku, bet arī izturību,
- nelīdzsvarotības tajā, kā jūsu ķermenis izmanto olbaltumvielas, jo olbaltumvielu sadalīšanās un degradācijas ātrums paliek nemainīgs, bet muskuļu veidošanas (olbaltumvielu sintēzes) ceļi ievērojami samazinās,
- ķermeņa vissvarīgākā muskuļa – sirds – degradācijas, jo tai nav jāpumpē pret gravitāciju, kā rezultātā samazinās asinsrite ar nezināmu ietekmi ilgāk par 14 mēnešiem.
Iespējams, ka tādas īpašas ierīces kā ARED (Advanced Resistive Exercise Device) varētu mazināt dažas no šīm sekām, taču ieguvumi ir nelieli, un aprīkojums ir milzīgs un grūti transportējams.
Vēl viena būtiska ietekme ir tāda, ka bez liela gravitācijas spēka, kas velk šķidrumus “uz leju” ķermenī, tie mēdz pārvietoties uz augšu: uz galvu un pašā galvā. Tas noved pie kosmosa akluma fenomena, radot papildu spiedienu uz acīm un radot redzes problēmas.
Muguras sāpes ir biežas, jo mugurkauls bez gravitācijas ietekmes parasti pagarinās par aptuveni 5 cm.
Aktīva kaulu un muskuļu sabrukšana noved pie ievērojami paaugstināta nierakmeņu attīstības riska, kā arī pie pastāvīgas dehidratācijas problēmas un biežas nepieciešamības urinēt.
Novērojumi liecina, ka 75% astronautu cieš no deguna aizlikuma un deguna blakusdobumu slimībām, jo ķermenim ir grūtības izvadīt deguna blakusdobumu šķidrumus.
Ceļojumā uz Marsu kosmosa kuģa apkalpe piedzīvos papildu sarežģījumus. Tas ir tāpēc, ka pastāv arī liela atšķirība starp faktisku bezsvara ceļojumu uz Marsu, kas jebkurai apkalpes misijai ilgs vismaz 6 mēnešus, un pielāgošanos pārvietošanai pa zemas gravitācijas Marsa virsmu (38% no Zemes gravitācijas). Saskaņā ar NASA datiem, tas var ietekmēt:
- telpiskās orientācijas izjūtu,
- roku-acu un galvas-acu koordināciju,
- līdzsvaru,
- spēju staigāt,
- ortostatisku nepanesību (kad nevarat uzturēt asinsspiedienu, pieceļoties kājās),
- un daudz ko citu.
Mikrogravitācijas apstākļos astronautiem ir arī daudz zemāks sarkano asinsķermenīšu ražošanas ātrums, kā rezultātā rodas kosmosa anēmija. Šī stāvokļa noturība zemas gravitācijas joprojām nav zināma.
Tomēr ir vēl kaut kas, kas jāņem vērā – vienīgie astronauti, kuri jebkad ir pētīti, ir bijuši astronauti, kuri galu galā ir atgriezušies uz Zemes. Ja cilvēku kolonijas uz Marsa mērķis ir atšķirīgs — doties turp, palikt tur un nekad neatgriezties, daudzu šo apstākļu sekas var nebūt tik svarīgas. Galu galā, ja jūs vairs neesat labi pielāgojies dzīvei uz Zemes, tad tas var nebūt tik svarīgi scenārijā, ja jūs vispār neatgriežaties uz Zemes. Taču sekas joprojām būs reālas. Jūsu ķermenis pielāgosies samazinātai gravitācijai, taču ne katra adaptācija būs veiksmīga. Daži piemēri:
- Sirds nebūs tik atrofējusies kā bezsvara stāvoklī, taču samazināta gravitācija, visticamāk, izraisīs pārāk augstu asinsspiedienu dažās ķermeņa daļās un pārāk zemu citās.
- Gremošanas sistēma joprojām var izraisīt nepārtrauktu sliktu dūšu, un tas var izraisīt lielāku skābes refluksa risku, kam varētu būt ilgtermiņa sekas jūsu barības vadam.
- Tā kā vielmaiņa palēninās, lai pielāgotos samazinātajai muskuļu un kaulu masai/blīvumam, tas var arī samazināt smadzenēm pieejamās enerģijas daudzumu, un tāpēc ilgtermiņā var samazināties ne tikai koordinācija, bet arī spēja risināt problēmas.
Vēl ir dažas lietas, par kurām zinātnieki ir pārliecināti, pētot zemas gravitācijas vidi:
- ēdiens garšos citādi,
- cilvēka dzimumtieksme samazināsies,
- vemšanas reflekss pastiprināsies un to izraisīs Zemes apstākļos nekaitīgas smakas.
Mēs nezinām, kuras problēmas saglabāsies un pasliktināsies laika gaitā, un mēs nezinām, pie kurām problēmām jūsu ķermenis pielāgosies: sasniedzot jaunu līdzsvaru, kas atšķiras no tā, kāds tas ir uz Zemes, bet kas ļauj ilgtermiņā attīstīties.
Mēs nezinām, kā šīs izmaiņas ietekmēs pēcnācējus, kas radīsies pēc atrašanās šajā jaunajā vidē. Protams, pastāvēs straujas atšķirības starp cilvēku tipu, kas pastāv uz Zemes, un cilvēku tipu, kas rastos pēc vairākām paaudzēm, kas būtu dzīvojušas uz Marsa, un pat pēc dažām paaudzēm atgriešanās uz Zemes un “atgriešanās normālā dzīvē” var nebūt pat iespējama.
Taču tas nenozīmē, ka cilvēku kolonijas izveide uz Marsa vai jebkurā citā samazinātas gravitācijas vidē ir izšķiroša – tas nozīmē tikai to, ka kolonijas izdzīvošanai būs šķēršļi, tostarp šķēršļi, kurus mēs neatklāsim, kamēr nemēģināsim to izdarīt. Ar mūsu pašreizējo izpratni par realitāti tas var būt vai nebūt iespējams, taču vienīgā pārliecība ir tāda, ka, ja mēs nemēģināsim, neveiksme ir garantēta.
