לפי "המדריך לטרמפיסט בגלקסיה", הסוד לתעופה טמון ביכולת להשליך את עצמך אל הקרקע ולהחטיא. המדריך צודק – ככה בדיוק מרחפים בחלל. אבל ככל שמתקרבים לכדור הארץ, העניין נהיה קצת יותר מסובך.

כולנו ראינו תמונות של אסטרונאוטים מרחפים בתחנת החלל הבין־לאומית [1, 2]. טוב, זה הגיוני – הם בחלל ואין שם כבידה. אבל גם ברכבי החלל של וירג'ין גלקטיק [3] ושל בלו אוריג'ין [4] ריחפו לפרק זמן מסוים, אפילו שלא התרחקו הרבה מכדור הארץ; רכב החלל של וירג'ין גלקטיק הגיע לגובה של כ־86 ק"מ – גובה שמתאים להגדרת החלל של נאס"א (NASA), אך נמוך ב־14 ק"מ מן ההגדרה הבין־לאומית [5]. רכב החלל של בלו אוריג'ין, לעומת זאת, הגיע לגובה של כ־107 ק"מ. אבל איך בכלל הם ריחפו?

קודם כול חשוב להבין שהכבידה לא נעלמת כל כך בקלות. הרי הכבידה של כדור הארץ לא יכולה לעשות "פוס משחק" בגובה של 100 ק"מ. אומנם הכבידה דועכת עם המרחק, אך קרוב לכדור הארץ הדעיכה היא איטית יחסית. בגובה של 400 ק"מ לדוגמה תאוצת הכובד היא כ־9 מטר לשניה בריבוע לעומת כ־9.8 מטר לשניה בריבוע בגובה פני הים. גם במרחק גדול יותר, בירח למשל, עדיין מרגישים את הכבידה, ולכן הירח מסתובב סביב כדור הארץ (והכבידה של הירח משפיעה על כדור הארץ – הגאות והשפל). אפילו כשמתרחקים עוד יותר מכדור הארץ עד שלא מרגישים את הכבידה שלו, עדיין תשפיע עלינו כבידה מן השמש, מכוכבי לכת אחרים, ממרכז הגלקסיה ואולי מעוד גורמים הנמצאים בחלל.

אם כן, איך בכל זאת נראה שאסטרונאוטים מרחפים? הם פשוט נופלים. האסטרונאוטים, כל מה שנמצא בתוך תחנת החלל הבין־לאומית, תחנת החלל עצמה – כולם נופלים. על כולם פועלת אותה התאוצה, שכן תאוצת הכובד של כדור הארץ אינה תלויה במסת הגוף הנופל. ומשום שכולם נופלים יחד, נראה שהם מרחפים. מצב זה נקרא מיקרו־כבידה, כלומר עדיין יש כבידה, אבל בחלל היא משפיעה על גופים אחרת מבכדור הארץ. ואיך האסטרונאוטים לא פוגעים בכדור הארץ? ובכן, הם גילו את סוד התעופה ומחטיאים את הקרקע. כדי לעשות זאת האסטרונאוטים וגם כל העצמים הנמצאים במסלול סביב כדור הארץ חייבים לנוע בתנועה אליפטית ובמהירות גבוהה מאוד. לדוגמה, לווין שסובב את כדור הארץ במסלול בגובה של 300–800 ק"מ צריך לנוע במהירות של כ־28 אלף קמ"ש (תוכלו לקרוא עוד על מסלולים בחלל בסדרת פוסטים בנושא [6]). מכיוון שהתנועה היא מאונכת פחות או יותר לכוח הכובד, המסלול סביב כדור הארץ נשמר [7]. בתנאים אחרים יהיה בלתי אפשרי להחטיא את הקרקע, וזה ייגמר רע מאוד. 

עכשיו אנחנו מבינים שמי שטס לאחרונה עם וירג'ין גלקטיק ועם בלו אוריג'ין חווה מיקרו־כבידה. רכבי החלל שלהם הגיעו לגובה רב המאפשר נפילה ממושכת. נשאלת השאלה: האם חייבים לעלות גבוה כל כך כדי להרגיש מיקרו־כבידה? התשובה היא לא. בכל נפילה ממושכת יחסית יהיו תנאים של מיקרו־כבידה. למעשה, אפשר ליצור מיקרו־כבידה באמצעות מטוסים מיוחדים שיכולים לבצע תמרון הכולל נפילה חופשית. מטוסים כאלה קיימים מאז שהתחילה תוכנית החלל. היום משתמשים בהם לאימון אסטרונאוטים, למחקר במיקרו־כבידה, וכן – לתיירות ולבידור (הקליפ נעשה ללא שימוש באפקטים ממוחשבים [8]).

המטוסים האלה יוצרים מיקרו־כבידה על ידי "תמרון פרבולי". בתמרון כזה מאיצים את המטוס בזווית גבוהה כלפי מעלה. בשלב הבא מורידים את עוצמת המנועים של המטוס כדי ליצור התנגדות לכוח הגרר. כך המטוס וכל מי ומה שנמצאים בתוכו מרגישים רק את כוח הכובד, ומתחילה נפילה חופשית. כשהמטוס נופל מהר מדי, מפעילים שוב את המנועים והמטוס מפסיק ליפול. משך כל שלב בתמרון משתנה ממטוס למטוס.

אם יש לכם כמה אלפי אירו פנויים, תוכלו גם אתם לקנות כרטיס למטוס כזה ולרחף כמו האסטרונאוטים. חברה צרפתית מציעה לכל דכפין לקנות כרטיסים למטוס איירבוס 310 המבצע את התמרון הפרבולי [9]. משך התמרון הוא 62 שניות בסך הכול – 20 שניות של טיפוס לגובה, 22 שניות של מיקרו־כבידה ו־20 שניות של יציאה ממצב הנפילה. את התמרון מתחילים בגובה של 6,000 מטר ומטפסים עד גובה של 8,500 מטר. המטוס מבצע 31 תמרונים כאלה בזמן הטיסה. כמה מילות אזהרה לפני שאתם רצים לקנות כרטיס: בערך שני שלישים מן הנוסעים במטוס כזה מרגישים בחילה או מקיאים. כן, גם האסטרונאוטים באימון. בשל כך זכה מטוס האימונים הראשון של נאס"א בכינוי החיבה Vomit comet [10]. תרופות נגד בחילה יכולות לעזור במצב כזה. לכן אם אתם מחליטים לקנות כרטיס, אל תשכחו לקנות גם אותן.

עיצוב: איילת ספירשטיין

עריכת לשון: אדוה שוורץ

הרחבות:

[1] תמונה של אסטרונאוטים בתחנת החלל הבין־לאומית

[2] תמונה של אסטרונאוט בחלל, NASA

[3] מרחפים ברכב החלל של וירג'ין גלקטיק

[4] מרחפים ברכב החלל של בלו אוריג'ין

[5] היכן מתחיל החלל?

[6] מסלולים בחלל, סדרת פוסטים של "מדע גדול, בקטנה"

[7] הידעת? אסטרונאוטים המרחפים בתחנת החלל מרגישים את כוח הכבידה של כדור הארץ!

[8] קליפ – מה קורה במיקרו־כובד?

[9] הסבר על תמרון פרבולי 

[10] על מטוס האימונים Vomet comet