لماذا تعد محطة الفضاء الدولية مكاناً مثالياً لإجراء التجارب العلمية؟

شارك رائد الفضاء الإماراتي سلطان النيادي متابعيه على تويتر بعض التجارب العلمية التي يعمل عليها في محطة الفضاء الدولية، من بين هذه التجارب تجربة بتكليف من جامعة ستانفورد الأميركية لمعرفة تأثير الأدوية على خلايا القلب في الفضاء، وذلك للمساعدة في منع إصابة رواد الفضاء بأمراض القلب. كما شارك النيادي تفاصيل تجربة أخرى شملت زراعة الطماطم في الفضاء.

تعتبر محطة الفضاء الدولية التي يعمل فيها النيادي مختبراً ضخماً يدور حول الأرض، فيها رواد فضاء من جنسيات مختلفة يجرون تجارب علمية متنوعة تساهم نتائجها في تحسين حياة البشر على الأرض وفي الفضاء.

لكن ما الذي يميز هذه المحطة ويجعلها مكاناً مثالياً لإجراء التجارب العلمية؟ ولماذا تستثمر وكالات الفضاء مبالغ كبيرة فيها في التجارب؟ وهل نتائج التجارب التي تُجرى فيها تستحق كل تلك الاستثمارات؟

الجاذبية على محطة الفضاء الدولية

توجد جاذبية في محطة الفضاء الدولية، لكنها أضعف بكثير من الجاذبية على سطح الأرض، فمحطة الفضاء الدولية تدور ارتفاع يقدر بنحو 400 كم، وهذا يؤدي لخفض قوة الجاذبية الأرضية بنحو 89%، ما يعني أن رائد الفضاء الذي يزن 70 كغ على الأرض سيكون وزنه أقل من 10 كغ في محطة الفضاء الدولية.

ظروف الجاذبية الصغرى تجعل رواد الفضاء يواجهون الكثير من التحديات، مثل الصعوبة في الحركة والنوم والاستحمام وتناول الطعام، لكن استغلال هذه الظروف هو الغرض الرئيسي من إنشاء المحطة، فالجاذبية الصغرى لا يمكن توفيرها بشكلٍ دائم على الأرض، وهي توفر قيمة علمية كبيرة في مجالات عديدة.

على سبيل المثال، تكيّف البشر والحيوانات مع جاذبية الأرض. تؤثر هذه الجاذبية على كل وظائف الجسم مثل حركة الدم وكثافة العظام. تتأثر النباتات أيضاً بالجاذبية وتستفيد منها لتحديد اتجاه نمو جذورها وساقها. لذلك، تمنح الجاذبية الصغرى علماء الأحياء رؤى فريدة حول استجابات أشكال الحياة المختلفة للظروف الجديدة.

بالإضافة إلى ذلك، يتغير العديد من العمليات الفيزيائية والكيميائية عندما تحدث في ظروف الجاذبية الصغرى، هذا يفتح فرصاً لدراسة عمليات وإجراء تجارب جديدة مثل التفاعلات الكيميائية وتغيرات حالات المادة وحركة السوائل والغازات بطرق غير ممكنة على الأرض.

أبرز مجالات البحث العلمي في محطة الفضاء الدولية

فيما يلي أبرز مجالات البحث العلمي على محطة الفضاء الدولية:

صحة الإنسان: يدرس العلماء كيفية تأثير الجاذبية الصغرى على جسم الإنسان، بما في ذلك نقص كثافة العظام وضمور العضلات وصحة القلب والأوعية الدموية. كما يدرسون كيفية التخفيف من هذه الآثار، عن طريق ممارسة التمارين الرياضية والتغذية.
علم النبات: يقوم العلماء بزراعة النباتات في ظروف الجاذبية الصغرى لمعرفة المزيد حول كيفية تطورها واستجابتها للتغيرات في بيئتها. يمكن أن يساعدنا ذلك على تطوير نباتات أفضل لزراعتها على الأرض، أو ابتكار طرق لزراعة النباتات في الفضاء وعلى الكواكب الأخرى لتوفير الطعام للبعثات الفضائية المستقبلية.
علم المواد: يدرس العلماء سلوك المواد في ظروف الجاذبية الصغرى. يمكن أن يؤدي هذا إلى تطوير مواد جديدة ذات خصائص مفيدة لمختلف الصناعات، مثل معادن تتمتع بالقوة والمتانة وخفة الوزن.
علم الأرصاد الجوية وعلوم الأرض: يستخدم العلماء محطة الفضاء الدولية لدراسة الغلاف الجوي للأرض والمحيطات والمناخ. يمكن أن يساعدنا هذا في التنبؤ بالطقس وفهم تغير المناخ والتحديات البيئية الأخرى والتعامل معها بشكل أفضل.
علم الفلك والفيزياء الفلكية: يستخدم العلماء محطة الفضاء الدولية لدراسة الكون، بما في ذلك النجوم والمجرات والثقوب السوداء، ما يوفر لنا معلومات جديدة حول أصل الكون وتطوره.

هل يمكن توليد ظروف الجاذبية الصغرى على سطح الأرض؟

نعم يمكن ذلك، هناك عدة طرق لتوليد ظروف الجاذبية الصغرى على سطح الأرض منها:

السقوط الحر: تتعرض الأجسام أثناء السقوط الحر إلى انعدام الجاذبية. يمكن تحقيق ذلك عن طريق إسقاط جسم من ارتفاع عالٍ، لكن السقوط الحر ليس سوى حالة مؤقتة، وسيصل الجسم في النهاية إلى الأرض.
طائرات الجاذبية المخفضة: تحلق طائرات الجاذبية المخفضة (Reduced-gravity aircraft) في مسار قطع مكافئ ما يخلق ظروف انعدام الجاذبية لفترة وجيزة.

جميع حالات الجاذبية الصغرى التي يتم توليدها على الأرض تكون مؤقتة وتستمر لفترة قصيرة جداً، ما يجعلها غير مناسبة لإجراء التجارب العلمية، في حين توفر محطة الفضاء الدولية حالة دائمة ومستقرة من الجاذبية الصغرى يمكن الاعتماد عليها لإجراء التجارب العلمية.