Jatuh Tanpa Henti: Mengapa Angkasawan Terasa Tanpa Berat?

Dalam video dari Stesen Angkasa Antarabangsa (ISS), angkasawan terapung di dalam kabin seolah-olah graviti telah hilang. Namun ISS mengorbit pada ketinggian kira-kira 400 kilometer dari permukaan Bumi, iaitu jarak yang kecil berbanding jejari Bumi yang kira-kira 6 400 kilometer. Pada ketinggian itu, graviti Bumi masih kira-kira 90 peratus daripada kekuatannya di permukaan. Jadi graviti masih sangat kuat, dan apa yang hilang ialah sesuatu yang lain.

Apa yang kita rasa sebagai berat

Graviti ialah tarikan Bumi pada badan kita, tetapi rasa berat yang kita alami ialah perkara yang sedikit berbeza. Apabila kita berdiri, lantai menolak kaki kita ke atas dengan daya yang menyeimbangkan tarikan graviti ke bawah. Daya tolakan ini dipanggil daya normal. Kita merasainya pada tapak kaki, tulang dan otot, dan itulah yang kita alami sebagai berat. Penimbang di bilik mandi sebenarnya merekodkan daya tolakan ke atas ini.

Jatuh bersama mengelilingi Bumi

ISS bergerak mengufuk pada kelajuan kira-kira 28 000 kilometer sejam, iaitu kira-kira 7.7 kilometer sesaat. Graviti sentiasa menarik stesen ke arah Bumi, jadi laluan stesen terus melengkung ke bawah. Kelajuan mengufuknya pula cukup tinggi sehingga permukaan Bumi yang melengkung menjauh pada kadar yang hampir sama. Akibatnya, stesen sentiasa jatuh tetapi tidak pernah sampai ke tanah, dan ia mengelilingi Bumi kira-kira sekali dalam 90 minit. Angkasawan dan stesen jatuh dengan pecutan yang sama, jadi lantai dan dinding tidak perlu menolak badan angkasawan. Itulah sebabnya mereka terapung.

Keadaan yang sama di Bumi

Sebagai gambaran sahaja, bayangkan lif yang jatuh bebas. Penumpang dan lif jatuh dengan pecutan yang sama, jadi lantai tidak menolak kaki penumpang. Ini hanya perbandingan, bukan keadaan yang selamat untuk dicuba. Saintis memperoleh keadaan serupa selama beberapa saat hingga puluhan saat melalui menara jatuh dan penerbangan parabola yang dirancang dengan teliti.

Tanpa berat bukan tanpa graviti

Istilah tanpa graviti kurang tepat. Istilah mikrograviti digunakan untuk keadaan apabila kesan graviti pada jasad di dalam kenderaan angkasa kelihatan sangat kecil. Di ISS, graviti masih bertindak, dan keadaan itu tidak betul-betul sifar kerana ada seretan atmosfera yang sangat nipis pada ketinggian itu serta getaran dalam stesen. Angkasawan terapung, tetapi tubuh mereka tidak bebas daripada kesannya. Tanpa beban yang biasa dikenakan oleh graviti, tulang dan otot boleh melemah semasa misi yang panjang, dan sebab itulah angkasawan bersenam setiap hari.

Sejarah penemuan

Isaac Newton membayangkan sebuah meriam di puncak gunung yang sangat tinggi. Apabila peluru ditembak dengan kelajuan mengufuk yang makin tinggi, ia jatuh makin jauh, dan pada kelajuan yang cukup tinggi ia akan terus mengelilingi Bumi tanpa jatuh ke tanah. Pada abad ke-20, Albert Einstein menyedari bahawa seseorang yang jatuh bebas tidak merasai beratnya sendiri, dan pemerhatian ini menjadi titik permulaan teori relativiti am.

Bagaimana kita mengetahui hal ini?