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Cela n’en a pas l’air, mais il y a de la gravité sur la Station spatiale; il y a la microgravité: qu’est-ce que c’est et pourquoi est-il si important de faire de la science

« L’espace-temps dit à la matière comment se déplacer, et la matière dit à l’espace-temps comment se plier. » Cette phrase du physicien théoricien américain John Archibald Wheeler condense parfaitement une des idées fondamentales de la théorie générale de la relativité qu’Albert Einstein a formulée en 1915.

En fait, il parvient à exprimer intuitivement l’essence géométrique la gravité sans recourir à des équations compliquées, qui ne feront pas une apparition dans cet article.

Ce qu’Einstein nous explique à travers la phrase de Wheeler, c’est que les objets avec masse ont la faculté de plier le continuum espace-temps, et, en même temps, cette déformation détermine la manière dont la matière se déplace à travers elle.

Les objets ayant une masse ont la capacité de plier le continuum espace-temps, et cette déformation détermine la façon dont la matière se déplace à travers elle.

Cette idée peut être un peu compliquée pour quiconque ne la connaît pas, mais l’image que vous avez un peu en dessous, bien qu’elle ne soit pas tout à fait exacte, l’illustre assez bien.

On y voit que le Soleil, qui est un objet très massif, plie l’espace-temps en dessous. Et d’une manière ou d’une autre, nous pouvons aussi comprendre comment cette déformation affecte la terre, dont le mouvement est soumis à l’effet de notre étoile sur le continuum espace-temps.

C’est, en bref, la gravité. Cependant, nous avons également une autre façon de le décrire qui, pour de nombreuses personnes, peut être un peu plus intuitive.

Cette recréation montre de manière intuitive comment l’énorme masse du Soleil plie le continuum espace-temps, de telle sorte que cette déformation a un effet sur le mouvement des objets moins massifs qui gravitent autour de lui.

La gravitation universelle d’Isaac Newton nous facilite la tâche

La conception classique de la gravité, Newtonien, est moins rigoureuse que l’idée que nous venons d’explorer car elle se passe de son essence géométrique et décrit la gravitation exclusivement en termes de forces, mais elle nous aide aussi à comprendre son effet.

Il nous dit simplement que la gravité c’est une force d’attraction qui agit sur deux corps de masse, et que son intensité est directement proportionnelle au produit de leurs masses et inversement proportionnelle au carré de la distance qui les sépare.

La gravité est l’interaction fondamentale de la nature qui nous maintient collés à la surface de la Terre, qui, comme nous le savons tous, est un objet avec beaucoup de masse, du moins si nous le comparons à notre propre masse.

Et, en même temps, c’est aussi la force qui maintient notre planète en orbite perpétuelle autour du Soleil, qui est un objet encore beaucoup plus massif que la Terre.

Nous sommes tous habitués à l’intensité de la gravité terrestre parce que les êtres humains, comme les autres êtres vivants sur notre planète, sont totalement adapté à elle.

La distance qui sépare l’ISS de la Terre n’est pas suffisante pour qu’elle ne soit pas soumise à son champ gravitationnel, qui n’est que légèrement moins intense qu’à la surface de la Terre.

De manière intuitive on accepte que le fait d’être collé à la surface de la Terre, ou du moins très près d’elle, explique la force d’attraction cela nous maintient unis à cette grande messe.

Cependant, cette même intuition associée aux photographies et vidéos que nous avons tous vues à de nombreuses reprises nous invite à accepter cela dans l’espace en général, et sur la Station spatiale internationale (ISS) en particulier, Apparemment pas de gravité.

Et cela semble justifier que les astronautes et autres objets semblent toujours flottants comme si la gravité n’était pas avec eux. Comme s’il n’y avait pas un iota de gravité alors qu’en fait, il y en a. Il y a de la microgravité.

La clé de tout est la chute libre perpétuelle

Si nous regardons en arrière un instant et nous souvenons de ce que Newton nous dit, la force de gravité diminue avec la distance. Cela pourrait apparemment expliquer pourquoi les astronautes flottent sur l’ISS: ils sont suffisamment éloignés de la Terre pour que sa gravité ne les affecte pas. Cependant, ce n’est pas du tout le cas.

L’ISS orbite approximativement 400 km à la surface de la terre, et sa distance par rapport au centre de masse de notre planète est loin d’être suffisante pour être immunisée contre le champ gravitationnel qu’elle génère.

Vol parabolique

Sur cette photographie, nous pouvons voir l’intérieur d’un Airbus A310 Zero G équipé pour mener des expériences scientifiques. Cet avion parvient à recréer la microgravité pendant des intervalles de 22 s en effectuant des vols paraboliques.

En fait, la gravité à la distance de l’ISS est seulement un peu moins intense qu’à la surface de la planète. Alors pourquoi les astronautes ainsi que les autres objets de la station flottent-ils?

L’explication la plus raisonnable et la plus précise est qu’il doit y avoir une autre force capable de neutraliser la gravité. Ou, du moins, pour compenser cela dans une large mesure. Et oui, c’est vraiment ce qui se passe.

L’ISS tourne autour de la Terre à une vitesse de 7,66 km / s, et ses installations et tout ce qui s’y trouve, y compris les astronautes, sont exposés non seulement au champ gravitationnel de la Terre, mais aussi à d’autres objets massifs, tels que la Lune, le Soleil et les autres planètes qui nous entourent, bien que leur influence c’est beaucoup moins que celle exercée par notre planète.

La raison pour laquelle l’ISS ne semble pas avoir de gravité est que la vitesse à laquelle elle orbite autour de la Terre est suffisamment élevée pour provoquer l’apparition d’une force latérale appelée accélération centripète qui, comme nous l’avons prédit quelques lignes ci-dessus, compense l’attraction gravitationnelle de la planète.

Si l’ISS ne bougeait pas, ou ne se déplaçait pas à la vitesse nécessaire, il n’aurait d’autre choix que de tomber vers le centre de masse de la Terre, mais la vitesse à laquelle il se déplace est suffisante pour le maintenir en chute libre. En fait, lorsqu’un objet en orbite autour d’un autre, il fait réellement chute libre perpétuelle car il ne se précipite jamais sur ce dernier.

C’est ce qui se passe avec l’ISS par rapport à la Terre. Et aussi avec la Lune par rapport à notre planète. Et, bien sûr, avec la Terre par rapport au Soleil.Tous ces objets sont en orbite autour d’autres objets plus massifs, et, par conséquent, sont plongés dans une chute libre perpétuelle autour d’eux. Tant que la vitesse à laquelle ils se déplacent est adéquate, la force latérale à laquelle ils sont soumis neutralisera ou compensera l’attraction gravitationnelle de l’objet massif autour duquel ils gravitent.

L’ISS est l’endroit idéal pour mener des expériences en microgravité

Pour recréer l’apesanteur, il n’est pas indispensable d’aller dans l’espace ou de passer une saison sur l’ISS. Nous pouvons le faire sur Terre, et dans la pratique, il existe plusieurs façons d’atteindre la microgravité. L’un d’eux nécessite l’utilisation une tour de chute libre, qui n’est rien de plus qu’une structure surélevée qui permet de laisser tomber l’objet soumis à l’expérimentation pour le soumettre à la microgravité pendant quelques secondes.

Il est également possible de le recréer à l’intérieur d’une capsule attachée à une fusée, bien que probablement la solution la plus intéressante soit de recourir à un vol parabolique. Cette technique est réalisée dans des avions préparés spécifiquement pour ce procédé, comme l’Airbus A310 Zero G que vous pouvez voir sur la photo que nous avons publiée ci-dessus, et elle parvient à recréer un environnement de microgravité pendant une période d’environ 22 s grâce à un rapide descente et contrôle qui simule une chute libre.

Le problème avec ces stratégies est qu’elles ne nous permettent d’atteindre l’apesanteur que pendant de courtes périodes. Et, en plus, la marge d’intervention qu’ils nous proposent lors des expérimentations est limitée. C’est précisément ce que l’EEI résout du fait que dans ses installations la microgravité est constante. Et, en plus, les astronautes peuvent réaliser les expériences sans que le temps ne soit un facteur limitant.

Certaines des disciplines qui bénéficient de l’expérimentation en microgravité sont la biologie, le génie des matériaux, la physique ou la médecine.

Jusqu’à présent, plusieurs centaines d’expériences de toutes sortes y ont été menées; En fait, l’EEI agit avant tout comme un laboratoire d’expérimentation scientifique. Certaines des disciplines qui bénéficient de l’expérimentation en microgravité sont la biologie, le génie des matériaux, la physique ou la médecine.

Cet environnement est idéal pour étudier l’impact de l’apesanteur sur le comportement des fluides ou sur les alliages les plus exotiques, parmi de nombreuses autres options. Mais surtout, il est très utile d’analyser les processus qui gouvernent le vieillissement de l’être humain sur Terre car, entre autres effets, la microgravité accélère la perte de masse osseuse et de tissu musculaire.

L’ISS n’est pas seulement une base de l’être humain au-delà des limites de notre planète. C’est aussi un observatoire, et, comme nous venons de le voir, un laboratoire qui nous permet de réaliser des expériences scientifiques qui ne sont pas faciles à mener dans l’environnement de microgravité que nous pouvons réaliser sur Terre. Son utilité est incontestable, et elle s’étend à un autre domaine que nous ne pouvons ignorer: c’est aussi un espace de réunion dans laquelle les nationalités et les différences culturelles perdent leur pertinence.

Images | LIGO Caltech | NASA / Équipage du STS-132 | Air Zero G

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