Chuyên gia lý giải về tình trạng không trọng lực ở trên tàu vũ trụ

Độ cao không liên quan đến tình trạng không trọng lực

Chuyến bay ngày 14/4 trên tàu vũ trụ của Blue Origin đã đưa một phi hành đoàn toàn nữ vào không gian, thu hút sự chú ý của công chúng toàn cầu.

Phi hành đoàn gồm 6 người phụ nữ với những câu chuyện và động lực khác nhau. Amanda Nguyen, một nhà hoạt động xã hội gốc Việt nổi tiếng, là một trong số đó. Cô được biết đến với công cuộc đấu tranh cho quyền của những người sống sót sau bạo lực tình dục, đặc biệt là việc soạn thảo và thúc đẩy thông qua Luật Quyền của Người sống sót.

Chuyến bay New Shepard (NS-31) kéo dài 11 phút và đưa phi hành đoàn lên độ cao hơn 100 km (62 dặm) so với bề mặt Trái Đất. Trong chuyến đi kéo dài 11 phút, những người phụ nữ có 4 phút ở trạng thái không trọng lực tại độ cao hơn 100 km - rìa không gian theo định nghĩa của Liên đoàn Hàng không Quốc tế.

Tại đây, 6 người phụ nữ đã trải nghiệm tình trạng không trọng lực trong vài phút ngắn ngủi, một cảm giác mà chỉ có rất ít người trên thế giới từng trải qua.

Câu hỏi nhiều người thắc mắc là chỉ với thời gian 11 phút, tàu không gian đã đạt đến tình trạng không trọng lực, vậy tình trạng không trọng lực được thiết lập khi bay đến độ cao nào?

Ông Đặng Vũ Tuấn Sơn, Chủ tịch Hội Thiên văn và Vũ trụ học Việt Nam cho biết, nhiều người hiểu nhầm chung là cho rằng cảm giác không trọng lượng tạm thời mà những hành khách này trải nghiệm là hệ quả của việc lên độ cao đủ lớn (ở đây là hơn 100km một chút).

Ông sơn khẳng định, độ cao hoàn toàn không liên quan tới việc bạn trải nghiệm cảm giác không trọng lực (không trọng lượng). Trong lực luôn tồn tại. Ngay cả ở độ cao của trạm Vũ trụ quốc tế ISS (~400 km) thì trọng lực tác động lên trạm và các nhà du hành cũng còn tới 90% so với khi đứng trên mặt đất. Còn ở độ cao chỉ 100km thì trọng lực còn tới 97%.

"Cái gây ra cảm giác thường được gọi là không trọng lực tức thời đó là do vận tốc. Vận tốc của một con tàu hay trạm không gian gây ra sự rơi tự do liên tục (rơi về phía Trái Đất, nhưng luôn theo phương tiếp tuyến với chính quỹ đạo của tàu) thì các nhà du hành sẽ ở trạng thái đó liên tục trong thời gian dài. Nếu quá trình rơi tự do của toàn bộ con tàu và những người ở trong đó là ngắn hạn thì cảm giác không trọng lực chỉ là tức thời. Và việc đó về cơ bản là có thể thực hiện được kể cả ở độ cao thấp", ông Đặng Vũ Tuấn Sơn nói.

Năm 2007, Nhà khoa học Stephen Hawking vào năm 2007 đã ở trạng thái này một lát khi tham gia chuyến bay với một chiếc Boeing 727 được tinh chỉnh để cho phép nó rơi tự do thực sự trong một khoảng độ cao nhất định, thường được dùng để huấn luyện các nhà du hành.

Nguyên lý trọng lực cần được hiểu rõ

Ông Đặng Vũ Tuấn Sơn cho biết, có một hiểu nhầm rất phổ biến là mọi người thường tưởng rằng các nhà du hành ở trong không gian thì không chịu ảnh hưởng của trọng lực của Trái Đất. Các sách báo thường dùng cụm từ "không trọng lực" (hay "không trong lượng") để chỉ trạng thái lơ lửng của các nhà du hành trong trạm không gian ISS hay là trong các con tàu đã được đưa thành công vào quỹ đạo quanh Trái Đất. Trên thực tế, cụm từ này là một cách nói dễ hiểu, nhưng cần được làm rõ rằng không hề có chuyện các nhà du hành không chịu trọng lực ở những môi trường như vậy.

Lực hấp dẫn giữa hai vật thể bất kỳ tỷ lệ thuận với khối lượng của chúng và tỷ lệ nghịch với bình phương khoảng cách giữa chúng. Việc này là rõ ràng và không hề có ngoại lệ. Đối với các nhà du hành, hay với chính chúng ta - khi đứng trên bề mặt Trái Đất, hai khối lượng được tính tới ở đây là khối lượng của Trái Đất và của nhà du hành, còn khoảng cách là từ nhà du hành tới tâm của Trái Đất.

Lấy trạm ISS làm ví dụ. Nó có độ cao khoảng 408 km tính từ bề mặt Trái Đất, trong khi bản thân bán kính trung bình của Trái Đất là 6371 km. Điều đó có nghĩa là khoảng cách từ một nhà du hành ở ISS tới tâm Trái Đất là khoảng 6779 km, trong khi nếu họ đứng trên mặt đất thì khoảng cách đó là 6371 km.

Lấy bình phương tỷ lệ của hai con số này, bạn sẽ thấy rằng lực hấp dẫn của Trái Đất tác động lên nhà du hành ở ISS có giá trị gần 90% so với khi đứng trên mặt đất, nói cách khác là Trái Đất vẫn kéo người này về phía nó với một lực bằng 9/10 so với khi họ lỡ ngã xuống từ nơi nào đó khi ở gần mặt đất.

Vậy nhưng, bạn thấy các nhà du hành ở ISS vẫn lơ lửng trong môi trường của họ, là bởi ISS không đứng yên. Nó di chuyển với vận tốc khoảng 7,66 km/s trên quỹ đạo quanh Trái Đất. Đây là vận tốc vừa đủ để tạo ra quán tính ly tâm cân bằng với gia tốc trọng trường mà Trái Đất gây ra cho nó.

Như vậy, bản thân nhà du hành cũng chuyển động cùng với ISS trong suốt hành trình đó, hay nói cách khác là anh ta "rơi" cùng với nó như việc Einstein từng mô tả về chiếc thang máy đứt dây khiến người ở trong đó nhất thời không cảm nhận được trong lực đang kéo mình xuống. Đó là lý do của hiện tượng thường được gọi là "không trọng lực". Còn trên thực tế, lực hấp dẫn là thứ mà không có bất cứ cách nào có thể cắt đứt hoàn toàn, bất kể bạn có làm gì hay công nghệ của tương lai có phát triển tới đâu.