ZeroG: எடையற்ற நிலையை உணர பூமியில் இருந்து எவ்வளவு தூரம் செல்ல வேண்டும்?

சர்வதேச விண்வெளி மையம் [International Space Station- ISS]




சர்வதேச விண்வெளி மையம் ISS: எடையற்ற நிலையில் உயிரினங்கள் எவ்வாறு படிவளர்ச்சியுறுகின்றன [Evolve], நிலவுக்கும், செவ்வாய் போன்ற தூர கிரகங்களுக்கும் மனிதர்களை அனுப்பும் போது நீண்ட காலம் எடையற்ற நிலையில் அவர்கள் இருக்க வேண்டியிருப்பதால், அது என்னவித மாற்றங்களை மனிதனுக்கு ஏற்படுத்துகிறது உள்ளிட்ட பல ஆராய்ச்சிகளை மேற்கொள்ள அமரிக்கா, ரஷ்யா, ஐரோப்பிய யூனியன், ஜப்பான், கனடா உள்ளிட்ட ஒரு டஜனுக்கும் மேற்ப்பட்ட நாடுகளின் பன்னாட்டு கூட்டு முயற்சியால் 1998 ஆம் ஆண்டு பூமியிலிருந்து 400 கி.மீ. உயரத்தில் நிறுவப் பட்டதே ISS ஆகும்.இதன் எடை 450 டன், பரிமாணம் [Size]: 108 மீட்டர் நீளம், 73 மீட்டர் அகலம் [கால்பந்து மைதானம் அளவிற்குப் பெரியது], 10 மீட்டர் உயரமுள்ளது. மணிக்கு 27,700 கி.மீ. வேகத்தில் ஒரு நாளைக்கு 16 முறை பூமியைச் சுற்றி வருகிறது. இதில் 6 பேர் வரை சுழற்ச்சி முறையில் தங்கி ஆராய்ச்சிகளை மேற்கொள்ள முடியும். இதற்குத் தேவையான கட்டுமானப் பொருட்கள், மாற்று விண்வெளி ஆராய்ச்சியாளர்கள், விண்வெளி வீரர்களுக்கான உணவு, நீர் மற்றும் தொழில்நுட்பத் தேவைகளை பூர்த்தி செய்யும் கருவிகள் முதலானவற்றை அமெரிக்காவின் ஷட்டில், ரஷ்யாவின் சோயூஸ் உள்ளிட்ட பல விண்கலங்கள் சுமந்து செல்கின்றன. இதை இரவில் வெறும் கண்ணாலேயே வானில் ஊர்ந்துசெல்லும் பிரகாசமான வெண்புள்ளியாகப் பார்க்கமுடியும். ISS 2028 வரை செயல்படக்கூடும்.


ISS உள்ளே விண்வெளி வீரர்கள்:எங்களுக்கு தரை, கூரை சுற்றுச் சுவர் என்று எந்த பேதமும் கிடையாதுங்கோவ்..........!!


தொலைக்காட்சிகளில் சர்வதேச விண்வெளி நிலையத்தைக் காட்டும்போது ஒரு விஷயத்தை நாம் கவனித்திருப்போம். அங்குள்ள விண்வெளிவீரர்கள் எடையற்ற நிலையில் மிதந்து கொண்டு தங்கள் பணிகளை மேற்கொள்வது, காற்றில் நீச்சலடித்து இடம் பெயர்வது, அவர்கள் உபயோகிக்கும் பொருட்கள், உணவுகள் அத்தனையும் காற்றில் மிதப்பது, காற்றில் ஊற்றப் பட்ட நீர் அவர்கள் அதைக் கவ்வி விழுங்கும் வரை முழு கோள வடிவில் [Spherical shape] மிதந்து கொண்டே இருப்பது என்று சொல்லிக் கொண்டே போகலாம். இதெல்லாம் பார்த்து நம்மில் பலர் ஒரு முடிவுக்கு வந்திருப்போம் அது வானவெளியில் ISS இருக்கும் உயரத்தில் புவி ஈர்ப்பு விசை வேலை செய்யாது!! அது உண்மையா?





ISS பூமியில் இருந்து, 400 கிமீ உயரத்தில் இயங்குகிறது, ஆனால் பூமியில் இருந்து நிலவு உள்ளதோ 384,400 கிமீ தூரத்தில். நிலவு பூமியின் ஈர்ப்பு விசையால்தான் அதைச் சுற்றி வருகிறது என்பது நமக்குத் தெரியும். அப்படியானால், நான்கு லட்சம் கிமீ தூரத்தில் உள்ள சந்திரன் மீது பூவி ஈர்ப்பு விசை செயல்படுகிறதென்றால், வெறும் 400 கிமீ தொலைவில் உள்ள ISS மற்றும் அதில் உள்ள விண்வெளி வீரர்கள் மீது புவிஈர்ப்பு விசை இல்லாமல் போகுமா? நிச்சயம் இருக்கவே செய்யும்!! இத்தோடு விஷயம் முடியவில்லை. 15 கோடி கிமீ தொலைவில் உள்ள சூரியனின் ஈர்ப்பு விசையால் தான் பூமி சூரியனைச் சுற்றிவருகிறது என்று நாம் ஆரம்பப் பள்ளிப் பாடங்களில் படித்திருக்கிறோம். நியூட்டனின் மூன்றாம் விதிப்படி எந்த ஒரு விசைக்கும் எதிர் விசை உண்டு. அதாவது, ஆப்பிளை பூமி ஈர்க்கிறதென்றாலே, அதே விசையோடு ஆப்பிளும் பூமியை ஈர்க்கிறதென்று அர்த்தம். பூமி சைஸ் ரொம்ப பெரிதாக இருப்பதால் ஆப்பிள் நகர்வது மட்டுமே நம் கண்களுக்குத் தெரிகிறது. அதைப் போலவே, சூரியன் பூமியை ஈர்க்கிறதென்றால் பூமியும் சூரியனை அதே விசையோடு ஈர்க்கிறதென்று அர்த்தம். அப்படின்னா 15 கோடி கிமீ தொலைவிலும் புவிஈர்ப்பு விசை இருக்கவே செய்கிறது!! ஆனால் வெறும் 400 கிமீ தொலைவிலுள்ள ISS -ல் அது இருப்பது போலத் தெரியவில்லையே!! என்ன ஆச்சு??!!


பூமியின் ஆரம் [Radius ] 6371 கி.மீ ஆகும், ISS புவியின் மையத்தில் இருந்து 6371+400 கி.மீ தொலைவில் உள்ளது. நியூட்டனின் பொருளீர்ப்பு விசை சமன்பாட்டின் படி [Universal Law of Gravitation] புவி ஈர்ப்பு முடுக்கம் g- யின் மதிப்பை தொலைவைப் பொறுத்து கணக்கிடலாம்.


இரு நிறைகளுக்கிடையே உள்ள பொருளீர்ப்பு விசையை [Gravitational Force] காட்டும் நியூட்டன் விதி. M பூமியின் நிறை, m பொருளின் நிறை, r புவியின் மையத்தில் இருந்து பொருளின் தூரம், G மாறிலி. இவ்விதி எந்த இரண்டு பொருளுக்கும் பொருந்தும், நிறைகள், தொலைவு ஆகியவற்றை உள்ளீடு செய்து அவற்றுக்கிடையே உள்ள பொருளீர்ப்பு விசையைக் கணக்கிடலாம்.
அவ்வாறு கணக்கிட்டுப் பார்க்கும்போது, g யின் மதிப்பில் புவியின் மேற்பரப்பிற்கும் ISS -க்கும் இடையே வேறுபாடு அதிகம் இல்லை, வெறும் 10% மட்டுமே குறைவாக உள்ளது. அதாவது பூமியில் 70 கிலோ எடையுள்ள ஒருவர் ISS -ல் 63 கிலோ எடையுடன் இருப்பார். மேலும் இந்தச் சமன்பாட்டின் படி தூரத்தைப் பொறுத்து [r] புவி ஈர்ப்பு விசை குறைந்துகொண்டே போகிறதே தவிர ஒரு போதும் பூஜ்ஜியம் ஆவது இல்லை. அப்படின்னா, டிவியில் அவங்க எடையே இல்லாமல் காற்றில் மிதப்பது மாதிரி காண்பிக்கிறாங்களே அது நிஜம் தானா? சந்தேகமே வேண்டாம் நிஜம் தான்!! எப்படி?!!


இந்திய வம்சாவளி விண்வெளி வீராங்கனை சுனிதா வில்லியம்ஸ் [ஏதோ ரிப்பேர் செய்யுறாங்க போலிருக்கு!!]

தடையற்ற வீழ்ச்சி [Free fall]


எடையற்ற தன்மையை உணர்வதற்கு நீங்கள் எங்கும் போகத் தேவையில்லை, ஒரு உயரமான அடுக்கு மாடிக் கட்டிடத்தின் மேலே லிப்டில் சென்று லிப்டின் கையிற்றை அறுத்துவிட்டால் போதும், கீழே பூமியைத் தொடும் வரை நீங்கள் எடையற்றத் தன்மையில் இருப்பீர்கள். [தயவு பண்ணி யாரும் இதை முயற்சி பண்ணிடாதீங்க!!]. இதை கலிலியோ முதலில் கண்டுபிடித்துச் சொன்னார். அதாவது, எந்த எடையுள்ள பொருளானாலும் சரி, உயரத்தில் இருந்து விடும்போது காற்றின் தடை இல்லாவிட்டால், ஒரே சமயத்தில் பூமியை வந்தடையும். [வேக அதிகரிப்பு இருக்கும், அந்த மற்றம் எல்லாப் பொருளுக்கும் சமமாக இருப்பதால் ஒரே நேரத்தில் தரையைத் தொடும்]. அதனால லிப்டின் கயிறை அறுத்து விட்டால், கையில் உள்ள பொருளை விட்டு விட்டாலும், லிப்ட் தரையில் மோதும் வரை அப்படியே மிதக்கும். நம் உடலில் உள்ள ஒவ்வொரு உறுப்பும் எடையற்ற தன்மையை இவ்விதம் உணரும். இந்த நிலை தடையற்ற வீழ்ச்சி [Free fall] எனப்படும்.



ஒரு எடைபார்க்கும் மெஷீன் மேல் ஏறி நின்றுகொண்டு லிப்டில் நீங்கள் சென்றால், லிப்ட் நின்று கொண்டிருந்தாலோ, லிப்டின் வேகம் சீராக இருந்தாலோ உங்கள் சரியான எடையை அது காண்பிக்கும். லிப்ட் மேலே புறப்படும்போது தங்கள் எடை கூடுதலாகவும், மேலிருந்து கீழே இறங்கும் போது சற்று குறைவாகவும் காண்பிக்கும். [லிப்டின் வேகம் சீரான பின்னர் மீண்டும் சரியான எடையைக் காண்பிக்கும்]. லிப்டின் வடத்தை அறுத்துவிட்டால், அது கீழே விழுந்து நொறுங்கும் வரை உங்கள் எடை மெஷீன் உங்கள் எடையை பூஜ்ஜியம் என்று காண்பிக்கும்!! இதுதான் எடையற்ற நிலை!! ISS -ல் இதுதான் நடக்கிறது!!

நீச்சல் குளத்தில் உள்ள டைவிங் போர்டில் இருந்து குதித்தால் தண்ணீரைத் தொடும் வரை நீங்கள் எடையற்ற நிலையில் தான் உள்ளீர்கள். [வேணுமின்னா அடுத்த முறை எடை பார்க்கும் மெஷீனை காலில் கட்டிக்கிட்டு குதிச்சுப் பாருங்க, தண்ணீரைத் தொடும்வரை அது பூஜ்ஜியத்தையே காண்பிக்கும்!!] எந்த ஒரு பொருளையும் வீசியெறியும்போது, எந்த திசையில் என்ன வேகத்தில் எரிந்தாலும், கையில் இருந்து விலகிய பின்னர் தரையைத் தொடும் வரை எடையற்ற நிலையில் தான் உள்ளது. மேற்கண்ட அத்தனையும் தடையற்ற வீழ்ச்சி [Free fall] என்று சொல்கிறோம்.

நம் மீது எப்போதும் புவிஈர்ப்பு விசை செயல்பட்டுக் கொண்டே இருக்கிறது, விசை செயல்பட்டாலும் நாம் எங்கும் நகர்வதில்லை, என்ன காரணம்? நாம் எதன் மீது நிற்கிறோமோ அல்லது அமர்ந்திருக்கிறோமோ அது நம் உடலின் மீது சப்போர்ட் செய்து நம்மை தடுக்கிறது. உதாரணத்திற்கு, எடை பார்க்கும் எந்திரத்தின் மீது நிற்கும் போது, புவிஈர்ப்பு விசை நம்மை கீழ் நோக்கி இழுக்கிறது அதை எந்திரத்தின் பலகை தடுக்கிறது, ஆகையால் அதன் ஸ்ப்ரிங் அழுத்தப் பட்டு எடையாகத் தெரிகிறது. நாற்காலியில் உட்கார்ந்திருக்கும்போது நமது ஆசனப் பகுதியில் பலகையின் அழுத்தத்தை நாம் உணர்கிறோம். இவ்வாறு புவிஈர்ப்பு விசைக்கு எதிர்விசை நம் மீது எப்போதும் செயல்படுவதால் நம் மீது செயல்படும் நிகர விசை பூஜ்ஜியமாகி நாம் ஒரு இடத்தில் நிலையாக இருக்கிறோம். எதிர் விசையை இல்லாமல் வெறும் புவி ஈர்ப்பு விசை மட்டும் செயல்படும் நிலை ஏற்பட்டால் அதற்குப் பெயர் Free fall, அந்த நிலையில் நாம் எடையற்ற தன்மையை உணர்வோம்.


ISS -ல் எடையற்ற நிலை எப்படி ஏற்படுகிறது?


உயரமான இடத்தில இருந்து விட்டுட்டாலே போதும் நாம் எடையற்ற தன்மையை உணர ஆரம்பித்து விடுவோம் என்று மேலே பார்த்தோம். கையில் உள்ள பொருளை எப்படி வீசினாலும் அது நிலத்தை அடையும் வரை எடையற்ற நிலையில் தான் இருக்கும் என்றும் பார்த்தோம். ISS நானூறு கிமீ. உயரத்திற்கு கொண்டு செல்லப் பட்டு, கிடை மட்டமாக [Horizontal direction ] மணிக்கு 27,700 கிமீ வேகத்தில் வீசி எரியப் படுகிறது. அது பூமியை அடையும் வரை எடையற்ற நிலையில் இருக்கும், அதில் உள்ளவர்களுக்கும் எடையற்றே இருப்பார்கள். ஆனால் அதற்கும் பூமிக்கும் உள்ள தொலைவு மாறாமலேயே இருக்கும்!! எப்படி?!!


பூமி கோள வடிவில் இருப்பதால் அதன் மேற்ப்பரப்பு சமதளமாக இருக்காது, ஒவ்வொரு எட்டு கி.மீ தொலைவு செல்லும்போதும் நேர்கோட்டில் இருந்து 5 மீட்டர் விலகி இருக்கும். உயரத்தில் இருந்து எந்த ஒரு பொருளை விட்டாலும் முதல் வினாடியில் 5 மீ கீழே இறங்கியிருக்கும். இவை இரண்டையும் சேர்த்து......................



எந்த ஒரு பொருளையும் வினாடிக்கு எட்டு கி.மீ வேகத்தில் பக்க வாட்டில் செலுத்தினால் அது ஒரு போதும் பூமியைத் தொடாது. இது நியூட்டனின் சிந்தனயில் உருவான ஒரு யோசனை!! நியூட்டன் மறைந்து முன்னூறு வருடங்கள் ஆன பின்னரும் அவருடைய இந்த விளக்கத்தை வைத்தே இன்றளவும் ஒவ்வொரு விண்கலமும் விண்ணில் செலுத்தப் படுகிறது!! எப்பேர்பட்ட சிந்தனையாளர் அவர்!!

விண்வெளி மையத்தை அப்படியே விட்டு விட்டால், அது பூமியை நோக்கி விழும், அதற்கும் பூமிக்கும் உள்ள தொலைவு குறைந்து கொண்டே வரும், ஆனால் அதற்கும் பூமிக்கும் உள்ள தொலைவு குறையாமல் பார்த்துக் கொள்ள வேண்டும் எப்படி? புவியின் மேற்பரப்பில் நாம் [g=9.8 மீ/வி^2] எந்த ஒரு பொருளையும் கையில் இருந்து விட்டுவிட்டால் முதல் வினாடியில் 5 மீ தொலைவு கீழே விழுந்திருக்கும். பூமி கோள வடிவில் இருப்பதால், தூரம் செல்லச் செல்ல படத்தில் உள்ளவாறு நேர்கோட்டில் இருந்து விலகும். நேர்கோட்டில் இருந்து இதே 5 மீ விலக எவ்வளவு தூரம் செல்ல வேண்டும் என்று கணக்கிட்டு விண்வெளி மையத்தை பூமியின் மேற்ப்பரப்புக்கு இணையாக [Horizontal direction] ஒரு வினாடியில் அதே தூரம் செல்லுமாறு செய்து விட்டால், ஒரு வினாடியில் ISS கீழே விழுந்த தூரத்துக்கும், பூமி நேர்கோட்டில் இருந்து விலகிய தூரத்துக்கும் சரியாய்ப் போய்விடும். தற்போது ISS -க்கும் பூமிக்கும் உள்ள தொலைவு மாறாது!! பூமியின் மேற்ப்பரப்பு 5 மீட்டர் விலகுவதற்கு எட்டு கி.மீ தூரம் ஆகிறது. எனவே Horizontal direction -ல் வினாடிக்கு எட்டு கி.மீ வேகத்தில் ISS நகர்ந்தால் போதும், ஒரு வினாடியில் அது பூமியை நோக்கி விழும் 5 மீட்டர் தூரத்துக்கும், பூமி நேர்கோட்டில் இருந்து விலகிய 5 மீட்டர் தூரத்துக்கும் சரியாகப் போய்விடும், ISS க்கும் பூமிக்கும் உள்ள இடைவெளி குறையவே குறையாது!!


எனவே, ISS மணிக்கு 27,700 கி.மீ வேகம் செல்லுமாறு ஏவப் பட்டுள்ளது. இந்த வேகம் குறையுமா? குறையாது, ஏனெனில் நியூட்டனின் முதல் விதிப்படி புறவிசை [External Force ] எதுவும் செயல்படாத வரையில் நிலையாக உள்ள பொருளோ, சீரான வேகத்தில் இயங்கும் பொருளோ தத்தமது நிலைகளைமாற்றிக் கொள்ளாது. எந்த ஒரு கட்டத்திலும் புவிஈர்ப்புவிசை �