Что произойдет с человеческим телом в космическом вакууме?
Многие голливудские сценарии о пребывании в космическом вакууме крайне преувеличены, но что происходит на самом деле?
Насколько безопасен космический вакуум? Фото: UnsplashПредставьте, что вы космонавт, исследующий бескрайние просторы околоземного пространства. Внезапно вас выбросило из шлюза космического корабля. Что бы случилось с вашим телом, если бы оно попало в космический вакуум, если бы на вас не было защитного скафандра?
Прежде всего следует отметить, что многие голливудские представления подобного сценария крайне преувеличены. Часто показывают ситуацию, когда человек якобы мгновенно замерзает насмерть. В этом есть доля правды, но лишь отчасти. Астронавт в космосе без скафандра, безусловно, погиб бы. Но смерть наступила бы в течение нескольких минут, а не секунд. Исход этот ужасен: все жидкости внутри тела закипели бы, а само оно раздулось.
Космос — вакуум, лишенный воздуха. Это означает, что, в отличие от Земли, здесь нет атмосферы с поддерживаемым комфортным для человека давлением. Атмосферное давление определяет температуру, при которой жидкости закипают и становятся газообразными. Если давление, оказываемое воздухом за пределами жидкости, велико, пузырькам газа труднее образоваться, подняться на поверхность и улетучиться. Поскольку в космосе практически нет атмосферного давления, температура кипения жидкостей значительно снижается.
«Учитывая, что человеческое тело на 60% состоит из воды, это серьезная проблема. В отсутствие давления жидкая вода в вашем теле закипела бы, сразу же превратившись из жидкости в газ. Все ткани, содержащие воду, начнут расширяться, а вы — раздуваться», — объясняет доктор Крис Ленхардт, специалист по оперативной космической медицине NASA.
Эбулизм и смертьОбразование пузырьков газа в жидкостях организма, известное как эбулизм, также происходит у глубоководных аквалангистов, которые всплывают слишком быстро.
У космонавтов без скафандра кровь, текущая по венам, закипает медленнее, чем вода в тканях, потому что кровеносная система имеет собственное внутреннее давление. Поэтому массивный эбулизм в тканях тела происходит почти мгновенно.
Публикация в журнале Aerospace Medicine and Human Performance от 2013 года описывала воздействие вакуума на животных. Практически все они теряли сознание в течение 10 секунд после попадания в безвоздушное пространство. Некоторые из них теряли контроль над мочевым пузырем и кишечной системой. Это происходило вследствие опухания кровеносной системы в их мышцах, что ограничивало приток крови к сердцу и мозгу. После гипоксии смерть наступает в течение следующих двух минут.
Согласно сборнику данных NASA по биоастронавтике, космический вакуум также вытягивает воздух из ваших легких, в результате чего вы задыхаетесь в течение нескольких минут. После первоначального выброса воздуха вакуум продолжит вытягивать газ и водяной пар из вашего тела через дыхательные пути.
Непрерывное кипение воды также будет иметь охлаждающий эффект — испарение молекул воды поглотит тепловую энергию вашего тела и приведет к тому, что области вокруг носа и рта замерзнут. Постепенно остынет и все тело.
Некоторые люди действительно подвергались частичному воздействию вакуума и выжили. В 1960 году американский пилот Джозеф Киттинджер, участвуя в проекте «Эксельсиор», поднялся на аэростате на высоту 31 км. Но во время подъема перчатка его скафандра оказалась негерметичной, и на такой высоте, где давление было чуть выше космического вакуума, его рука раздулась. После прыжка с последующим приземлением рука пришла в норму.
Высотный скафандр пилотов самолетов-шпионов. Фото: UnsplashВ 1966 году аэрокосмический инженер NASA Джим Леблан помогал тестировать работоспособность прототипов скафандров в огромной вакуумной камере. В какой-то момент шланг подачи сжатого воздуха в его костюм перестал работать, давление мгновенно упало, и Джим оказался в вакууме.
«Я почувствовал, как слюна на моем языке начала пузыриться прямо перед тем, как потерял сознание, и это последнее, что я помню», — вспоминал он в эпизоде документального сериала «Лунные машины».
Рекомендуем также ознакомиться с нашим материалом об истории лунных скафандров.
NASA астронавты интересные факты СкафандрЧто будет с водой в космосе
Рассказываем, что произойдет с жидкой водой комнатной температуры при атмосферном давлении, если вылить ее в открытый космос.
Теги:
Нетленка
Кино
Вода
Космос
Открытия
Космос — очень, очень холодное место (вот здесь мы писали о том, где во Вселенной находится самая холодная точка с температурой вещества 0,5 К). На сильном холоде, как подсказывает нам жизненный опыт, вода превращается в лед — кристаллизуется.
Но космос — это еще и самый близкий к идеальному вакуум, до которого можно дотянуться. Одна атмосфера эквивалентна давлению 6 x 1022 атомов водорода на квадратный метр. В лучших вакуумных камерах на Земле ученые создают давление в миллиарды раз меньшее, но в межзвездном пространстве оно опускается в миллионы и миллиарды раз ниже земных технических рекордов.
А при пониженном давлении вода переходит в газообразное состояние — кипит.
Так что же произойдет, если жидкая вода окажется одновременно при очень низком давлении и очень низкой температуре — замерзнет или мгновенно вскипит, превратившись в газ? Ответ — в теплоемкости воды. Космос холоден, но даже в межгалактическом пространстве вода очень неплохо сохраняет то тепло, которое ей когда-то сообщили. Резко охладить ее до температуры, близкой к абсолютному нолю, невозможно — слишком велика разница между комнатной (293 К) и средней по космосу.
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
Таким образом процесс охлаждения будет идти невероятно медленно — по крайней мере до тех пор, пока каждая молекула не окажется сама по себе, вдалеке от других уголков H2O.
А что помешает молекулам воды кинуться врассыпную? Ведь давление станет пренебрежимо мало, и переход в газообразное состояние может произойти совершенно мгновенно! Когда же молекулы или группы молекул воды окажутся относительно далеко друг от друга в облаке газа, они мгновенно растеряют кинетическую энергию, и их температура резко упадет. В каком агрегатном состоянии вода окажется тогда? Чтобы ответить, взглянем на фазовую диаграмму воды. Из нее видно, что если температура падает до -50°C, то никакое низкое давление уже неспособно сделать ее жидкой или газообразной.
Итак, последовательность событий такова: попадая в открытый космос, вода сначала мгновенно становится газообразной, а затем замерзает в виде крошечных льдинок, заполняющих межзвездную пустоту.
Узнайте о космическом давлении
Перейти к основному содержанию
Страниц этого раздела
В космосе, за пределами земной атмосферы, в газе, окружающем Международную космическую станцию, почти нет молекул. Отсутствие молекул означает, что давление воздуха чрезвычайно низкое — на самом деле оно почти равно нулю, так что это почти идеальный вакуум.
Люди под давлением
Люди эволюционировали, чтобы жить под давлением земной атмосферы, которая постоянно давит на нас. Чтобы справиться с атмосферным давлением, у людей есть внутреннее давление, равное ему. Давление внутри нашей кожи равно давлению вне нашей кожи.
По нескольким причинам космический вакуум невероятно опасен для людей, если они не носят специально разработанные скафандры «Сокол», которые поддерживают давление воздуха, будучи подключенными к системам жизнеобеспечения внутри корабля «Союз».
С помощью зефира и шприца вы можете изучить один из удивительных эффектов, которые низкое давление воздуха может оказать на организм человека.
Эксперимент с волшебным зефиром
Когда вы принимаете участие в мероприятиях Destination Space в научном или научном центре, вы можете увидеть демонстрацию того, что происходит с зефиром в вакуумной камере размером с лабораторию.
Посмотрите, что происходит с зефиром, когда давление в камере снижается. Почему мы используем зефир? Из-за их тонкой, губчатой текстуры. Губчатость зефира связана с тем, что внутри него находится много воздуха. Если вы нажмете на него или немного растянете, он вернется к своей первоначальной форме.
Это немного похоже на плоть человеческого тела. Но это довольно неприятно, когда наши тела сжимают, тянут или помещают в вакуум, поэтому мы используем зефир вместо тел, чтобы посмотреть на невероятное воздействие, которое может оказать вакуум.
Вот как вы можете создать подобный опыт дома, но в меньшем масштабе.
Что вам нужно
- Чистый пластиковый шприц – около 10 или 20 мл часто используются для введения лекарств младенцам и домашним животным, поэтому он может быть у вас на кухне (если нет, его можно найти в ближайшей аптеке)
- Маленький зефир — они будут действовать как мини-космонавты
Что вы делаете
Закройте поршень шприца так, чтобы он находился на отметке 3 мм. Теперь плотно прижмите открытый конец к коже большого пальца другой руки. (Если вам сложно использовать шприц одной рукой, прижмите его к коже на ноге). Аккуратно вытяните поршень примерно на 8-10 мм.
Вы чувствуете покалывание на коже? Это из-за падения давления воздуха внутри шприца.
Внутри шприца было небольшое количество воздуха. Когда вы закрываете кончик шприца большим пальцем, молекулы воздуха не могут выйти наружу и больше не могут проникнуть внутрь. Когда вы вытягиваете поршень, вы даете захваченным молекулам воздуха больше места для движения, и вы создаете падение давления воздуха: вакуум.
Возьми зефир и нарисуй простой смайлик на боку парочки своих зефирных астронавтов. Используйте для этого фломастер.
Теперь выньте поршень из шприца и положите в него пару мини-зефирок. Переместите поршень вниз так, чтобы он едва касался верхней части «смайлика» зефира. Не сдавливайте его, так как это нарушит его эластичность. Это оставляет очень мало воздуха в шприце. Снова положите большой палец на узкий конец шприца и вытяните поршень до упора.
Ваши зефирные космонавты расширяются!
Если отключить вакуум, убрав большой палец, нормальное атмосферное давление восстановится, и зефир вернется к своему первоначальному размеру.
Теперь держите поршень до упора. Снова приложите большой палец к открытому концу и снова нажмите на поршень. Посмотрите, что теперь происходит с зефиром: он сжимается.
Когда зефир расширяется, это происходит потому, что его внутреннее давление пытается соответствовать низкому давлению воздуха вокруг него. Это преувеличение того, что случилось бы с настоящим космонавтом, подвергшимся воздействию космического вакуума, потому что наша кожа действует как неплохой скафандр, но давление, безусловно, вытеснило бы весь воздух из наших легких.
Когда зефир сжимается, это происходит из-за того, что давление воздуха в нем увеличивается.
Получайте удовольствие, расширяясь и сжимаясь. Вскоре он превратится в кашу.
Что произойдет с человеческим телом в космическом вакууме?
Когда вы покупаете по ссылкам на нашем сайте, мы можем получать партнерскую комиссию. Вот как это работает.
Люди в космосе без скафандров долго бы не продержались.
(Изображение предоставлено Джонатаном Ноулзом через Getty Images)Представьте, что вы астронавт, исследующий бескрайние просторы космоса и — о-о! — вас случайно выбросило из шлюза вашего космического корабля. Что случилось бы с вашим телом, если бы вы оказались в космическом вакууме, если бы вы не были в скафандре?
Прежде всего следует отметить, что многие голливудские описания этого сценария преувеличены. На них изображены люди, незащищенные шлемами или скафандрами, взрывающиеся или мгновенно замерзающие насмерть. В действительности эффекты будут такими же, но менее преувеличенными.
Астронавт, плавающий в космосе без скафандра, не выживет, но его гибель произойдет в течение нескольких минут, а не секунд, и это будет ужасный выход с кипящими телесными жидкостями и почти замерзшими носом и ртом.
Связанный: Почему космос вакуум?
Космос — это вакуум, лишенный воздуха. Это означает, что, в отличие от Земли, здесь нет атмосферы и давления, оказываемого молекулами воздуха.
Атмосферное давление определяет температуру, при которой жидкости закипают и превращаются в газы. Если давление, оказываемое воздухом снаружи жидкости, велико, как это происходит на уровне моря на Земле, пузырькам газа труднее сформироваться, подняться на поверхность и уйти. Но поскольку в космосе практически нет атмосферного давления, температура кипения жидкостей значительно снижается.
«Как вы можете себе представить, учитывая, что 60% человеческого тела состоит из воды, это серьезная проблема», — сказал Live Science доктор Крис Ленхардт, ученый-элементщик Программы исследований человека в НАСА. При отсутствии давления жидкая вода в наших телах кипела бы, мгновенно переходя из жидкости в газ. «По сути, все ткани вашего тела, содержащие воду, начнут расширяться», — сказал он.
Некоторые люди действительно подвергались воздействию вакуума и выжили, чтобы рассказать об этом. В 1966 лет аэрокосмический инженер НАСА Джим Леблан помогал тестировать работу прототипов скафандров в массивной вакуумной камере.
В какой-то момент испытания шланг, подающий сжатый воздух в его костюм, был отсоединен. «Когда я отшатнулся назад, я почувствовал, как слюна на моем языке начала пузыриться как раз перед тем, как я потерял сознание, и это последнее, что я помню», — вспоминал он в «Лунных машинах» 2008 года. Эпизод документального сериала «Скафандр».
Образование пузырьков газа в телесных жидкостях, известное как эбулизм, также происходит у глубоководных аквалангистов, которые всплывают слишком быстро, потому что они переходят из подводной среды с высоким давлением в низкое давление на поверхности воды. У астронавтов без скафандра кровь, текущая по венам, закипает медленнее, чем вода в тканях, потому что система кровообращения имеет собственное внутреннее давление, но массовый эбулизм в тканях тела может быстро произойти. Обзор 2013 года в журнале Aerospace Medicine and Human Performance (открывается в новой вкладке), в котором рассматривались предыдущие воздействия вакуума на животных и людей, показал, что они теряли сознание в течение 10 секунд.
Некоторые из них затем потеряли контроль над своими мочевого пузыря и кишечной системы, а отек их мышц ограничивал приток крови к их сердцу и мозгу , так как их расширенные мышцы действовали как паровой замок.
СВЯЗАННЫЕ ЗАГАДКИ
«Ни один человек не может пережить это — смерть, скорее всего, произойдет менее чем через две минуты», — сказал Ленхардт.
Согласно справочнику по биоастронавтике НАСА , космический вакуум также будет вытягивать воздух из ваших легких, заставляя вас задохнуться в течение нескольких минут. После первоначального выброса воздуха вакуум будет продолжать вытягивать газ и водяной пар из вашего тела через дыхательные пути. Непрерывное кипячение воды также будет производить охлаждающий эффект — испарение молекул воды будет поглощать тепловую энергию вашего тела и заставит части тела возле носа и рта почти замерзнуть. Остальная часть вашего тела также будет охлаждаться, но медленнее, потому что будет происходить не так много испарения.
Как сказал Forbes астрофизик Пол Саттер, температура является мерой того, сколько энергии атомов и молекул должны двигаться, а поскольку пространство почти пусто, двигаться вообще нечему, что делает его «холодным». Это также означает, что не имеет значения в пространстве для передачи тепла (откроется в новой вкладке). Однако человек может замерзнуть из-за испарения воды своего тела и медленной потери тепла из-за излучения, исходящего от его тела.
Урок из всего этого? Всегда надевайте скафандр.
Примечание редактора: эта история была обновлена в 12:45. EST 15 ноября, чтобы заявить, что доктор Крис Ленхардт является ученым-элементаристом в НАСА.
Первоначально опубликовано на Live Science.
Джеклин Кван — независимый журналист из Соединенного Королевства, который в основном освещает вопросы науки и техники. Она окончила Манчестерский университет со степенью магистра физики и в 2021 году получила диплом NCTJ золотого стандарта в области мультимедийной журналистики.