Бег по стене поможет людям на Луне избежать проблем со здоровьем
Атрофия мышц, деминерализация костной ткани, нарушение дыхания — все это результат длительного воздействия низкой гравитации, с которой столкнутся будущие колонизаторы Луны. Однако таких проблем со здоровьем можно избежать, если делать специальное упражнение, выяснили итальянские ученые. В прошлом его любили выполнять многие мотовиртуозы.
Исследователи давно доказали, что низкая гравитация пагубно влияет на здоровье человека: происходит перераспределение жидкости в организме, из-за чего страдает сердечно-сосудистая система, снижается минеральная плотность костной ткани, повышается риск переломов и образования камней в почках.
На Луне сила гравитации меньше земной примерно в шесть раз. Значит, со здоровьем будущих колонизаторов, нацеленных остаться на поверхности нашего спутника длительное время, могут возникнуть проблемы. По современным оценкам, за два года в невесомости масса костной ткани человека может упасть на величину до 20 процентов, а такую потерю считают смертельно опасной.
В последние несколько десятилетий специалисты пытаются разработать оптимальную систему противодействия лунной гравитации. Среди контрмер предлагали физические упражнения на отдельные группы мышц вроде бега или спортивной ходьбы. Но чуть позже выяснилось, что для людей на поверхности спутника нашей планеты такие занятия будут неэффективны.
Команда итальянских патофизиологов под руководством Альберто Минетти (Alberto Minetti) из Миланского университета нашла способ борьбы с пагубными последствиями для здоровья, которые оказывает лунная среда. Ученые подобрали физическое упражнение, позволяющее ощутить привычную для тела гравитацию на Луне. При его выполнении у человека задействованы все группы мышц. Результаты научной работы опубликованы в журнале Royal Society Open Science.
Ученые заимствовали это упражнение у мотоциклистов-каскадеров. Речь идет о мотогонках по вертикальной стене, или аттракционе «стена смерти», когда мотоциклист на высокой скорости мчится по внутренней вертикальной поверхности бочкообразного цилиндра.
Каскадеры не соскальзывают с вертикальной стены благодаря сочетанию двух факторов: трению и центробежной силе. Если говорить научным языком, работает второй закон Ньютона: «ускорение тела (материальной точки) в инерциальной системе отсчета прямо пропорционально приложенной к нему силе и обратно пропорционально массе».
Что касается бегунов, на Земле такое упражнение они выполнить не смогут — нужно развить достаточно большую скорость, которая им не под силу. Минетти и его коллеги решили проверить, можно ли воспроизвести этот аттракцион в условиях, напоминающие условия на Луне, но только с участием не мотоцикла, а человека.
Для эксперимента исследователи арендовали «стену смерти» в парке развлечений диаметром примерно 9,7 метра и высотой пять метров, а также наняли двух каскадеров. Каждого каскадера ученые привязали резиновым банджи-шнуром, который затем прикрепили к телескопическому крану на высоте 36 метров (для этого ученые специально сняли цирковой купол). Тем самым исследователи хотели «разгрузить» подвешенных на шнурах испытуемых и сделать на 83 процента легче, что эквивалентно их весу на Луне. То есть итальянские патофизиологи имитировали лунную гравитацию.
При таких условиях два каскадера смогли пробежать по вертикальной стене несколько кругов со скоростью примерно шесть метров в секунду.
Сила, которую испытывали добровольцы при соприкосновении со стеной, была сравнима по величине с силой тяжести на Земле. Иными словами, когда участники эксперимента бегали горизонтально по вертикальной стене, появлялась своего рода искусственная гравитация.
По словам авторов исследования, на Луне этой силы было бы достаточно, чтобы противостоять низкой гравитации и стимулировать правильную работу всех систем человека, в том числе опорно-двигательной.
«Колонизаторам достаточно будет заниматься этим упражнением два раза в день по несколько минут за раз, в результате чего обратится вспять снижение минеральной плотности костной ткани, а сердечно-сосудистая система придет в норму», — объяснил Минетти.
Ученый отметил, что на Луне «стену смерти» можно было бы разместить в круглых жилых помещениях, сделать их неотъемлемой частью постройки. Это позволило бы колонизаторам проводить ежедневные тренировки, не пренебрегая всеми удобствами. Такое упражнение, по мнению авторов исследования, среди прочего поможет астронавтам подготовиться к возвращению на Землю.
Интересно, что люди уже практиковали бег по внутренней круглой поверхности вне Земли — на орбитальной станции «Скайлэб» (на видео выше). Однако ее диаметр был всего лишь 6,6 метра. Отправку человека на Луну сегодня планирует NASA на борту Starship — корабля диаметром девять метров. Получается, у первых лунных колонистов в XXI веке с самого начала будет с собой «стена смерти», то есть практически с таким же внутренним диаметром, что и в эксперименте итальянских ученых.
