Trạm Không gia quốc tế có lẽ vẫn đang trong giai đoạn xây dựng, nhưng nghiên cứu vi hấp dẫn (gần như không trọng lực) đã được triển khai trong hàng thập kỉ. Chúng ta hãy điểm qua một số thí nghiệm đẹp mắt nhất từ trước đến nay.

Ảnh: NASA

Trong sự vắng mặt của lực hấp dẫn (có thể xem là không trọng lực), lực căng bề mặt thống trị nền vật lí chất lưu. Ở đây, một ảnh chụp trên Trạm Không gian quốc tế, sự vắng mặt của lực hấp dẫn làm cho nước vươn dài ra từ một vòng kim loại như thể nó bị khuấy bởi một cái thìa vô hình.

Hiệu ứng khuấy này được tạo ra bởi một lóe sáng làm nóng không đồng đều khối nước. Sự chênh lệch nhiệt độ thu được gây ra một sự mất cân bằng ở sức căng bề mặt, làm cho chất lỏng quay tròn.

Vi hấp dẫn có xu hướng tạo ra những ngọn lửa tròn hơn, nguội hơn, và ảnh trên là một so sánh của sự cháy trong trường hấp dẫn bình thường (hình bên trái) và trong trường vi hấp dẫn (hình bên phải). Kết quả là những quá trình khác, như sự khuếch tán của các hạt từ vùng nhiệt độ cao sang vùng nhiệt độ thấp, lấn át.

Nghiên cứu sự cháy trong không gian làm sáng tỏ nhiều về cơ sở vật lí của hiện tượng đó và có thể giúp phát triển công nghệ dập lửa cho các sứ mệnh không gian trong tương lai.

Ảnh: NASA

Các tinh thể có xu hướng phát triển to hơn trong trường vi hấp dẫn (khung bên phải), như chứng minh bởi những khối khoáng chất zeolite này. Đó là vì các tinh thể lớn lên từ chất lỏng cho vào chất bị hòa tan trong dung dịch, để lại một chất lỏng kém đậm đặc hơn. Trên Trái đất, chất lỏng này nổi lên phía trên, tạo ra một dòng đối lưu trong bình thí nghiệm dẫn tới những chỗ rạn nứt và giới hạn kích cỡ của tinh thể. Hiệu ứng đó hầu như vắng mặt trong trường vi hấp dẫn.

Việc tạo ra những tinh thể lớn hơn, tinh khiết hơn có thể làm sáng tỏ thêm nhiều về cấu trúc và các tính chất của chúng. Zeolite, chẳng hạn, chứa đầy các lỗ nhỏ vi mô có thể dùng để lọc và dự trữ vật liệu, ví dụ như hydro dùng cho pin nhiên liệu trong tương lai.

Loài cá Medaka Nhật Bản (ở đây là phôi mầm của nó) là một trong những động vật đầu tiên dùng để nghiên cứu sự phát triển phôi mầm trong không gian khi chúng bay cùng tàu con thoi Endeavour hồi năm 1994.

Tầm quan trọng của trường trọng lực vào lúc bắt đầu chu kì sống của một động vật vẫn còn là một bí ẩn lớn. Trong khi loài cá Medaka sinh ra trong không gian lớn lên tương tự như những người anh em sinh ra trên Trái đất của chúng, thì những thí nghiệm trên những loài vật khác, từ chuột cho tới cóc chân vuốt, cho thấy sự không trọng lượng có thể có tác động to lớn lên sự phát triển ban đầu, gây ra nhiều biến dị không bình thường.

(Ảnh: Ralph Schill)

Sự vắng mặt của trường trọng lực không phải là yếu tố môi trường duy nhất biến đổi khi các động vật bay trong vũ trụ. Chúng còn phải hứng chịu những liều lượng bức xạ mặt trời và bức xạ vũ trụ nặng nề hơn. Địa y và vi khuẩn có thể sống sót sau khi chịu sự kết hợp của chân không yếm khí và bức xạ cường độ mạnh của vũ trụ.

Nhưng cho tới nay, chỉ duy có một động vật – một vi sinh vật gọi là “gấu nước” hay con đi chậm, làm được điều tương tự. Trong một thí nghiệm tên lửa châu Âu hồi năm 2007, một số con đi chậm đã cho hứng thử cả bức xạ tử ngoại cường độ mạnh của mặt trời và chân không của vũ trụ, còn những loài khác thì được che chắn khỏi bức xạ và chỉ hứng chịu chân không.

Chỉ một ít con chịu bức xạ có thể hồi sinh, nhưng nhiều con sống sót nếu chỉ chịu chân không thôi.

Phần lớn nghiên cứu vũ trụ tập trung vào các tác động sinh lí của trường vi hấp dẫn. Sự rơi tự do đã được chứng minh là ảnh hưởng đến khả năng phán đoán kích cỡ và khoảng cách của nhà du hành và gây ra sự mất mát tế bào hồng cầu và cơ bắp. Nhưng thiệt hại lớn nhất có lẽ là ở xương.

Ngay cả với một chế độ tập luyện nghiêm khắc, đa số mọi người vẫn mất trung bình 1,5% khối lượng xương của họ ở những bộ phận cơ thể nhất định – ví dụ như xương hông – với mỗi tháng ở trong vũ trụ. Con số đó tương đương với khối lượng xương bị mất mỗi năm ở một người phụ nữ tuổi hậu mãn kinh. Các nhà nghiên cứu đang tìm cách làm giảm tác động này, một phần với các guồng xay thẳng đứng mô phỏng các điều kiện vi hấp dẫn.

Sự không trọng lượng có thể nguy hiểm gấp đôi trong trường hợp bị nhiễm trùng. Việc du hành không gian dường như làm yếu đi hệ thống miễn dịch, và có lẽ nó còn gặp phải nhiều loài vi trùng nguy hại hơn cả trên Trái đất. Một chuyến bay của tàu con thoi Atlantis hồi năm 2006 cho thấy vi khuẩn Salmonella typhimurium (màu đỏ trong hình) có khả năng giết chết con chuột cao gấp gần ba lần.

Trường vi hấp dẫn có vẻ còn làm tăng tính nguy hại của Staphylococcus aureus, một loài rệp kháng kháng sinh là nguyên nhân gây nhiễm trùng phổ biến ở các bệnh viện.

Một công ti tên là Astrogenetix hiện đang nghiên cứu tính hiệu nghiệm tăng cường này để tách ra các yếu tố gây nhiễm với hi vọng sản xuất được văc-xin.

(Ảnh: NASA-MSFC)

Thí nghiệm cỡ cái vali này có lẽ trông như bộ nội thất đắt tiền, nhưng nó được dùng để kiểm tra tác động của bức xạ lên nhiều chất liệu khác nhau, từ gốm sứ cho đến bào tử. Hộp Thí nghiệm Vật liệu trên Trạm Không gian quốc tế (MISSE) đầu tiên được gắn lên trạm vào năm 2001.

Các nhà du hành từ tàu con thoi Discovery đã tháo dỡ bộ hộp thứ sáu ra khỏi trạm vào hôm 1 tháng 9 năm nay.

Một bản báo cáo mới đây của NASA về khoa học trạm không gian đã gọi MISSE “có lẽ là bộ thí nghiệm đơm hoa kết trái nhiều nhất tính cho tới nay” gắn trên tàu nơi tiền tuyến vũ trụ.

(Ảnh: NASA)

Trạm Không gian quốc tế giữ vai trò là buồng ấp của các vệ tinh mini, những dụng cụ cỡ quả bóng đá là một phần của một dự án gọi là SPHERES  (Synchronized Position Hold Engage Re-Orient Experimental Satellites). Bộ ba này dùng để kiểm tra các chương trình điều khiển cho phép các vệ tinh bay thành đội hình với sự can thiệp ít nhất của con người. Từng vệ tinh không gian riêng có thể được phối hợp để tạo thành những chiếc kính thiên văn mạnh.

Những thủ tục điều khiển tốt hơn còn có thể cho phép phi thuyền tự neo đậu, một khả năng có thể có ích trong việc lắp ráp các vật trên quỹ đạo.

(Ảnh: NASA/JAXA)

Các minh chứng vi hấp dẫn thường được thực hiện để chia sẻ sự say mê vũ trụ với công chúng và minh họa các tính chất của các vật đang rơi tự do. Hồi năm 2008, nhà du hành Takao Doi đã ném một cái boomerang để xem nó có quay trở lại chỗ ném hay không. Nó quay trở lại, vì đường đi móc vòng của cái boomerang do các lực không đều đặt lên dụng cụ cong tác dụng bởi không khí mà chúng đi qua – chứ không phải tác động của trọng lực.

Hồi năm 2009, nhà du hành Koichi Wakata đã tiến hành một loạt công việc do công chúng đề xuất, gồm việc cưỡi một tấm thảm bay, gấp quần áo, và thử thuốc nhỏ mắt.

(theo New Scientist)