چای میل دارید؟ مشکلی نیست. کمی آب در کتری بریزید و بگذارید روی اجاق٬ کبریتی بکشید و آتش را روشن کنید. حال چند دقیقه‌ای که صبر کنید هزاران حباب کوچک از کف ظرف برخواهند خواست و منظره خاطره‌انگیزی را زنده خواهند کرد. صدای دل‌انگیز قل قل آب و عطر خوب چای همه جا را پر خواهد کرد و حالا شما می‌مانید و یک فنجان چای خوشرنگِ خوش طعمِ قند پهلو. نوش جان!

خوب، حالا که یک فنجان چای با هم نوشیدیم اجازه دارم شغلتان را بپرسم. آه فضانورد هستید آخ آخ آخ باید با کمال تاسف به اطلاعتان برسانم که چای خوردن در فضا به سادگی و لذت بخشی زمین نیست. چرا؟ خب راستش را بخواهید توضیحش کمی سخت است. بنابراین اجازه دهید از ابتدا شروع کنیم. اول باید آتشی بیافروزیم.

اما آتش افروختن در فضا کار ساده‌ای نیست. برای درک این موضوع بیایید قدری با فیزیک پیچیده شعله آشنا شویم. شعله اساسا محصول قابل دیدن یک فرایند شیمیایی گرماده است. مفهوم این حرف این است که وقتی دو ماده در شرایط خاصی با هم ادغام شوند و در نتیجه آن گرما تولید شود٬ می‌توان انتظار دیدن شعله آتش را داشت. از نظر فیزیکی شعله حالت چهارمی از ماده است که آن را پلاسما می‌نامند. پلاسما مخلوط گازی است که در اثر حرارت بسیار یونیزه شده و اتمهای گاز، یک یا تعدادی از الکترون‌های خود را از دست داده و یا آنها به لایه‌‌های بالاتری از سطح انرژی منتقل شده‌اند. در چنین حالتی چنانچه اتمهای برانگیخته شده فرصتی برای برگشتن به حالت عادی خود پیدا کنند٬ نوری از خود ساطع خواهند کرد که رنگ آن بستگی به میزان برانگیختگی اولیه آنها٬ دمای شعله٬ جنس سوخت٬ وجود میزان کافی اکسیژن و یا هر اکسید کننده دیگر و پارامترهای فراوان دیگری دارد.

اما شعله‌ها در زمین غیر از رنگ مسحور کننده٬ شکل خاطره‌انگیز و رقص به یادماندنی نیز دارند. شاید تعجب کنید اگر بدانید که این همه به گرانش ربط دارد. وقتی شعله‌ای در ریشه آتش شکل می‌گیرد٬ دمای محیط اطراف خود را گرم می کند. هوای گرم٬ منبسط شده و سبک می‌شود و به طبعیت از قانون شناوری بالا می رود و جای خود را به هوای سرد سنگین‌تر می‌دهد. هوای سرد که اتفاقا سرشار از اکسیژن است آتش را شعله‌ورتر ساخته و این فرآیند تکرار می‌شود. همین آمد و شد هوا تازه باعث می‌شود که همواره در کنار منبع آتش٬ جریانی از هوا به سمت بالا وجود داشته باشد. همین جریان هوای بالا رونده است که شکل کاج مانند و لرزان شعله را ممکن می‌سازد.

اما در مدار زمین و جایی که شرایط  میکروگرانشی بر فضاپیما و سرنشینان آن حاکم است٬ قوانین همرفت گرمایی و شناوری سیالات دیگر حکمفرما نیست٬ چراکه این قوانین اصالتا بر پایه وجود گرانش استوار هستند. از این رو جریان بالارونده‌ای که ذکرش رفت وجود نخواهد داشت و شعله در فضا به شکل کره در خواهد آمد.

کره آبی کم فروغ و کم حرارتی که آن را شعله سرد نیز می‌نامند. یک شمع در زمین هنگام سوختن حدود ۱۰۰ تا ۲۰۰ وات انرژی اعم از گرمایی و روشنایی تولید می‌کند. در مقایسه همین شمع در فضا و در بهترین شرایط تنها قادر به تولید ۲ تا ۳ وات انرژی است. اما شعله‌های فضایی از یک نگاه بی نظیرند. شعله‌های یک آتش فضایی کاملترین و کم آلودگی‌ترین شعله‌هایی هستند که ما می‌شناسیم.

خوب به نظر می‌رسد که شما برای جوشاندن آب در مدار زمین به وسیله دیگری غیر از شعله نیاز دازید. شاید بتوان یک هیتر برقی را جایگزین آن کرد. حال اجازه دهید به سراغ کتری آب برویم و مشکلات آن را بررسی کنیم. کتری‌های زمینی چندان پیچیده نیستند. مخزنی که ما معمولا کمی بیش از نصف آن را پر می کنیم، دربی که معمولا چند سوراخ دارد برای گذر بخار آب و یک شیر و یا شاید یک لوله برای خروج آب جوش. حرارت از هر نوعی کف کتری را داغ و کف کتری به نوبه خود آب را آنقدر گرم می‌کند تا به جوش آید. در این میان هزاران هزار حباب کوچک نیز تولید می‌شوند و راه سطح آب را در پیش می‌گیرند. همین حبابهای کوچک هستند که صدای معروف قل قل آب را پدید می‌آورند. اما در فضا و در نبود گرانش، این وسیله قدیمی دیگر کار نخواهد کرد.

چرا در فضا بی وزنی است؟ زندگی در فضا همواره برای ذهن کنجکاو بشر جذاب و مهیج بوده است. شرایط محیط فضایی تفاوت‌های عمده‌ای با محیط زمینی دارد که از جمله می‌توان به تفاوت‌های گرانشی٬ نبود جو زمین و در نتیجه فشار هوا یا اکسیژن برای تنفس و از دست دادن چتر محافظتی میدان مغناطیسی زمین که حیات زمینی را از گزند بادهای پرانرژی و خطرناک خورشیدی محافظت می‌کند. اما در سفر به فضا٬ مخصوصا از نوعی که امروزه مرسوم است و به مدارهای کم ارتفاع اطراف زمین محدود می‌شود٬ مهمترین تجربه‌ای که یک فضانورد کسب می‌کند تجربه زندگی در شرایط بی‌وزنی است. در فضا بالا و پایین مفهومی ندارد. خدمه شاتل فضایی دیسکاوری در ماموریت STS113 میهمان سرنشینان ایستگاه بین‌المللی فضایی هستند ایستگاه بین‌المللی فضایی که این روزها تنها مقصد فضانوردی محسوب می‌گردد و تمام سفرهای فضایی سرنشین‌دار به آنجا اعزام می‌گردند٬ در مداری به ارتفاع ۴۰۰ کیلومتر از سطح زمین قرار دارد. یک فضانورد ۸۰ کیلوگرمی در چنین ارتفاعی حدودا ۶۴ کیلوگرم وزن خواهد داشت. اما چرا با این وجود فضانورد مورد نظر ما در این ایستگاه احساس بی‌وزنی می‌کند؟ پاسخ را باید در گردش مداوم فضانورد به دور زمین جستجو کرد. ایستگاه بین‌المللی فضایی٬ فضاپیماهای متصل به آن و فضانوردان سوار بر آنها٬ همگی با سرعت سرسام‌آور ۲۹۰۰۰ کیلومتر بر ساعت به دور زمین می‌چرخند. چنین سرعت زیادی باعث ایجاد نیروی گریز از مرکزی می‌شود که دقیقا با نیروی وزن این محموله‌های فضایی و از جمله فضانوردان برابر است اما در جهت مخالف نیروی وزن اثر می‌کند. همین موضوع خنثی شدن نیروی وزن توسط نیروی گریز از مرکز است که باعث می‌شود فضانوردان در فضا احساس بی‌وزنی داشته باشند. چنانچه به هر دلیلی گردش فضانوردان و فضاپیماهایشان و از جمله ایستگاه بین‌المللی فضایی ناگهان متوقف شود٬ همگی به سمت زمین سقوط خواهند کرد.

اول از همه اینکه در شرایط میکروگرانش حاکم بر مدارهای فضایی٬ آب دیگر اجباری برای ماندن در کف کتری را ندارد! مفهوم این حرف این است که ما باید آب را به زور در کف کتری جمع کنیم تا بتوانیم گرمای کف کتری را به آب منتقل کنیم. شاید بتوان برای غلبه بر این مشکل کتری را از آب پر کرد، درب آن را محکم بست و منتظر بقیه داستان شد.  ببخشید اما اگر از دست من در حال تبدیل شدن به یک فضانورد دیوانه هستید باید پیشاپیش عذرخواهی کنم و به عرض مبارکتان برسانم که مشکلات تازه آغاز شده است. ببخشید تقصیر من که نیست٬ همه چیز به خاطر بی وزنی به هم ریخته است.

داستان بعدی مربوط به جوشیدن آب است. یادتان هست که در روزهای خوش اقامت در زمین نشانه دلچسب یک چای خوب٬ قل قل ناشی از رسیدن هزاران حباب کوچک به سطح آب موجود در کتری بود. خوب اینجا در بی‌وزنی تمامی آن هزاران حباب کوچک دور هم جمع شده و یک حباب بزرگ به وجود می‌آورند. حباب بزرگ در کف کتری باقی می‌ماند و با گذشت زمان بزرگتر و بزرگتر می‌شود. با اینهمه تفاوت حتما انتظار یک چای معمولی را ندارید. حق هم دارید. علی‌رغم تشکیل چنین حباب بزرگی، آب در سطح کتری همچنان سرد است در حالی که آب کف کتری حسابی داغ و آماده تهیه یک فنجان چای عالی است. اما این همه تفاوت در آماده ساختن یک فنجان چای ساده در زمین و فضا برای چیست؟

تفاوت اصلی را باید در غیبت دو اصل فیزیکی خیلی مهم در محیط بی‌وزنی جستجو کرد. دو اصل جابجایی گرمایی و شناوری اجسام در مایعات که باعث می‌شوند گرما٬ عطر و طعم بی‌نظیر یک فنجان چای قند پهلو خستگی یک روز کاری را از تنتان درآورد٬ در فضا دیگر کار نخواهند کرد. حال اجازه دهید داستان جوش آمدن آب را از روی زمین آغاز کنیم.

هنگامیکه کتری خود را روی اجاق قرار می دهید حرارت کف کتری را داغ می‌کند. این گرما از راه انتقال به آب کف کتری منتقل می‌شود. آب کف کتری بدینوسیله گرم شده و منبسط می‌گردد و متعاقبا انبساط باعث سبک‌تر شدن آب گرم کف کتری می‌شود. آب گرم سبک شده بالا می‌رود و آب سرد سنگینتر جای آن را می گیرد و بدین‌وسیله گردش آب باعث گرم شدن یکنواخت محتویات کتری می‌گردد.

از سویی دیگر گرم شدن آب باعث تولید حباب‌های موضعی در کف ظرف می‌شود. این حباب‌های کوچک طبق قانون شناوری از طرف آب تحت تاثیر نیرویی به سمت سطح قرار می‌گیرند. این نیرو معادل وزن آب جابجا شده هم حجم حباب است و همین قانون ساده است که باعث می‌شود حباب‌های کوچک راه سطح آب را در پیش گیرند.

اما در مدار زمین و در شرایط بی‌وزنی یعنی جاییکه نیروی گریز از مرکز با نیروی وزن برابر است٬ سبکی و سنگینی دیگر مفهمومی ندارد. بنابراین آب گرم همانقدر بی‌وزن است که آب سرد٬ پس قانون جابجایی گرمایی دیگر کار نخواهد کرد. در مورد قانون شناوری که باعث بالا آمدن حباب‌های کوچک می‌شد نیز وضع به همین منوال است. چون شرایط بی‌وزنی حاکم است٬ آب جابجا شده نیز فاقد وزن بوده و بنابراین نه تنها حباب‌ها به سطح نخواهند آمد٬ بلکه در آن پایین دور هم جمع شده و حباب بزرگتری را پدید خواهند آورد. این موضوع در مورد هر چیز دیگری مانند توپ پینگ‌پونگ هم صدق می‌کند. اگر در ایستگاه بین‌المللی فضایی باشید و توپ پینگ‌پونگی را داخل ظرف آبی فرو ببرید٬ توپ همانجا باقی خواهد ماند و برعکس زمین به سمت سطح آب حرکت نخواهد کرد.

خوب اجازه دهید فرض کنیم شما با هر زحمتی که شده خلاصه آب را به جوش آوردید و چای دم کردید. حال زمان خوب داستان یعنی نشستن کنار پنجره رو به زمین فرا رسیده تا فنجای چایتان را جرعه جرعه میل کنید و از نگاه کردن به سیاره مادریتان لذت ببرید. اما من واقعا متاسفم که باید به اطلاعتانبرسانم که این موضوع امکان ندارد. ببخشید٬ ببخشید٬ می‌دانم کلافه شده‌اید٬ ببخشید الان دیگر تمام می‌شود.

در ایستگاه بین‌المللی فضایی که گرانشی وجود ندارد، چای خوش عطر شما که به زحمت فراوان تهیه شده است به هیچ وجه داخل فنجانتان باقی نمی‌ماند. عدم وجود گرانش باعث می‌شود که مولکولهای مایع از نیروی چسبندگی بین مولکولی تبعیت کنند و همگی دور هم جمع شوند و گوی بزرگی از چای به وجود آورند. بنابراین شما ناگهان شاهد گلوله شدن چای داخل فنجانتان خواهید شد. گوی خوشرنگی که به محض تشکیل شروع به حرکت می‌کند و از دسترس شما دور می‌شود.

می‌دانم خیلی ناامیدکننده است اما شما چاره دیگری ندارید به جز اینکه چایتان را داخل یک کیسه نی دار ریخته و آن را اندک اندک با نی بنوشید. خوب مثل اینکه چای خوردن در فضا چندان هم کار آسانی نیست. آقا جان٬ چای خوردن هم چای خوردن‌های زمینی!

اما بد نیست در نظر داشته باشید که این تازه آغاز ماجرا است. غذا خوردن در فضا هم اصلا کار ساده‌ای نیست. از این گذشته چند ساعتی که از نوشیدن چای و غذای فضایی به زحمت تهیه شده‌اتان گذشت٬ شرایطی به وجود می‌آید که باید سری به توالت بزنید که خود داستان دیگری است. اگر کمی صبور باشید در آینده‌ای نزدیک ماجرای توالت رفتن در فضا را هم برایتان تعریف خواهم کرد. اگر نگران از دست دادن این داستان هستید٬ می توانید عضو خبرنامه دانش فضایی شوید تا به محض انتشار هر مطلبی٬ یک ایمیل برایتان ارسال گردد.

نوشته شده در چهار شنبه 9 فروردين 1386برچسب:,ساعت توسط احسان|