Ihmiskunnan etuvartio avaruudessa

Kansainvälinen avaruusasema ISS on kiertänyt maapalloa vuodesta 1998 lähtien. 20 vuoden aikana siellä on käynyt kaikkiaan 232 astronauttia eri maista hankkimassa kokemusta kosmisista olosuhteista. Seuraavaksi lähtee uusi avaruusasema kohti Kuuta.

NASA

Kaksikymmentä vuotta sitten yhdysvaltalainen astronautti Nancy Currie teki historiaa.

Hän istui avaruussukkulassa ja piteli ohjainsauvaa, joka liikutti sukkulan robottikouraa. Koura piteli 11 tonnia painavaa Unity-moduulia.

Lähistöllä leijui vielä suurempi Zarja-moduuli, jonka venäläiset olivat lähettäneet 14 päivää aiemmin. Kaksi tuntia kestäneen operaation aikana Currie ohjasi moduulit yhteen, ja niiden telakoitumisasemat tarttuivat toisiinsa.

Kansainvälisen avaruusaseman (International Space Station, ISS) kaksi ensimmäistä osaa oli koossa.

Venäläinen Zarja-moduuli (yllä) telakoitui 6.12.1998 yhdysvaltalaiseen Unity-moduuliin millimetrin tarkassa kosmisessa suudelmassa.

ISS-asema oli syntynyt.

NASA

Zarjan (”kajastus”) ja Unityn (”yhtenäisyys” tai ”kokonaisuus”) telakoitumisesta alkoi ihmiskunnan historian kunnianhimoisin rakennusurakka: laboratorio avaruudessa.

Olemassaolonsa aikana Kansainvälinen avaruusasema on tarjonnut tutkijoille ainutlaatuisen mahdollisuuden tutkia erilaisia ilmiöitä painottomassa tilassa. Asema on antanut uutta tietoa painottomuuden vaikutuksesta ihmisen elimistöön ja auttanut valmistautumaan matkoille entistä kauemmas avaruuteen.

Seuraava vaihe vie vielä kauemmas: ISS:n seuraaja rakennetaan Kuuta kiertävälle radalle.

Maata tarkkaillaan kiertoradalta

1 / 3

undefined

Kansainvälisellä avaruusasemalla on erilaisia tutkimusmoduuleita, joista seurataan niin ilmakehän saasteita kuin maatalouttakin.

© Shutterstock

Irti painovoimasta

Tutkijoita kiinnostaa avaruudessa ennen kaikkea kaksi asiaa: kosminen säteily ja painottomuus. Jo viisikymmentä vuotta sitten tutkijoille valkeni, että näitä ilmiöitä voidaan tutkia vain sellaisessa laboratoriossa, joka sijaitsee Maan ilmakehän ulkopuolella. Siksi suurvaltojen kilpailua Kuun valloituksesta seurasi pian kilpa ensimmäisen avaruustukikohdan rakentamisesta.

Vuonna 1971 – vain kymmenen vuotta sen jälkeen, kun Juri Gagarin oli ensimmäisenä ihmisenä käynyt avaruudessa – Neuvostoliitto lähetti Maata kiertävälle radalle maailman ensimmäisen avaruusaseman Saljut 1:n.

Saljut 1 oli 20 metriä pitkä lieriön muotoinen asema, jossa kosmonauteilla oli sata kuutiometriä tilaa asua ja työskennellä. Asema oli käytössä 175 päivää.

Painottomuudessa voi syntyä mutaatioita.

Mato kasvatti ylimääräisen pään

Biologit ovat tutkineet ISS:llä muun muassa sitä, miten elimistö korjaa vaurioituneita kudoksia painottomassa tilassa.

Yhdessä kokeessa tutkijat katkaisivat laakamadolta pyrstön nähdäkseen, miten mato korjaa sen. Uuden pyrstön asemesta mato kasvatti toisen pään.

Taustalla on todennäköisesti geenimuunnos, jota ei magneettikentän ja painovoiman vaikutuksesta esiinny Maassa.

Lyhyestä urastaan huolimatta Saljut 1 tuotti paljon uraauurtavaa tietoa muun muassa tuolloin ainoasta tunnetusta Aurinkokunnan ulkopuolisesta röntgensäteilyn lähteestä, Scorpius X-1 -tähdestä.

Saljut 1:n teleskoopilla tehtyjen havaintojen ansiosta tiedetään, että Scorpius X-1 on neutronitähti, joka on sulauttamassa itseensä itseään pienemmän naapuritähtensä.

Neutronitähtihavaintoja ei olisi voitu tehdä Maasta, koska täällä ilmakehä aiheuttaa teleskoopin kuvaan häiriöitä. Lyhyillä avaruuslennoilla taas kohdetta ei ehditä havainnoida riittävän pitkään.

Neutronitähden tutkimus oli merkittävää siksikin, että on tärkeää tuntea eri tähtityypit ja niiden yleisyys ja rakenne, jotta voidaan rajata elämälle suotuisten planeettojen etsintä vain sellaisiin tähtiin, joiden ympärillä niitä voi esiintyä.

Vasemmalla liekki avaruudessa, oikealla liekki Maassa.

Kylmempää tulta avaruusoloihin

Tulipalo avaruusasemalla tai avaruusaluksessa voi olla tuhoisa.

Siksi on tärkeää tietää, miten tuli käyttäytyy avaruudessa. Painottomassa tilassa esimerkiksi liekit eivät ole pitkulaisia vaan pyöreitä. ISS:llä on testattu, miten heptaani-niminen polttoaine palaa avaruudessa. Oikeissa olosuhteissa se saatiin palamaan vain noin 600-asteisella liekillä. Normaalisti liekkien lämpötila on 1 400 astetta.

Teleskooppi paljasti Auringon ulko-osat

Vuonna 1973 Saljut sai seuraajakseen yhdysvaltalaisen Skylab-avaruusaseman. Sen tehtävänä oli muun muassa tutkia Auringon säteilyä. Sitä varten Skylabin varusteena oli Apollo-teleskooppi, jossa oli kaikkiaan kahdeksan erilaista instrumenttia, muun muassa röntgenteleskooppi ja ultraviolettisäteilyä havainnoiva spektrografi.

Skylabin laitteistolla auringonvaloa voitiin tarkkailla ennennäkemättömän yksityiskohtaisesti ja hajottaa se yksittäisiin aallonpituuksiin, kun ilmakehä ei pilannut näkymiä. Skylabin ansiosta päästiin selville muun muassa siitä, mistä aineista Auringon ulko-osat koostuvat.

Skylabin teleskoopit ottivat 127 000 kuvaa Auringosta ja bongasivat ensimmäistä kertaa Auringon uloimmassa kaasukehässä eli koronassa niin sanottuja auringonpilkkuja.

Columbus tarkkailee aurinkoa ja ilmastoa

Esan tutkimusmoduuli Columbus sisältää kolme anturia, jotka seuraavat Auringon säteilyn voimakkuuden muutoksia. Tavoitteena on paitsi päästä jyvälle Auringosta myös tuottaa ilmastontutkijoille tietoa siitä, miten Auringon aktiivisuus vaikuttaa maapallon ilmastoon.

NASA

Auringonpilkut ovat kohtia, joissa voimakas magneettikenttä estää kuumaa plasmaa virtaamasta Auringon sisuksista koronaan. Nämä kohdat ovat noin tuhat astetta viileämpiä kuin ympäristönsä, ja koska lämpötila vaikuttaa myös väriin, kohdat erottuvat taustastaan tummina läiskinä.

Skylabin miehistöön kuulunut astronautti Edward Gibson oli ensimmäinen ihminen, joka pääsi valokuvaamaan avaruudesta niin sanottuja protuberansseja. Ne ovat kaasupilviä, joita magneettikentän silmukka kannattelee Auringon pinnan yläpuolella. Auringon reunalla tummaa taustaa vasten ne näyttävät hohtavilta kaarilta.

Protuberanssi voi purkautua räjähdysmäisesti koronan massapurkauksen yhteydessä. Koronan massapurkaukset ovat kaasupurkauksia, joiden vaikutus voi tuntua Maassa asti ja pahimmillaan häiritä sähköverkkoja maailmanlaajuisesti.

Proteiinikiteet kasvavat säännöllisemmin avaruudessa kuin Maan päällä. Keltaiset kiteet ovat virheitä.

Syöpälääkkeen jäljillä avaruudessa

Maata kiertävällä radalla tutkitaan myös syöpähoitoja. Erityisesti tutkijoita kiinnostavat niin sanotut monoklonaaliset vasta-aineet. Niillä voidaan tuhota syöpäkasvaimia vahingoittamatta elimistön terveitä soluja. ISS on oiva paikka niiden tutkimiselle.

Jotta vasta-aineista voidaan kehittää toimiva syöpälääke, täytyy saada selville sen molekyylirakenne. Rakennetta on helpompi tutkia, kun proteiinit kiteytetään.

Maassa painovoima vetää atomeja kiteytymisprosessin aikana niin, että kaikki atomit eivät kiteydy samalla tavalla. Painottomassa tilassa sen sijaan voidaan tuottaa suuria yhtenäisiä proteiinikiteitä, joissa on vain vähän epäsäännöllisyyksiä. Säännöllisistä kiteistä on helppo tutkia proteiineja ja tuottaa niiden mukainen lääke.

Pysyvästi avaruuteen

Skylabin neljäs miehistö teki ennätyksen avaruudessa oleskelussa, kun sen astronautit olivat Maata kiertävällä radalla 84 päivää yhteen menoon. Saljutin tavoin myös Skylab jäi kuitenkin tyhjäksi aina, kun miehistön komennus päättyi. Tutkijoiden haaveissa oli pysyvästi miehitetty avaruusasema, jossa voidaan tehdä pitkäkestoisia tutkimuksia.

Haave alkoi toteutua vuonna 1986, kun Neuvostoliitto lähetti uuden avaruusasemansa Mirin (”rauha” tai ”maailma”) ensimmäisen moduulin avaruuteen. Kun asema saatiin kunnolla käyttövalmiiksi, se oli miehitettynä yhteen menoon vuodesta 1989 vuoteen 1999 eli kaikkiaan 3 644 päivää.

Mir oli ensimmäinen avaruuslaboratorio, jossa voitiin tehdä kuukausia ja jopa vuosia kestäviä tutkimuksia ja havainnointeja. Miristä tarkkailtiin tähtiä ja niiden planeettoja, mutta ennen kaikkea siellä tutkittiin avaruuden vaikutuksia asemaan ja sen henkilökuntaan itseensä.

Mir oli alku sille tutkimukselle, jota nyt tehdään Kansainvälisellä avaruusasemalla.

Avaruus­aseman arki on ohjelmoitu minuutilleen

Avaruusasemalla työpäivät on aikataulutettu lähes minuutin tarkkuudella. Säännöllinen päivärytmi ja suunnitelmallisuus ovat tarpeen, sillä painottomassa tilassa kaikki toimet vessassa käyntiä myöten ovat isompia operaatioita kuin Maan päällä.

  • Klo 8:00

    Aamiaiseksi kuivattua munakokkelia

    Avaruusaseman aamiainen koostuu muun muassa munakokkelista. Se on valmisateria, josta on poistettu vesi tilan säästämiseksi ja säilyvyyden parantamiseksi. Ateria muuttuu syömäkelpoiseksi laitteessa, jossa munamassaan lisätään kuumaa vettä.

  • Klo 8:00-10:30

    Aamutreeni estää lihaksia rappeutumasta

    Astronauttien päivään kuuluu 2,5 tuntia fyysistä harjoittelua. Muuten lihaskunto ja luusto heikkenevät painottomassa tilassa.

  • Klo 10:30

    Vessa pussittaa jätökset

    Alipaine vetää jätökset vessan sisuksiin. Virtsan imaisee letku, jota sekä miehet että naiset voivat käyttää myös seisaaltaan.

  • Klo 11:00

    Suihkussa vesi liimautuu ihoon

    Avaruusaseman suihkussa vesi ei suihkua, vaan se johdetaan letkusta suoraan iholle. Pintajännitys saa veden liimautumaan iholle isoina pisaroina. Veteen lisätään saippuaa ja hangataan se iholle. Lopuksi vesi poistetaan pyyhkeillä.

  • Klo 13:00-20:00

    Avaruuskävely vaatii valmisteluja

    Avaruuspuvun hengitysilmasäiliön täyttäminen kestää monta tuntia. Yksinkertainenkin huoltotoimenpide avaruusaseman ulkopuolella voi kestää monta tuntia, ja lennonvalvontakeskus Maan päällä ohjeistaa astronautin jokaisen liikkeen.

  • Klo 20:05

    Töiden jälkeen terveystarkastus

    Astronauttien vointi tarkistetaan aina ennen avaruuskävelyä ja sen jälkeen. Avaruudessa vaaditaan hyvää keskittymiskykyä, joten stressi on riskitekijä. Lisäksi ulkona avaruudessa säteilyaltistus on suurempi kuin aseman sisällä.

  • Klo 20:30-21:30

    Sininen valo jouduttaa unta

    Tuntia ennen nukkumaanmenoa avaruusasemalla kytketään rentoutusvalaistus. Hämyisä sinertävä valo luo levollisen tunnelman ja kiihdyttää melatoniinihormonin eritystä elimistössä. Melatoniini auttaa ihmistä vaipumaan uneen.

Säteily uhkaa avaruusmatkalla

Avaruudessa suurin vaara ihmiselle on kosminen säteily.

Säteily koostuu atomiytimista eli atomeista, jotka ovat menettäneet elektronejaan matkallaan maailmankaikkeuden läpi. Ilman elektroneja atomiytimet ovat sähköisesti varautuneita ja alttiita magneettikenttien vaikutukselle.

Maapalloa suojaa kosmiselta säteilyltä magneettikenttä, jonka voimaviivat kulkevat etelänavalta pohjoisnavalle ja tekevät lenkin kymmenientuhansien kilometrien päähän avaruuteen. Magneettikentän voimaviivat torjuvat suurimman osan säteilyhiukkasista, joten maapallon pinnalle pääsee niistä vain murto-osa.

Jos säteilyhiukkaset pääsisivät esteettä Maan päälle, ne tekisivät soluissa pahaa jälkeä. Seurauksena olisi muun muassa syöpää ja hermovaurioita.

Kosminen säteily on yksi suurimmista astronautteja uhkaavista vaaroista. Se saattaa aiheuttaa dna-vaurioita ja syöpää.

Kun tulevaisuudessa lähetetään retkikunta Marsiin, sen jäsenet joutuvat avaruuslennon aikana kuukausia jatkuvan säteilypommituksen kohteeksi.

Jotta retkikuntalaisten suojaksi osataan valita parhaat materiaalit, tarvitaan valtava määrä tietoa säteilyn vaikutuksista elimistöön.

Kansainvälisellä avaruusasemalla seurataan kosmista säteilyä jatkuvasti. Sitä mitataan muun muassa termoluminesenssidosimetreillä eli lämpöloisteannosmittareilla, joita on eri puolilla asemaa.

Mittarissa on kide, jonka elektronit nousevat säteilyn energian vaikutuksesta hetkeksi epävakaalle energiatasolle.

Maan magneettikenttä syntyy pääasiassa Maan ulkoytimen liikkeistä, kun nestemäiset metallit luovat sähkövirtoja.

Magneettikenttä ulottuu tuhansien kilometrien päähän avaruuteen ja suojaa Maata kosmiselta säteilyltä.

ISS-asemalla kerätään tietoa säteilystä, jotta esimerkiksi tulevat Mars-astronautit saavat matkallaan parhaaan mahdollisen säteilysuojan.

Shutterstock

Kun elektronit palaavat lähtötasolleen, niistä vapautuu valona sama energiamäärä, joka nosti ne korkeammalle tasolle. Tämän valon voimakkuudesta voidaan määrittää säteilyn määrä aseman eri kohdissa.

Vaikka Maan magneettikenttä suojaa myös Kansainvälistä avaruusasemaa, avaruudessa säteilyaltistus on suurempi kuin Maan päällä, koska myös ilmakehä torjuu osaltaan säteilyä.

Astronautit saavat Maata kiertävällä radalla viikossa yhtä suuren säteilyannoksen kuin ihminen saa maapallon pinnalla vuodessa.

Oleskelu avaruudessa on terveysriski. Kun Maan päällä keskimäärin 20 ihmistä sadasta on vaarassa sairastua hengenvaaralliseen syöpään, Kansainvälisen avaruusaseman astronauteilla luku on 23 sadasta.

Pudotus luo painottomuuden

Toinen avaruusaseman tutkimusvaltti on painottomuus. Maan päällä on vaikeaa tutkia, miten painottomuus vaikuttaa eliöihin ja erilaisiin ilmiöihin.

Yksi mahdollisuus on tehdä kokeet niin sanotussa nollagravitaatiolentokoneessa, joka lentää parabolista eli aaltomaista rataa. Kun tietyssä vaiheessa rataa moottorit sammutetaan ja lentokoneen annetaan pudota vapaasti, koneen sisällä koetaan lähes painoton tila, koska sisällä kaikki kappaleet ovat vapaassa putoamisessa Maata kohti ja ilmanvastus kohdistuu vain koneen runkoon.

Vapaata putoamista voidaan kuitenkin jatkaa vain puolisen minuuttia. Sitten lentokone on taas oikaistava.

Sekä Nasa että Esa kouluttavat astronautteja, testaavat välineitä ja tekevät kokeita painottomuuslennoilla. Niin kutsutut parabollennot kestävät kuitenkin vain 30 sekuntia kerrallaan. ISS-asemalla taas astronautit voivat treenata ja tehdä testejä koko ajan.

© NASA

Painottomuustutkimuksia voidaan tehdä myös lähettämällä koelaitteisto raketilla avaruuteen, josta se sitten putoaa takaisin Maahan. Vapaan putoamisen aikana anturit ja kamerat rekisteröivät koelaitteistossa tapahtuvat muutokset. Tällöinkin painottomuus kestää enintään noin 13 minuuttia.

Siksi pitkiä koejaksoja varten on päästävä tekemään tutkimusta avaruusasemalle.

Nesteet yllättävät avaruudessa

Kansainvälinen avaruusasema kiertää Maata noin 400 kilometrin korkeudessa. Sielläkin se on vakaasti Maan painovoimakentän piirissä. Astronauttien kokema painottomuus johtuukin siitä, että avaruusasema on vapaassa putoamisessa kohti Maata.

Samanaikaisesti asema kuitenkin liikkuu sivusuunnassa yhtä nopeasti kuin se putoaa. Siksi asema putoaa tavallaan eteenpäin.

Avaruusaseman putoaminen voisi periaatteessa kestää loputtomiin, mutta ilma­kehän ylin osa ulottuu sen kiertoradalle asti ja ilmanvastus hidastaa sen kulkua.

Aseman sivusuuntaista nopeutta onkin aika ajoin kiihdytettävä ohjausraketeilla, minkä vuoksi avaruusaseman vapaa putoaminen on voinut jatkua yli kaksi vuosikymmentä.

ISS-asema kiitää avaruudessa 28 000 kilometrin tuntinopeudella. Itse asiassa asema on vapaassa pudotuksessa kohti planeettaa, mutta se välttyy törmäykseltä, koska se liikkuu samaan aikaan suunnilleen samalla nopeudella kuin Maa.

© ESA

Yksi ISS:n painottomuustutkimuksen pääkohteista on se, miten nesteiden käyttäytyminen muuttuu painottomassa tilassa.

Painovoima vaikuttaa nesteiden ominaisuuksiin monella tavoin. Maan päällä nesteet, jotka eivät sekoitu toisiinsa, kuten vesi ja öljy, asettuvat kerroksittain, koska painovoima vaikuttaa niihin eri tavalla.

Koska öljyn tiheys on pienempi kuin veden, se asettuu vesikerroksen päälle. Painottomassa tilassa sen sijaan nesteet eivät asetu toistensa päälle kerroksiksi, vaan ne ovat lomittain öljy- ja vesipisaroina.

Toisaalta Kansainvälisella avaruusasemalla on havaittu, että vesi ja hunaja, jotka Maassa sekoittuvat vaivattomasti, eivät aina sekoitu avaruudessa.

Avaruudessa vesi ja hunaja eivät sekoitu

Maan päällä hunaja liukenee vaivattomasti veteen esimerkiksi teessä. Sen sijaan avaruusasemalla hunaja ja vesi pysyvät erillään.

Kun vesisäiliöön ruiskutettiin hunajaa, se jäi pisaroiksi veden sekaan. Tieto nesteiden käyttäytymisestä painottomassa tilassa on tärkeää, kun suunnitellaan avaruusalusten moottoreita, polttoainesäiliöitä ja -pumppuja.

Tieto nesteiden sekoittuvuudesta tai sekoittumattomuudesta avaruudessa on ratkaisevan tärkeää, kun suunnitellaan rakettien polttoainesäiliöitä ja -pumppuja.

Rakettimoottorissa käytetään yleensä kahta nestettä: polttoainetta ja hapetinta, jota tarvitaan, jotta polttoaine palaa.

Nesteet sekoittuvat rakettimoottorin polttokammiossa, ja sytytyshetki säädetään sekunnin murto-osan tarkkuudella. Jos nesteet yhtäkkiä käyttäytyvätkin poikkeavalla tavalla, seuraukset voivat olla tuhoisat.

Toinen ilmiö, jota ei esiinny painottomuudessa, on sedimentaatio. Siinä nesteeseen sekoittuneet hiukkaset ajan mittaan laskeutuvat jollekin pinnalle kerrokseksi.

Koska sedimentoituminen johtuu paino­voimasta, avaruudessa voidaan yrittää sekoittaa metalleja uudella tavalla ja luoda aineita, joita ei voida valmistaa Maassa.

Painottomassa tilassa luodusta sedimentoitumattomasta alumiini-lyijyseoksesta on kaavailtu itsevoitelevia kuulalaakereita vaikkapa vieraita taivaankappaleita tutkiviin robotteihin ja mönkijöihin.

ISS-asemalla kehitettyjä metalliseoksia voidaan käyttää itsevoitelevissa kuulalaakereissa esimerkiksi Mars-mönkijöissä. Mönkijöiden pitää toimia vuosikausia pölyhelvetissä, eikä niitä ole mahdollisuutta huoltaa.

© NASA

Tutkimuskohteena ovat myös astronauttien omat ruumiinnesteet. Kun painovoima ei vedä nesteitä alaspäin, ne virtaavat vapaasti.

Se lisää muun muassa painetta pääkallossa, mikä on aiheuttanut astronauteille näköongelmia. Ratkaisuksi kaavaillaan avaruusaseman henkilökunnalle työasua, joka puristaa elimistön nesteitä kohti alavartaloa.

Harjoitusta Mars-matkaa varten

Painovoiman puute on aiheuttanut myös puhtaanapito-ongelmia.

Hahtuvien ja villakoirien pölyhiukkasia pitää koossa staattinen kitka, mutta kun villakoira kasvaa kyllin isoksi, painovoima hajottaa sen.

Kun avaruusasemalla painovoima ei hajota pölyhahtuvia, ne voivat kasvaa miten suuriksi tahansa.

Lisäksi pölyhahtuvat leijuvat joka suuntaan ja ehtivät tukkia esimerkiksi ilmansuodattimia paljon nopeammin kuin avaruusaseman suunnittelijat olettivat.

Muurahaiset etsivät ravintoa eri tavoin avaruudessa kuin Maassa. Niiden taktiikka voi olla avuksi robotteja kehiteltäessä.

Muurahaiset eksyksissä

Kun muurahaiset etsivät ravintoa, ne luotaavat ympäristöään yksinkertaisella taktiikalla. Jos niitä vastaan tulee paljon muita muurahaisia, ne päättelevät, että lähistöllä mitä todennäköisimmin on ravintoa saatavilla, ja jäävät samalle alueelle. Jos sen sijaan lajitovereita ei näy, muurahainen lähtee etsimään muualta.

Painottomassa tilassa muurahaisen on valittava toinen taktiikka, sillä se voi liikkua useammassa suunnassa kuin Maan päällä. ISS:n tutkijat ovat selvittäneet muurahaisten liikkeitä kuvaamalla liikehdintää kahdeksassa muurahaisyhteisössä, joissa kussakin on sata jäsentä. Yhteisöissä ei ole selkeää johtajaa, vaan jäsenet liikkuvat itsekseen.

Tutkijoiden tavoitteena on löytää muurahaisten liikkeistä vinkkejä, joita voidaan käyttää hyväksi kehiteltäessä algoritmeja. Algoritmeilla itse liikkuvat robotit osaavat tutkia isoja alueita.

Kansainvälisen avaruusaseman asukkaiden siivouspuuhat tuottavatkin tärkeää tietoa, jota tarvitaan, kun suunnitellaan aluksia pitkiä avaruuslentoja varten. Niillä ilmansuodattimen tukkeutuminen voisi olla kohtalokasta, kun apua ei ole saatavissa Maasta.

Siivousongelmat ovat kuitenkin pientä verrattuna siihen, miten painottomuus vaikuttaa yksinkertaisiinkin ruumiintoimintoihin. Painottomuus vähentää esimerkiksi lihasten jännitystä, joka on tärkeää suunta-aistille.

Siksi käsitys siitä, mikä on ylhäällä tai alhaalla tai sivuilla, katoaa helposti avaruudessa. Tämän vuoksi esimerkiksi avaruusasemalla kaikki seinillä olevat tekstit ovat samoin päin.

Lihasjännityksen puute johtaa myös siihen, että lihasvoima heikkenee nopeasti painottomuudessa. Tutkimusten mukaan jo 11 päivän avaruudessa oleskelun jälkeen ihminen on menettänyt lähes viidesosan lihasmassastaan.

Vaikka astronautit treenaavat avaruudessa päivittäin, heidän lihaksensa silti surkastuvat.

© NASA

Astronauttien lihasvoiman ylläpitämiseksi on kehitetty erikoiskuntoilulaitteita. Koska tavalliset levypainot eivät juuri paina avaruudessa, lihaksille luodaan vastusta tyhjiöpumppujen avulla.

ISS:n astronauttien päiväohjelmaan kuuluu useiden tuntien treeni joka päivä. Kuntolaitteita tarvitaan myös tulevalle Marsin-retkikunnalle ehkäisemään lihaskatoa. Matka Marsiin ja takaisin kestää ainakin kymmenen kuukautta.

Niin pitkä oleskelu painottomuudessa voi viedä jopa 40 prosenttia ihmisen lihasvoimasta, vaikka hän treenaisi säännöllisesti matkan aikana.

Vaihe 1: Lihassolu avaruudessa. Vaihe 2: Lihassolu Maassa, jossa painovoima tehostaa solun kykyä napata kalsiumioni.

Painottomuus kuihduttaa lihaksia

Painottomuus on vaarallinen tila elimistölle muun muassa siksi, että fyysisen rasituksen puute heikentää lihasmassaa. Lihaskunto heikkenee kuitenkin myös siitä huolimatta, että astronautit treenaavat monta tuntia joka päivä. Syytä siihen on etsitty pitkään, ja nyt se on ehkä löydetty.

Mahdollinen selitys on se, että painottomuudessa lihassolujen mitokondriot, jotka tuottavat solulle energiaa, eivät painu alaspäin kuten Maan päällä.

Silloin lihaskuidut, jotka kannattelevat mitokondrioita, eivät painu kiinni solukalvoon. Kun kuitu ei ole kosketuksissa solukalvon kanssa, solun kalsiumionien saanti vähenee. Kalsiumionit ovat välttämättömiä lihaksen toiminnalle. Teoriaa testataan ISS:llä kuvaamalla solujen toimintaa hiirissä. Hiirten lihassoluihin on ruiskutettu väriainetta, joka saa ne hohtamaan.

  • Painottomuudessa lihassolu ei saa kalsiumia

    Avaruudessa lihassolun kuidut jäävät löysiksi ja solu saa vain vähän kalsiumia. Kalsiumia tarvitaan lihaksen jännittämiseen.

  • Painovoima puristaa lihaskuituja

    Maan päällä painovoima vetää mitokondrioita solukalvoa vasten, jolloin lihassolun kuidut saavat solun ottamaan itseensä kalsiumioneja.

Painottomuus ei vaikuta ainoastaan aisteihin ja lihaskuntoon, vaan se voi käydä myös sydämelle. Kun ihminen seisoo Maassa, painovoima vetää verta niin, että se virtaa myös sydämen alapuolella oleviin elimiin.

Avaruusasemalla astronauttien veri pyrkii pysymään rinnan korkeudella ja päässä, koska mikään voima ei pakota sitä vartalon alaosaan. Seurauksena voi olla huimausta ja jopa aivoverisuonten vaurioita.

Avaruusaseman astronauttien kokemukset ovat tuottaneet uutta tietoa myös siitä, miksi vanhoja ihmisiä usein huimaa. Lisäksi niiden pohjalta ehkä voidaan kehittää lääke, jolla suojataan astronauttien aivoja pitkillä avaruuslennoilla.

Avaruusasema lähtee Kuuhun

Kaikki se tieto, jota on koottu niin Saljutissa ja Skylabissa kuin Kansainvälisellä avaruusasemallakin, on pohjana avaruuden valloituksen seuraavalle vaiheelle eli Kuuta kiertävän avaruusaseman rakentamiselle.

Kansainvälinen avaruusasema jää näillä näkymin eläkkeelle 2028. Silloin sen seuraajan LOPG:n (Lunar Orbital Platform-Gateway) on määrä olla jo kiertoradallaan 385 500 kilometrin päässä Maasta.

Seuraaja valmistelee matkaa Marsiin

1 / 4

undefined

ISS:n seuraajan LOPG:n rakentaminen alkaa vuonna 2023. Se viedään Kuuta kiertävälle radalle, missä sen on määrä toimia väliasemana Marsiin lähtevälle retkikunnalle.

© Mikkel Juul Jensen

Kuuta kiertävällä radalla avaruusasema ei ole enää Maan magneettikentän suojissa, vaan siihen kohdistuu yhtä armoton säteily kuin muuallakin avaruudessa.

Siellä on ensimmäistä kertaa mahdollista tutkia todenmukaisissa olosuhteissa niitä tekijöitä, joille ihminen oikeasti altistuu, kun avaruuslennot muille planeetoille aikanaan tulevat mahdollisiksi.

Suunnitelmien mukaan LOPG:llä työskentelee kuusi astronauttia kerrallaan. Laboratoriotutkimusten ohella heidän on määrä ohjailla robotteja ja mönkijöitä, jotka luotaavat Kuun pintaa. Erityisesti tutkijoita kiinnostaa se, mitä on Kuun sillä puolella, joka on kääntynyt Maasta poispäin.

30 vuoden ura päättyy merenpohjaan

Kun Kansainvälinen avaruusasema ISS täyttää 30 vuonna 2028, se jää eläkkeelle. Eläkepäivät jäävät tosin vähiin, sillä vuodessa asema ajautuu yhä matalammalle ja lopulta venäläinen Progress-alus tyrkkää sen Tyyneenmereen.

  • ISS ajautuu kohti maata

    Vuotta ennen kuin ISS:n on määrä pudota Tyyneenmereen, sen ohjausmoottorit otetaan pois käytöstä. Asema alkaa painua alaspäin. Kun se on 186 kilometrin korkeudessa, astronautit evakuoidaan.

  • ISS kääntyy 180 astetta

    Avaruusasema käännetään niin, että sen perässä olevia moottoreita voidaan käyttää jarruraketteina. Kääntäminen tapahtuu gyroskooppien avulla. Niissä on neljä satakiloista kiekkoa, jotka pyörivät 6 600 kierrosta minuutissa. Kun gyroskooppeja kallistetaan, asema nousee, laskee tai kääntyy.

  • Progress telakoituu jarruttamaan ISS:ää

    Venäläinen avaruusalus Progress muunnetaan niin, että sen moottori vastaa ISS:n raketteja. Alus telakoituu ISS:n moottorimoduuliin. Progressin avulla ISS:n polttoaine voidaan käyttää aseman jarruttamiseen, jolloin se laskee noin 100 kilometrin korkeudelle Maan pinnasta.

  • ISS putoaa ilmakehään

    Lopulta ISS putoaa, ja se ohjataan mahdollisimman kauas mantereista ja saarista niin sanottuun Nemon pisteeseen Tyynessämeressä. Se on 4 900 kilometriä Uudesta-Seelannista itään ja 3 200 kilometriä Etelämantereesta pohjoiseen.

Tulevaa kuuasemaa ei olisi mahdollista rakentaa ilman sitä tietoa painottomuudesta ja muista avaruuden olosuhteista, joita aikaisemmilla avaruusasemilla on kerätty.

Kuuta kiertävällä radalla puolestaan jatketaan tutkimusta, joka voi viedä ihmisen muille taivaankappaleille.

LOPG:tä on kaavailtu myös väliasemaksi pitkille avaruuslennoille. Siellä esimerkiksi Marsin-retkikunta voi levähtää ja lastata alukseensa tarvikkeita, ennen kuin matka jatkuu kohti naapuriplaneettaa.

Levähdä hetkeksi. Tarjolla on 92 minuuttia kestävä lento Maan ympäri, joka on koostetty Nasan ISS-asemalta ottamista kuvista. Tunti ja 32 minuuttia on tarkkaan ottaen se aika, jossa ISS-asema kiertää Maan.

Lue myös:

Magnetfelter
Mars

Ovatko Marsin navat magneettiset?

0 minuuttia
Mars

Visa: Laskeutumiset Marsiin

1 minuuttia
Avaruuslennot

Näkyvätkö satelliitit paljain silmin?

0 minuuttia
Suosituimmat

Kirjaudu sisään

Virhe: Tarkista sähköpostiosoite
Salasana vaaditaan
NäytäPiilota

Oletko jo tilaaja? Oletko jo lehden tilaaja? Napsauta tästä

Uusi käyttäjä? Näin saat käyttöoikeuden!