Фантасты, описывающие вращающиеся звездолёты и орбитальные станции, либо конструкции, в которых крутится только та часть, где обитают космонавты, не задумываются о силе Кориолиса. Ведь в повседневной жизни мы её не замечаем.

Но в кабине, вращающейся со скоростью, скажем, десять-двадцать оборотов в минуту, сила Кориолиса будет ощутимо влиять на происходящее.

Что, если адаптация к такой среде окажется не лучше, чем адаптация к невесомости? Может ли это приспособление оказаться достаточно надёжным, чтобы космонавты могли гарантированно и быстро выполнять все необходимые операции?

Поскольку создание кораблей с искусственной гравитацией, вызванной вращением кабины (или даже всего корабля), дело не такого уж далёкого будущего, нужно было ответить на эти вопросы.

Маленькое отступление. Эффект Кориолиса (а фактически — это проявление явления инерции во вращающейся системе отсчёта) ответственен за закручивание атмосферных левиафанов — циклонов, однако, вопреки широко распространённому заблуждению, не влияет на закручивающийся слив воды в ванной, так как в таком масштабе он ничтожно мал, по сравнению с другими силами, действующими на воду.

На самом деле направление слива задаётся рядом случайных факторов, вроде несимметричности самой ванной, возмущений, внесённых вытянутой пробкой, и тому подобным.

Некоторые проекты полёта на Марс предусматривают вращение всего корабля для создания искусственной силы тяжести (иллюстрация с сайта nasa.gov).

Чтобы "господин Кориолис" соизволил закрутить слив в точном соответствии с расположением лаборатории в северном или южном полушарии (о чём любят рассуждать энтузиасты опытов в ванной), нужно, чтобы ёмкость была большой (несколько метров), её геометрия почти идеальной, отверстие — маленьким, пробка должна аккуратно выдёргиваться вниз, а не вверх, вода же перед началом опыта должна отстояться без каких-либо возмущений целую неделю.

Так или иначе, а в кувыркающемся космическом корабле эффект Кориолиса будет проявляться сильно. Посчитайте, во сколько раз быстрее он будет вращаться вокруг своей оси, чтобы создалась ощутимая псевдогравитация по сравнению с суточным вращением планеты.

И вот недавно NASA запустило серию экспериментов, чтобы понять — как мозг адаптируется к этой странной среде.

Это выясняют Джеймс Лакнер (James Lackner) и Поль Дизио (Paul DiZio) из лаборатории пространственной ориентации Эштона Грэйбиля (Ashton Graybiel Spatial Orientation Laboratory), которая ведёт эту работу при поддержке офиса биологических и физических исследований NASA (Office of Biological and Physical Research).

Учёные наблюдают за добровольцами, работающими в специальной вращающейся комнате.

Кстати, не путайте это с широко известными опытами по воздействию на человека перегрузок. Здесь перегрузки были невелики, а вот влияние эффекта Кориолиса на обстановку — весьма заметно.

Лакнер и Дизио также разрабатывают учебные методики и приспособления, которые могли бы облегчить астронавтам переход из обычной среды во вращающуюся систему "искусственной гравитации" и снова назад — в невесомость.

Известно, как организм приспосабливается к невесомости и снова к тяготению при возвращении из космоса на Землю. А вот о переходе из системы, где сила Кориолиса незаметна в ту, где она играет большую роль, и наоборот — известно было мало.

Правда, уже в 1960-х годах проводились опыты, показавшие, что человек не слишком хорошо приспосабливается к вращающейся кабине.

Но нынешнее исследование выявило любопытную закономерность. Когда перед человеком, манипулирующим различными предметами и нажимающим на всевозможные кнопки, поставлена чёткая задача, мозг мобилизуется и начинает компенсировать "неправильную" обстановку, где всё плывёт вбок.

Слева: траектория пальца, тянущегося к кнопке на стене. Правая траектория – первое время работы во вращающейся комнате, в середине – после адаптации, слева – при возвращении в неподвижную среду. Справа: разброс точек попадания в серии испытаний — при неподвижной лаборатории, при вращении вправо и влево (иллюстрация с сайта graybiel.brandeis.edu).

Оказалось, что это очень интересный процесс. Сначала руки "не хотят" попадать туда, куда надо. Но всё сравнительно быстро приходит в норму.

Дизио, профессор психологии университета Брендиса (Brandeis University), которому (университету) принадлежит и лаборатория Грэйбиля, предполагает: "Когда явная цель присутствует, мозг диктует желательное движение мускулам более точно. Отклонения от этого движения обнаруживаются сенсорной системой обратной связи с большей готовностью".

Откуда у людей эта способность приспосабливаться к вращению?

Исследователи полагают, что слабые силы Кориолиса, не замечая того, человек всё-таки учитывает при вращении в пространстве собственного тела; когда резко оборачивается на окрик, когда прыгает, одновременно бросая мяч, или поворачивается вокруг оси, пытаясь в то же время дотянуться до чего-то рукой.

Эффект Кориолиса легко обнаружить, бросая мяч внутри вращающейся карусели. Для космонавтов/астронавтов проявление этой силы уже не будет забавой (фото с сайта nasa.gov).

Например, выяснилось, что после некоторого времени, проведённого во вращающейся комнате, люди вообще переставали чувствовать силу Кориолиса. Мозг уже автоматически, незаметно для сознания, вводил поправки в движения тела так, что человеку казалось — всё в порядке.

И наоборот, после возвращения в нормальный мир некоторое время человеку казалось, что кто-то тянет его руки в сторону. Он не мог действовать нормально, словно эффект Кориолиса появлялся для испытуемого вновь, хотя тут-то его и не было.

Но стоило только совершить 10-20 попыток какого-нибудь целенаправленного движения, как мозги приходили в норму и "фантом Кориолиса" уходил.

Дизио и Лакнер установили, что человек хорошо приспосабливается к вращению своего жилища со скоростью до 25 оборотов в минуту, чего должно с избытком хватить для создания вращающихся станций и кораблей с искусственной гравитацией.

Далее экспериментаторы сделали оригинальный шаг — они заменили вращающуюся комнату роботом-манипулятором, который мягко отклонял запястье человека в одну сторону, пока испытуемый пробовал манипулировать предметами, нажимать кнопки или что-то бросать.

	Лакнер (слева) и Дизио намерены подготовить почву для внедрения вращающихся кабин в космических кораблях (фото с сайта nasa.gov).

Но стоило освободить его от связи с манипулятором — как фантомное давление в сторону появлялось в мозге.

Интересно также и то, что манипулятор можно было программировать на давление в различных направлениях и с различной силой.

Так исследователи изучали адаптацию человека к небольшой переменной силе Кориолиса, действующей на фоне какой-либо большей однонаправленной силы (например, силы, возникающей вследствие ускорения корабля при работе маршевых ионных двигателей).

Экспериментаторы установили, что и такое приспособление проходит успешно.

Но многие вопросы остаются пока без ответа. Насколько результаты опытов, основанных на движениях рук, применимы к координации более сложных движений всего тела?

Как на данный эффект влияет тяжесть предметов, которые нужно переносить? После первой адаптации и по прошествии времени, может ли человек повторно приспособиться к силе Кориолиса быстрее и легче, чем первый раз? Как лучше тренировать "закрученных" астронавтов для возвращения к обычной жизни?

Авторы исследования продолжают работу и усложняют опыты.

Кстати, по многочисленным проектам марсианской пилотируемой миссии, над которыми работают в США и в России, на борту корабля будет предусмотрена комната-центрифуга, для облегчения воздействия длительной невесомости и подготовки к высадке на Красную Планету.