При какой максимальной гравитации может выжить человек?

В романе Курта Воннегута «Балаган или конец одиночества» сила гравитации постоянно менялась, то придавливая все живое к земле, то даруя удивительную легкость. Если представить, что нечто подобное произойдет в реальности, то первым вопросом будет «какую максимальную гравитацию выдерживает человеческое тело?» В 2015 году силач и актер «Игры престолов» побил тысячелетний рекорд, сделав пять шагов с 650-килограммовым бревном на спине. Для большинства из нас это был просто необыкновенный пример героической силы. Для ученых этот подвиг означал сокрушительный предел гравитационного притяжения, которое любой смертный мог когда-либо надеяться выдержать. В 2018 году ученые из Загребского университета в Хорватии наконец ответили на вопрос о том, какую максимальную силу гравитации способен выдержать человек. По словам авторов исследования, эти знания пригодятся будущим астронавтам при колонизации других планет.

Гравитация и тело человека

Человек освоил прямохождение около 3,6 миллионов лет назад. Наша походка формировалась под действием силы тяжести, эквивалентной примерно на 9,8 ньютонов на килограмм массы тела. Рассчитав крепость костей и мускулатуры, исследователи выяснили, что люди смогут передвигаться, пусть и с огромным трудом, на планетах, чья гравитация в 4 раза превышает гравитацию на Земле. В случае, если гравитация на экзопланете будет превышать земную в пять раз, человек не сможет даже пошевелиться.

Однако главной опасностью при такой силе тяжести окажется нагрузка на сердце – перекачивание крови в верхние отделы организма будет сильно затруднено, так как вся кровь прильет к нижним конечностям. В случае же, если гравитация превысит земную в десять раз, скелет сломается под тяжестью собственного тела.

К столь критической оценке исследователи пришли приняв во внимание тот факт, что наши кости – впечатляющие сооружения, если говорить о технике. На самом деле, одна только большеберцовая кость способна выдержать примерно 90-кратную земную гравитацию, прежде чем расколоться. Работая с цифрами о силе человеческой мускулатуры, исследователи определили, что находясь в хорошей физической форме и регулярно тренируясь мы довольно просто могли бы противостоять силе тяжести не более 5 g.

Но можно ли ходить при такой гравитации? С точки зрения физики, ходьба – это, по существу, цикл контролируемого падения, где качание каждой ноги предотвращает встречу лица с землей. Этот паттерн «падение-сброс-падение-сброс» заставляет наш центр масс качаться вверх и вниз, где сосредоточена большая часть работы. Вот почему физики разработали собственную модель так называемой «перевернутой маятниковой походки», учитывающую колебания центра масс человека и время его раскачивания ногами. Рекорд Бьернссона (игра престолов), составляющий пять шагов, устанавливает довольно хороший ориентир для верхних пределов того, чего может достичь человеческая походка.

Объединив массу бревна, вес и размер ноги Бьернссона, команда определила, что человек с таким же телосложением может медленно передвигаться по планете с гравитацией – или g – примерно в 4,6 раза больше земной. Наше сердце едва справляется с гравитацией около 5 g, выше которой мы начинаем терять сознание. Таким образом, похоже, эта цифра устанавливает абсолютную границу для любого вида человеческого исследования.

Как пишут сами авторы исследования, работа имеет ряд ограничений. Так, авторы не учитывали роль скафандров и любых дополнительных технологий, которые могут увеличить предел допустимой силы тяжести. Тем не менее, для долгосрочного пребывания на незнакомой планете это вряд ли это подойдет.

Гравитация на экзопланетах

Претендентом на самую большую экзопланету земного типа является экзопланета BD+20594b – планета, диаметром в половину диаметра Нептуна и примерно такой же массой. На ее поверхности гравитационное притяжение в три раза больше чем на Земле.

Так выглядит экзопланета земного типа BD+20594b. Представляете, какие там закаты?

Вообще, BD+20594b довольно странная планета, поскольку масса большинства скалистых миров составляет менее 1,6 массы нашей планеты и гораздо меньший радиус, так что может и не стоит выбирать ее в качестве будущего дома человечества.

Авторы работы, опубликованной в журнале The Physics Teacher отмечают, что из 594 экзопланет, достаточно изученных для того, чтобы оценить на них силу тяжести, пригодными для человека являются 422 (если не принимать во внимание другие условия, которые могут быть и пострашнее гравитации). А как вы думаете, приземлятся ли люди когда-нибудь на эти далекие миры, по крайней мере в обозримом будущем? Ответ будем ждать здесь, а также в комментариях к этой статье.