M51Blog popularnonaukowy

Co się stanie z człowiekiem przebywającym w próżni kosmicznej bez kombinezonu?

Czy umiera? Wybucha? A może jeszcze coś innego?

Sprawa nie jest tragiczna jak mogłoby się wydawać. Oczywiście bezpośrednie wystawienie ciała na działanie próżni jest czymś śmiertelnie groźnym, jednak człowiek nie umiera momentalnie. Musi minąć trochę czasu by uszkodzenia ciała stały się krytyczne i nieodwracalne.

Ciało w próżni

Niestety (albo stety), dysponujemy dość małą wiedzą na temat zachowania ludzkiego ciała w próżni. Powód jest raczej oczywisty – niebezpiecznych eksperymentów na ludziach staramy się unikać, a i ochotników jakoś niewielu. Dlatego musimy się posiłkować wiedzą zdobytą na zwierzętach (członkowie PETA - lepiej nie czytajcie dalej).

Tego typu badania prowadzono w latach 60-tych. W czasie zimnej wojny i wyścigu kosmicznego naukowcy zdecydowanie mniej przejmowali się losem zwierząt. Przeprowadzano badania na psach[1], pawianach[2], szympansach[3].

Co ważne, wpływ próżni na te organizmy był podobny, niezależnie od gatunku. Pozwala to założyć, że tak samo będzie zachowywało się ciało człowieka[2].

Brak tlenu

Zwierzęta zamykano w szczelnej komorze, po czym wypompowywano powietrze, symulując możliwie doskonałą próżnię. Traciły one przytomność po około 9 – 11 sekundach[2]. Główną przyczyną było zmniejszenie się ilości tlenu który docierał do mózgu. Na wskutek różnicy ciśnień między wnętrzem organizmu a otaczającą go próżnią, następuje wyssanie wszystkich gazów z tkanek. Całą tlen, który jeszcze był we krwi zostaje już zużyty, a nowego już nie ma. Pozbawiona tlenu krew dociera do mózgu, A jak wiadomo, bez tlenu w mózgu – zwierzę czy człowiek – długo nie pociągnie.

Ucieczka gazów, powoduje jeszcze inny skutek uboczny. Ciało puchnie, astronauta doświadczający wystawienia na próżnie, wyglądałby na większego niż normalnie. Ale wbrew obrazowi utrwalonemu w niektórych filmach – nie eksploduje. Skóra i kości są wystarczająco wytrzymałe by oprzeć się wzrastającemu wewnątrz ciśnieniu. A jeśli ma na sobie skafander (nawet rozszczelniony) – to tym lepiej.

Należy też brać po uwagę sam moment dekompresji. Im jest gwałtowniejszy – tym gorzej. Szczególnie wrażliwym organem są płuca. Zwykle jest to miejsce gdzie znajduje się najwięcej gazów, a trakcie dekompresji wszystkie one próbują uciec na zewnątrz. Dlatego wystawienie się na próżnię z pełnymi płucami to zły pomysł – mogą one ulec uszkodzeniu, a nawet pęknąć. Dlatego kiedy wiemy co nas czeka, najlepiej zrobić szybki wydech i pozwolić powietrzu uciec przez usta, a nie inną drogą.

No dobra, minęło kilkanaście sekund i nasz nieszczęśnik traci przytomność, co dalej? Szacuje się, że ma on jeszcze około 90 sekund[2] na to by znaleźć się w bezpiecznym miejscu. Naturalnie on sam (nieprzytomny), niewiele może zrobić. Natomiast ktoś inny mógłby go uratować. Większość zwierząt, które zostały wyciągnięte przed upływem tego czasu, po krótkim pobycie w normalnym ciśnieniu odzyskiwały przytomność i funkcjonowały dalej bez żadnych skutków ubocznych. Spuchnięte ciało wracało do swoich normalnych rozmiarów, a oddech przywracał się samoczynnie.

Większość badanych zwierząt, po upływie 90 sekund była już nie do odratowania. Ustawała akcja serca, a próby przywrócenia jego rytmu kończyły się niepowodzeniem.

Zamrożenie

Kolejny mit, często występujący w filmach to odmrożenia. Nie raz czy dwa, widzieliśmy na ekranie twarz astronauty błyskawicznie pokrytą lodem po rozszczelnieniu skafandra. No cóż, nie do końca to tak wygląda.

Jakkolwiek w przestrzeni kosmicznej jest bardzo zimno, ciało nie zamarznie od razu[4]. Przewodność cieplna próżni jest znikoma (dlatego właśnie działają termosy, mają próżnię między ściankami). Ciepło z organizmu nie ma po prostu gdzie uciec. Dlatego prędzej stracicie ciepło wskakując do oceanu, niż w przestrzeni kosmicznej.

Problemem mogą być jedynie, wspomniane wcześniej, uciekające gazy. Które ulatniają się głównie w okolicach ust, ale także z powierzchni skóry. Mogą powodować miejscowe obniżenie się temperatury organizmu i niewielkie odmrożenia w tych okolicach.

Łatwo to zademonstrować: posmarujcie sobie powierzchnie skóry jakąś szybko parującą cieczą (np. alkoholem), będziecie odczuwać przyjemny chłodek w tym miejscu.

Paradoksalnie, większym problemem mogą być oparzenia. Na Ziemi, gruba warstwa atmosfery w miarę skuteczny sposób chroni nas przed szkodliwym promieniowaniem ultrafioletowym Słońca. W kosmosie, nie ma tego komfortu.

Gotująca się krew

Temperatura wrzenia cieczy w próżni jest znacznie niższa niż na powierzchni Ziemi. Zależy ona od ciśnienia otoczenia. Im ciśnienie mniejsze – tym temperatura wrzenia mniejsza. Pewnym charakterystycznym punktem, jest tzw. linia Armstronga. Jest to wysokość, na której ciśnienie powietrza jest tak niskie, że czysta woda wrze w temperaturze ludzkiego ciała. Jest to około 19km nad powierzchnią Ziemi[5]. A im wyżej, tym gorzej, temperatura wrzenia spada wraz z wysokością.

Dlatego, osoba znajdująca się w próżni, będzie odczuwać dziwne bulgotanie we wszystkich miejscach gdzie znajdują się luźne ciecze. Na przykład ślina na języku, czy pot na powierzchni skóry.

Natomiast nie dotyczy to cieczy znajdujących się pod ciśnieniem. Takich jak krew w żyłach. Ta będzie jeszcze spokojnie płynąć, przynajmniej do momentu kiedy ustanie praca serca[6]. Ale wtedy już i tak jest po wszystkim.

Ludzie wystawieni na działanie próżni

Historia zna kilka przypadków, gdy człowiek przebywał w warunkach zbliżonych do przestrzeni kosmicznej. Jedne zakończyły się lepiej, inne gorzej.

Awaria kombinezonu

W 1966 roku, technik NASA - Jim LeBlanc testował w komorze próżniowej prototyp kombinezonu kosmicznego, stworzonego na potrzeby misji Apollo[7]. Wąż, który doprowadzał powietrze do kombinezonu, niespodziewanie się odłączył. W ciągu kilku sekund ciśnienie znacznie spadło. LeBlanc stracił przytomność po 12-15 sekundach[6]. Kiedy obsługa zorientowała się co się stało, natychmiast zaczęto przywracać normalne ciśnienie, cały proces zajął niecałe 90 sekund. LeBlanc odzyskał przytomność po kilku minutach, jedyną dolegliwość którą odczuwał był ból ucha.

Później wspominał:[8]

Gdy przewróciłem się do tyłu, mogłem poczuć, że ślina na moim języku bulgocze, po czym straciłem przytomność. To ostatnia rzecz którą pamiętam.

Jim LeBlanc, Moon Machines Part 5: The Space Suit Science Channel

Katastrofa Sojuza 11

30 czerwca 1971 roku, statek Sojuz 7K-OK wracał ze stacji orbitalnej Salut 1. Gdy po automatycznym lądowaniu, obsługa naziemna otworzyła właz lądownika okazało się, że wszyscy trzej członkowie załogi już nie żyją.

Ustalono, że podczas procesu odłączenia modułu serwisowego statku, od lądownika. Ładunki wybuchowe które miały tego rozłączenia dokonać, odpaliły jednocześnie, a nie sekwencyjnie jak zaplanowano. Większa niż normalnie eksplozja, spowodowała uszkodzenie zaworu wyrównującego ciśnienie wewnątrz statku z ciśnieniem atmosferycznym. W efekcie ten otworzył się nie w atmosferze (na wysokości 5km), ale znacznie wcześniej (na wysokości 168km)[9], [10].

W ciągu 30 sekund ciśnienie wewnątrz lądownika spadło do wartości krytycznych dla człowieka i spadało dalej, aż do momentu wejścia w atmosferę. Ale wtedy było już za późno, wszyscy astronauci (Gieorgij Dobrowolski, Wiktor Pacajew, Władisław Wołkow) już nie żyli.

Od tego wypadku, standardową procedurą stało się zakładanie skafandrów kosmicznych podczas procesu lądowania.

Częściowe rozszczelnienie kombinezonu

Joseph Kittinger miał wykonać skok spadochronowy z górnych warstw atmosfery (31,3 km). Działo się to 16 sierpnia 1960 roku. Podczas wnoszenia się balonem na założoną wysokość, zauważył że rozszczelniła się jego prawa rękawica. Mimo świadomości możliwych konsekwencji, zdecydował się kontynuować lot oraz nie informować o tym obsługi naziemnej[6].

Jego ręka spuchła, niemal dwukrotnie powiększając swoje rozmiary[11], uniemożliwiając obsługę ekwipunku, oraz powodując gigantyczny ból. Z drugiej strony, spuchnięta ręka zatkała nieszczelność w kombinezonie, zatrzymując odpływ powietrza.

Cały lot zakończył się sukcesem, Joseph Kittinger wykonał skok ustanawiając rekord wysokości, który został pobity dopiero w 2012 roku przez Felixa Baumgartnera[12].

Spuchnięta ręka powróciła do swoich normalnych rozmiarów 3 godziny po lądowaniu.

Podobna historia, jednak już na mniejszą skalę miała miejsce podczas misji STS-37 promu Atlantis w 1991 roku. W trakcie spaceru kosmicznego doszło do małego rozszczelnienia kombinezonu u jednego z astronautów. Spostrzegł to dopiero po powrocie do promu, kiedy zauważył niewielką, bolącą ranę między kciukiem a palcem wskazującym. Okazało się, że skóra i krew zatkały niewielką nieszczelność w kombinezonie, dzięki temu nic strasznego się nie stało[13]. Jak widać, ludzkie ciało ma własny mechanizm uszczelniający kombinezony :).

Przypisy:
  1. Experimental Animal Decompressions to a Near-Vacuum Environment (1965), Richard W. Bancroft, Ph.D. James E. Dunn 11, Captain, USAF, MC
  2. Bioastronautics data book, second edition, Parker, J. F., Jr. West, V. R, (BioTechnology, Inc., Arlington, VA, United States)
  3. The effect on the chimpanzee of rapid decompression to a near vacuum, Alfred G. Koestler
  4. Ask an Astrophysicist: Space Travel
  5. Physiological hazards of flight at high altitude, Andrew A Pilmanis, PhD William J Sears, PhD
  6. Explosive Decompression and Vacuum Exposure, Geoffrey A. Landis
  7. Jim LeBlanc Survives Spacesuit Vacuum Test Gone Wrong, Merryl Azriel
  8. Moon Machines Part 5: The Space Suit, fragment (youtube)
  9. The Partnership: A History of the Apollo-Soyuz Test Project
  10. The Soyuz 11 Decompression Accident: Death in Space
  11. 20-Year Journey for 15-Minute Fall, Matt Higgins, The New York Times
  12. Records | World Air Sports Federation
  13. STS-37 Space Shuttle Mission Report
Ilustracje:
  1. Ilustracja tytułowa: The Sun's Glint Reflects Off the Pacific Ocean, NASA