Hoe gewichtloosheid het lijf beïnvloedt, weten we. Maar wat gebeurt als een mens maanden in extra zwaartekracht leeft? Onderzoeker Jack van Loon wil een grote centrifuge bouwen om daarachter te komen.
Stel dat de zwaartekracht op aarde plotseling iets toeneemt. Dan wordt het zwaarder om je voeten op te tillen en kun je wat duizelig worden, omdat je hart meer moeite heeft bloed rond te pompen. Klinkt niet prettig, maar volgens Jack van Loon, zwaartekrachtonderzoeker bij de Europese ruimtevaartorganisatie ESA, kan een beetje meer zwaartekracht weleens positief uitpakken voor het menselijk lichaam. Alleen hoe bewijs je dat?
‘Om te weten hoe zwaartekracht fysiologische processen beïnvloedt, moet je het op dezelfde manier bestuderen als andere waarden zoals temperatuur of druk’, zegt Van Loon. ‘Daarvoor kijk je zowel wat er gebeurt als de zwaartekracht toeneemt als wanneer die afneemt ten opzichte van de zwaartekracht op aarde.’
Thomas Hertog werkte samen met Stephen Hawking en onderzoekt de oerknal
Tijd en natuurwetten zijn voortgekomen uit de oerknal, in een chaotisch proces van toevalligheden, zegt theoretisch natuurkun ...
Zon zwaartekrachtkampioen
Hoe zwaartekracht precies ontstaat, daar zijn onderzoekers nog niet uit. Maar dat kleinere objecten naar grotere toe bewegen, is een gegeven uit de praktijk. Daarom is er meer zwaartekracht op aarde dan op Mars, maar minder dan op Jupiter en verslaat de zon alle andere hemellichamen in ons zonnestelsel.
Het is een misverstand dat in de ruimte geen zwaartekracht heerst. Het gevoel van gewichtsloosheid ontstaat tijdens ruimtemissies, doordat de raket zich in een voortdurende vrije val bevindt, waardoor alles binnen de raket dezelfde snelheid krijgt en gaat zweven. Gewichtloosheid ervaar je ook wanneer je in een kermisattractie een vrije val maakt en dus geen tegendruk meer krijgt van je stoel die in dezelfde vaart de aarde nadert.
Hoe afhankelijk we zijn van zwaartekracht, blijkt wel uit studies die zijn uitgevoerd bij mens en dier onder gewichtsloze condities. Muizenjongen die in de ruimte geboren werden, zweefden bijvoorbeeld steeds bij hun moeder vandaan. En astronauten die het maanden zonder zwaartekracht moesten doen, kregen soortgelijke verschijnselen als de ouder wordende mens: verzwakte weerstand, botontkalking en verlies van spiermassa.
Veel minder bekend is echter wat extra zwaartekracht met ons doet. Mensen zijn tot nu toe hooguit enkele uren blootgesteld aan een beetje extra zwaartekracht. Over de langetermijneffecten zijn wel ideeën gevormd op basis van dierstudies. Deze lijken tegengesteld aan de verschijnselen van verminderde zwaartekracht. ‘Ook zagen we een verband tussen verhoogde zwaartekracht en vetverlies,’ zegt Van Loon.
Human Hypergravity Habitat
De onderzoeker wil de zwaartekracht kunstmatig opvoeren door een grote centrifuge te bouwen, de zogenaamde Human Hypergravity Habitat (H3), en daar een man of acht een paar maanden in laten wonen. De draaiende beweging van de centrifuge zorgt voor verhoogde zwaartekracht. Het werkt op dezelfde manier als de ‘theekopjes’ op de kermis die om hun eigen as draaien, waardoor je tegen de rugleuning wordt gedrukt.
Om te voorkomen dat je het gevoel hebt de hele dag in de draaimolen te zitten, moet de diameter van de centrifuge zo groot mogelijk zijn. Het ontwerp van H3 heeft een doorsnede van zo’n 175 meter en een draaisnelheid van 167 kilometer per uur, waarmee het een zwaartekracht van 1,5 g creëert. Ter vergelijking: de normale zwaartekracht op aarde is 1 g. ‘In het begin zullen mensen een beperkte draaiing voelen, maar na verloop van tijd zijn ze zich daarvan niet meer bewust.’
Met H3 kun je bijvoorbeeld onderzoeken wat het effect is van extra zwaartekracht op patiënten met obesitas, spierziekten of ouderdomskwalen. Daarnaast is het interessant om te testen of topsporters profiteren van trainingen met een verhoogd lichaamsgewicht. ‘Vergelijk het met Superman’, zegt Van Loon. ‘Hij kan zo ver springen, omdat hij van een planeet met meer zwaartekracht komt.’
Lichamelijke klachten
H3 kan ook ingezet worden bij ruimtemissies. ‘Een overgang van 3 g naar 1 g geeft in grote lijnen dezelfde fysiologische effecten als de overgang van aardse zwaartekracht naar gewichtsloosheid. Op die manier kun je goed bestuderen hoe snel het lichaam zich aan relatief verminderde zwaartekracht aanpast. En wanneer de astronauten door blootstelling aan extra zwaartekracht reserves opbouwen, ervaren ze wellicht minder negatieve effecten van gewichtloosheid tijdens de reis naar Mars,’ zegt Van Loon. Maar het is ook denkbaar dat er een tegenovergesteld effect optreedt en er juist meer lichamelijke klachten ontstaan als de overgang van zwaartekracht naar gewichtloosheid groter wordt gemaakt.
Genoeg redenen om uit te zoeken wat de mogelijkheden en beperkingen zijn van verhoogde zwaartekracht op het fysiek gestel.
Altijd op de hoogte blijven van het laatste wetenschapsnieuws? Meld je nu aan voor de New Scientist nieuwsbrief.
Lees ook: