Painottomuuden eli nollapainon tunne syntyy, kun painovoiman vaikutuksia ei tunneta. Teknisesti ottaen painovoima on olemassa kaikkialla maailmankaikkeudessa, koska se määritellään voimaksi, joka vetää kahta kehoa puoleensa. Mutta astronautit avaruudessa eivät yleensä tunne sen vaikutuksia.

Esimerkiksi kansainvälinen avaruusasema on jatkuvassa vapaassa pudotuksessa Maan yläpuolella. Sen eteenpäin suuntautuva liike on kuitenkin juuri ja juuri yhtä suuri kuin sen “putoamisnopeus” kohti planeettaa. Tämä tarkoittaa, että sisällä olevia astronautteja ei vedetä mihinkään tiettyyn suuntaan. Niinpä he leijuvat.

Että ei tarvitse kantaa painoa jaloillaan, kuulostaa rentouttavalta, mutta pitkällä aikavälillä siihen liittyy monia terveysongelmia. Luut ja lihakset heikkenevät, ja kehossa tapahtuu myös muita muutoksia. Yksi ISS:n tehtävistä on tutkia, miten astronauttien terveyteen vaikuttavat pitkät painottomuusjaksot.

Painottomuuden kokeminen

Maan ei tarvitse lähteä Maasta päästäkseen (hetkeksi) irti painovoiman siteistä. Jokainen, joka on noussut mäen huipulle nopeassa vuoristoradassa tai istunut pienessä lentokoneessa, jota tuuli työntää yhtäkkiä alaspäin, on kokenut lyhytaikaisesti painottomuuden.

Kestävämmät jaksot ovat mahdollisia lentokoneissa, jotka lentävät paraabelia. Esimerkiksi NASA:n Reduced Gravity Flight -ohjelmassa lentokoneet lentävät noin 30-40 paraabelin sarjassa, jotta tutkijat voivat tehdä kokeita koneessa. Jokainen nousu tuottaa noin kaksinkertaisen painovoiman 30 sekunnin ajan. Kun lentokone, jota kutsutaan myös “oksennuskomeetaksi”, koska se aiheuttaa joissakin matkustajissa pahoinvointia, saavuttaa paraabelin huipun ja laskeutuu, matkustajat tuntevat mikropainovoimaa noin 25 sekunnin ajan. (Jos haluat kokea tämän itse, Zero G Corp:n kaltaiset yritykset tarjoavat painottomia ilomatkoja lentokoneissa, tietysti maksua vastaan.)

Apollo 13 -elokuvan kuvausryhmä ja näyttelijät viettivät tunteja lentokoneessa, joka lensi paraabelilentoja kerta toisensa jälkeen. Tämä mahdollisti sen, että näyttelijät todella “leijuivat” elokuvan avaruusaluksessa ollessaan sen sijaan, että he olisivat olleet riippuvaisia hankalista vaijereista.

Astronautit kuitenkin kokevat painottomuutta paljon pidempiä aikoja. Pisin yhtäjaksoinen avaruudessa vietetty aika tapahtui vuosina 1994-95, jolloin Valeri Poljakov vietti avaruudessa lähes 438 päivää.

Jopa muutama päivä avaruudessa voi aiheuttaa tilapäisiä terveysongelmia, kuten Heidemarie Stefanyshyn-Piper huomasi vietettyään kaksi viikkoa avaruudessa STS-115:n aikana vuonna 2006. Laskeutumisen jälkeisessä lehdistötilaisuudessa Piper lyyhistyi, koska hän ei ollut vielä täysin sopeutunut painovoimaan.

Tilapäiset terveysvaikutukset

Painottomuus saa useat elimistön keskeiset järjestelmät rentoutumaan, kun se ei enää taistele painovoiman vetoa vastaan. Astronauttien aisti ylös ja alas menee sekaisin, NASA:n mukaan, koska vestibulaarijärjestelmä ei enää osaa selvittää, missä maa ja katto ovat. Avaruusalusten suunnittelijat ottavat tämän huomioon; esimerkiksi ISS:n kaikki kirjoitukset seinillä osoittavat samaan suuntaan.

Miehistön jäsenet kokevat häiriöitä myös proprioseptiikassaan, joka kertoo, missä käsivarret, jalat ja muut ruumiinosat ovat suhteessa toisiinsa. “Ensimmäisenä yönä avaruudessa, kun olin vaipumassa uneen”, eräs Apollo-astronautti kertoi NASA:n haastattelussa, “tajusin yhtäkkiä, että olin menettänyt… käsivarteni ja jalkani. Kaikesta mitä mieleni pystyi sanomaan, raajani eivät olleet siellä.”

Tämä eksymys voi aiheuttaa astronauteille pahoinvointia muutamaksi päiväksi. Yksi kuuluisa esimerkki tapahtui Apollo 9:n aikana vuonna 1969. Rusty Schweickart joutui muuttamaan suunniteltua avaruuskävelyä, koska hän tunsi itsensä huonovointiseksi. Huolena oli, että jos hän oksentaisi avaruuspuvussaan, neste voisi levitä kypärän läpi (vaikeuttaen näkemistä) tai häiritä hengityslaitetta ja aiheuttaa mahdollisen tukehtumisen kuolemaan.

Avaruusalukset on myös suunniteltava siten, että niissä otetaan huomioon mikrogravitaatio. Esimerkiksi avaruuskävelyjen aikana astronautit tarvitsevat ylimääräisiä käsi- ja jalkatukia avaruusaluksen ulkopinnalla, jotta he voivat ankkuroida itsensä eivätkä leiju pois. (Astronautit kiinnittyvät niihin myös köysillä siltä varalta, että he menettävät otteensa.)

Pitkän aikavälin terveysvaikutukset

Avaruudessa viikoista kuukausiin viettäneet astronautit voivat ajautua ongelmiin. Luissa oleva kalsium erittyy ulos virtsan kautta. Kun luut heikkenevät, astronautit ovat alttiimpia murtumaan, jos he liukastuvat ja kaatuvat, aivan kuten osteoporoosia sairastavat ihmiset. Myös lihakset menettävät massaansa.

Mutta aika kansainvälisellä avaruusasemalla on auttanut NASAa tekemään tutkimuksia siitä, miten painottomuudessa vietetty aika vaikuttaa astronauttien terveyteen. Virasto on jo tehnyt muutoksia. Se esimerkiksi korvasi väliaikaisen resistiivisen harjoituslaitteen (iRED) kehittyneellä resistiivisellä harjoituslaitteella (Advanced Resistive Exercise Device) vuonna 2008, jolloin astronautit voivat tehdä painonnostoa “maksimipainonsa” ylittämättä. ARED on yhdistetty parempiin tuloksiin luuntiheydessä ja lihasvoimassa, vaikka kaikkia johtopäätöksiä avaruudessa on vaikea tehdä (yleisesti ottaen), koska astronauttipopulaatio on jo valmiiksi hyväkuntoinen ja erittäin pieni.

Avaruuslentäjillä on tyypillisesti varattu kahden tunnin liikunta-aika päivässä avaruudessa näiden vaikutusten vastapainoksi; tämä aika ei sisällä vain sydän- ja verenkiertoharjoittelua ja painon nostoa vaan myös aikaa vaatteiden vaihtoon ja välineiden pystyttämiseen tai purkamiseen. Liikunnasta huolimatta Maassa sopeutuminen kestää kuukausia tyypillisen kuuden kuukauden avaruuslennon jälkeen. Viime aikoina lääkärit ovat havainneet silmänpaineen muutoksia kiertoradalla. NASA on seurannut avaruusasemalla olleiden astronauttien näkömuutoksia, mutta ne eivät ole olleet niin vakavia, että ne olisivat aiheuttaneet huolta. Sen syytä tutkitaan edelleen, vaikka yksi mahdollinen syyllinen on selkäydinneste, joka pysyy vakiona mikrogravitaatiossa sen sijaan, että se siirtyisi normaalisti Maassa, kun ihminen makaa tai nousee seisomaan. Selkäydinnesteen lisäksi vuonna 2017 tehdyssä tutkimuksessa seurattiin muutoksia sekä lyhyen että pitkän matkan astronauteilla. Joissakin tutkimuksissa huomautetaan myös, että astronautit kokevat asemalla hieman kohonneen hiilidioksidipitoisuuden suodatusjärjestelmän vuoksi; tämä kaasu voi myös vaikuttaa silmäongelmiin.

NaSan entinen astronautti Scott Kelly osallistui harvinaiseen, vuoden mittaiseen tehtävään kansainvälisellä avaruusasemalla vuosina 2015-16. Hänen kaksoisveljensä ja entinen NASA:n astronautti Mark (joka jäi eläkkeelle ennen Scottia) suostui osallistumaan Scottin kanssa useisiin “kaksoiskokeisiin”, joiden tarkoituksena oli verrata Scottin terveyttä avaruudessa Markin terveyteen maassa.

Ensimmäiset tulokset yhdestä lokakuussa 2017 julkaistusta tutkimuksesta osoittivat, että erilaiset geenit kytkeytyvät päälle tai pois päältä avaruudessa. Myös muut aiemmin samana vuonna käsitellyt tutkimukset paljastivat hienovaraisia muutoksia. Esimerkiksi telomeerit (jotka hidastavat kromosomien rappeutumista) Scottissa pidentyivät tilapäisesti avaruudessa. Scottin kognitiiviset kyvyt (ajattelun nopeus ja tarkkuus) ja luunmuodostus heikkenivät myös hieman, vaikkakaan eivät riittävästi ollakseen huolestuttavia.

Mikrogravitaatiossa tehtyjen terveyskokeiden parissa työskentelevät tiedemiehet huomauttavat, että usein kiertoradalla havaitut muutokset jäljittelevät sitä, mitä tapahtuu ihmisten luonnollisessa vanhenemisessa, vaikka prosessit ovatkin usein erilaisia. Joukko kanadalaisia tutkijoita – joista osalla on asiantuntemusta avaruuslääketieteestä – pääsee Waterloon yliopistossa sijaitsevaan ikääntyneiden pitkäaikaiseen terveyskeskukseen. Siellä tutkijat voivat mitata vanhuksia heidän asunnoissaan sen sijaan, että heidät tuotaisiin laboratorioon, jossa olosuhteet ovat keinotekoiset ja voivat peittää tai liioitella tiettyjä terveysongelmia.