1997 metų birželis. Apie 350 kilometrų aukštyje virš Žemės Rusijos siunčiamas atsargų tiekimo erdvėlaivis „Progres“ pradeda artintis prie „Mir“ kosmoso stoties. Bet „Mir“ radaras sugenda. Turintys vien vidinę kamerą, rankinius atstumo matuoklius ir savo akis, „Mir“ kosmonautai stengiasi išvysti artėjantį erdvėlaivį.
Norėdami geresnės apžvalgos, jie juda tarp stoties modulių. Tačiau pradeda jausti dezorientaciją. Kai kosmonautai pagaliau pastebi „Progresą“, jis jau per arti ir juda per greitai. Tiekimo erdvėlaivis įsirėžia į „Mir“, perplėšia saulės elementų skydą, pramuša skylę viename modulyje ir išhermetina visą stotį.
Kas nutiko? Pasak Charleso Omano iš MIT Žmonių judėjimo priemonių laboratorijos, tai galėjo būti klasikinis sumišimo, sukelto kosminės kelionės, atvejis. Jo simptomai pasireiškia proto neryškumu, keistomis regėjimo iliuzijomis, erdvine dezorientacija ir netgi kūno ir smegenų savęs pajautimo disociacija.
Laimei, per „Mir“ avariją niekas nežuvo, bet tokios problemos gali tapti tik pavojingesnės, ruošiantis vis ilgesniems skrydžiams. „Tai buvo rimtas incidentas, – sako C.Omanas. – Jis sukėlė grėsmę įgulos narių gyvybėms ir kosmoso stoties vientisumui.“
Pirmieji eksperimentai
Pranešimai apie „kosmoso kvailumą“ ar „kosmoso rūką“, kaip kartais vadinamas sumišimo jausmas, žinomi jau mažiausiai du dešimtmečius. „Tai yra gerai ištreniruoti, labai motyvuoti profesionalai, tad jeigu jie teigia, kad jų suvokime vyksta pokyčiai, tai reikia priimti rimtai“, – pastebi Davidas Dingesas, studijuojantis nulinės gravitacijos poveikį nervų sistemai Pensilvanijos universitete Filadelfijoje.
Žemėje vykdomos skrydžių simuliacijos, pavyzdžiui, „Mars 500“ projektas, vykdytas Maskvoje, gali ištirti ilgos izoliacijos kosminės kelionės metu sukeltus psichologinius poveikius, bet jie menkai nagrinėja kitus protą trikdančius kosminių kelionių efektus. Todėl daugelis tyrėjų kyla aukštyn, naudoja specialiai sukurtus lėktuvus nesvarumui sukelti ir tyrinėja gravitacijos nebuvimo poveikį smegenims. Kartu su tikrų kosminių skrydžių stebėjimų duomenimis, stengiamasi palengvinti „kosmoso rūko“ simptomus ir galbūt išvengti katastrofos.
Žinoma, dalis sumišimo kyla dėl kosminių kelionių psichinio ir fizinio streso. Nuo pat atsiplėšimo momento astronautų kūnus užplūsta įvairūs nemalonūs pojūčiai – nuo raketos variklių riaumojimo iki sinusų užsikimšimo ir žybsnių akyse, kai kosminiai spinduliai patenka į tinklainę. Dar reikia susidoroti su funkcionavimo visu efektyvumu iššūkiu svetimoje aplinkoje, kai sutrikdomas miego ritmas ir ore daug angliarūgštės.
Nors neabejojama, kad visi šie faktoriai gali sujaukti astronautų protus, ar pats gravitacijos nebuvimas gali slypėti už kai kurių proto sutrikimų aspektų? Žemėje pusiausvyrą padeda palaikyti vestibiuliarinis aparatas – jutiklinių struktūrų rinkinys vidinėje ausyje, labai jautrus gravitacijos pokyčiams. Jo nervai siunčia signalus akims ir raumenims, tačiau jis yra sujungtas ir stulbinančiu skaičiumi smegenų sričių, tarp jų ir su sritimis, esminėmis žmogaus suvokimui. „Kam vestibiuliariniams nervų lankams būti smegenų žievėje, jeigu jie neatlieka jokios funkcijos?“ – klausia Fredas Mastas iš Berno universiteto Šveicarijoje.
Vestibiuliarinės sistemos trikdymas, regis, tikrai keičia žemiečių mąstymą. Pavyzdžiui, F.Mastas su kolegomis atrado, kad pakreipus žmones 135 laipsnių kampu, jų gebėjimas atpažinti veidus sutrinka taip, kad jie nebesugeba pastebėti keistų iškraipymų atvaizduose. Kiti eksperimentai parodė, kad žmonių pusiausvyros sutrikdymas vidinės ausies nervų stimuliavimu gali iškrėsti pokštų su jų atmintimi ir gebėjimu įsivaizduoti vaizdą kitu rakursu.
Jei sutrikdytas pusiausvyros jausmas turi tokį poveikį Žemėje, tai kas gali nutikti kosmose? Prieš du dešimtmečius Gillesas Clementas su kolegomis iš Nacionalinio mokslinių tyrimų centro Tulūzoje, Prancūzijoje, paprašė astronautų užmerktomis akimis užrašyti savo vardus horizontaliai ir vertikaliai prieš kosminę kelionę ir būnant nesvarume. Paaiškėjo, kad raidės, parašytos kosmose yra mažesnės, ypač vertikalia kryptimi, o didžiausias pokytis buvo pirmas tris misijos dienas.
Vėliau, dešimto dešimtmečio pabaigoje, tyrėjai paprašė dviejų astronautų, skriejančių erdvėlaiviu „Discovery“ užrištomis akimis nupiešti kubus. Kai astronautai buvo kosmose, horizontalios linijos buvo ilgesnės, nei vertikalios. Komanda priėjo išvadą, kad gravitacijos nebuvimas veikia smegenų supratimą apie vertikalų matmenį
Nėra viršaus ar apačios
Neseniai G.Clemento komanda tyrė Macho kvadrato-deimanto vaizdo iliuziją, kurioje linijos atrodo deimanto formos, stovint tiesiai, ir kaip kvadratas, jei galva pakreipiama. Tai rodo, kad mūsų vizualinė sistema nustato objekto formą remdamasi gravitacijos kryptimi. Bet jeigu viršaus ar apačios nėra?
Siekdami sukurti nesvarumą pigiau, nei kainuoja kosminė kelionė, tyrėjai pasinaudojo paraboliniu skrydžiu, kai lėktuvas pirmiausia kyla viršun – sukurdamas maždaug 1,8 G jėgą – ir tada maždaug 20 sekundžių būna laisvojo kritimo būsenoje, kai keleiviai patiria beveik visišką nesvarumą. Tokiomis sąlygomis žmonės daug dažniau kvadrato formą laikė vaizduojančia deimantą, taip patvirtindami išvadą, kad gravitacija – ar tiksliau, jos nebuvimas – gali keisti būdą, kuriuo smegenys interpretuoja akių gaunamus vaizdus.
Silpna gravitacija netgi gali pakeisti astronautų sugebėjimą kurti vaizdus mintyse. Per parabolinius skrydžius Mastas ir Luzia Grabherriai, taip pat iš Berno universiteto, rodė tiriamiesiems subjektams įvairius piešinius, vaizduojančius kūnus su ištiesta ranka, arba plaštaką su išskėstais pirštais. Jų buvo prašoma nuspręsti, kurios pusės tai ranka ar plaštaka – kairės ar dešinės, o tam reikia mintyse pasukti vaizdą. Ant žemės tai atlikti lengva, tačiau esant mikrogravitacijai, tai užtruko daug ilgiau.
Svarbiausia tai, kad savanoriams nekilo sunkumų mintyse pasukti abstrakčius objektus, ne kūno dalis. „Tai duoda užuominą, kad nesvarumas veikia vienas suvokimo funkcijas, bet ne kitas“, – pažymi M.Grabherris.
Nesunku įsivaizduoti, kaip toks poveikis gali pasiimti savo duoklę kosminės misijos metu, kai pilotuojant kosminį laivą astronautams reikia aukščiausio lygio vizualinio ir erdvinio suvokimo. Pavyzdžiui, „Apollo“ misijų įgulos pranešė, kad vairuojant mėnuleigius jie dažnai neteisingai įvertindavo įkalnių statumą ir kartais atrodydavo, kad mėnuleigiai apsivers, dėl to reikėdavo judėti lėčiau.
Dar blogiau, mikrogravitacija gali sukelti dezorientuojančias iliuzijas, galinčias visiškai iškreipti astronautų aplinkos supratimą. Vienas pilotas pranešė, kad vos pabudęs ir atitraukęs nuo iliuminatoriaus užuolaidas jis pamatė, jog Žemės nebebuvo ten, kur ji buvo einant miegoti. Tai sukėlė vadinamąją vizualinės reorientacijos iliuziją (VRI), kai astronautui atrodo, kad aplinkiniai paviršiai apsivertė – lubos tampa grindimis, kairė pusė – dešine. „Jautiesi panašiai, kaip Alisa, atsidūrusi kitoje veidrodžio pusėje“, – sako C.Omanas.
Visiškai dezorientuotą pilotą supykino. Be fizinio diskomforto, šis jausmas gali sukelti rimtas klaidas, priduria C.Omanas: „Labiau tikėtina, kad pasuksite rankenėlę ne į tą pusę, ar daiktų sieksite ne ten, kur prisimenate juos esant.“
Kiti astronautai pranešė apie susijusius reiškinius, vadinamąją inversijos iliuziją, kai jie jaučiasi esą aukštyn kojomis. Tai truputį skiriasi nuo VRI – tada astronautams atrodo, kad pasikeitė aplinka, nors jų pačių kūnas išliko žemyn kojomis.
Kas tai sukelia?
Negaudamos signalų iš vestibiuliarinės sistemos, smegenys turi pasikliauti aplinkos vaizdais, kad galėtų nustatyti, kur yra viršus ir kur – apačia. Kai tokios užuominos būna nevienareikšmės, ar atrodo netikėtai kintančios, smegenys iš naujo nusprendžia savo santykinę poziciją aplinkos atžvilgiu – ir astronautą ištinka vizualinės reorientacijos iliuzija.
Inversijos iliuzija yra rimtesnė, nes buvimo aukštyn kojomis jausmas išlieka netgi užsimerkus. Omanas mano, kad tai gali būti nulinės gravitacijos sukeliamų fiziologinių pokyčių šalutinis poveikis. Kai trauka neveikia kūno skysčių, jie susikaupia liemenyje ir galvoje. Todėl astronautų veidai patinsta, o kojose kraujo pritrūksta – tokius pokyčius smegenys gali susieti su buvimu aukštyn kojomis.
Gali būti ir egzotiškesnis paaiškinimas, sako Isabelle Viaud-Delmon iš Nacionalinio mokslinių tyrimų centro Paryžiuje, Prancūzijoje. Ji mano, kad inversijos iliuzijos susijusios su buvimo už kūno ribų pojūčiu (angl. out of body experiences, OBE), kai žmonės Žemėje staiga pajunta, kad jų regos laukas pasisuko 90 laipsnių ar visai aukštyn kojomis. Nustatyta, kad šiuos reiškinius sukelia klaidos smegenų temporoparietalinėje jungtyje (TPJ), siejančioje vestibiuliarinio aparato signalus su vizualine informacija ir signalais iš sąnarių, sausgyslių ir raumenų.
I.Viaud-Delmon įtaria, kad nulinė gravitacija gali sukelti panašų TPJ veiklos sutrikdymą – todėl lengviau pajusti OBE ir susijusius reiškinius. Norėdama patikrinti savo hipotezę, ji atlieka gerai žinomų kūno iliuzijų tyrimus skrydžio sąlygomis, kai tyrėjai apgaudinėja smegenų jutiminius lankus, siekdami įtikinti subjektą, kad jis įsikūnijęs į virtualų kūną už kelių metrų nuo asmens tikrosios buvimo vietos. Eksperimentas dar vyksta, bet ji mano, kad gali nuspėti jo baigtį: „Išbandžiau tai parabolinime skrydyje, ir tai gana stipru.“
Ieško sprendimo
Nors šių keistų iliuzijų šaltinio efekto išsiaiškinimas patenkins mokslinį smalsumą, astronautams svarbu sumažinti „kosminio apsiblausimo“ keliamą riziką.
Yra keletas galimų sprendimų. Pavyzdžiui, paprasta gelbėjimo liemenė su pritaisytu oro maišu galėtų padėti jiems neprarasti orientacijos. Pasak G.Clemento komandos, pripūstas oro maišas mechaniškai spaudžiantis krūtinę, padėdavo savanoriams parabolinio skrydžio metu efektyviau vertinti savo erdvinę orientaciją.
Davidas Dingesas sukūrė ankstyvojo įspėjimo sistemą, nustatančią, ar astronautų suvokimas yra sutrikęs. Jo psichomotorinio budrumo testas stebi reakcijos laiko pokyčius, nes tai parodo proto sumišimą, siejamą su „kosminiu rūku“. Sistema yra įdiegta visuose TKS kompiuteriuose ir D.Dingesas renka duomenis iš TKS dirbančių astronautų.
Tyrimai turėtų parodyti, ar astronautų suvokimo gebėjimai menksta dėl ilgo buvimo kosmose, ar jie galiausiai prisitaiko prie nulinės gravitacijos ir juos atgauna. Nors pastarasis variantas atrodo lyg gera naujiena, tai nebūtinai tinka misijai į Marsą. Jei astronautas prisitaiko prie nulinės gravitacijos skrisdamas, jo laukia staigus iššūkis atvykus į Raudonąją planetą, kurios trauka yra 3/8 Žemės traukos. Niekas nežino, kaip toks staigus pasikeitimas paveiks astronautų gebėjimą pilotuoti ir nutupdyti aparatą.
Yra požymių, kad tai nebus lengva. BISE projektas, vykdomas bendradarbiaujant NASA astronautams Tarptautinėje kosmoso stotyje ir tyrėjams iš Jorko universiteto Toronte, Kanadoje, parodė, kad astronautų gebėjimą atskirti viršų nuo apačios pažeidžia ilgas nesvarumas. Tai pasireiškia negi praėjus pusmečiui nuo grįžimo į Žemę. Iš rezultatų, pateiktų aštuntajame Vestibiuliarinių tyrimų simpoziume 2011 metų balandį Hiustone, Teksase, susidaro įspūdis, kad astronautai, nusileidę Marse, gali patirti panašių sunkumų.
Vienas iš galimų sprendimų Marso misijoms būtų kelionės metu sukti astronautus centrifugose. Taip būtų sukuriama dirbtinė gravitacija, padedanti prisitaikyti prie sąlygų nusileidus. Galėtų suktis netgi visas erdvėlaivis (kaip filme „2001: A Space Odyssey“), tačiau tokią technologiją būtų sunku įgyvendinti.
Gal skamba neįtikėtinai, bet laikui bėgant ir sužinant vis daugiau apie protą drumsčiančius nesvarumo poveikius, toks sprendimas gali tapti tikrove. Kaip žino „Mir“ kosmonautai, kosminis apsiblausimas gali smogti pačiu svarbiausiu momentu. Tąsyk nuo katastrofos išgelbėjo sėkmė. Bet būtų kvaila pasikliauti ja ir antrą kartą.
Navigacija vaikščiojimui Mėnulyje
Astronautų erdvinė dezorientacija gali tapti didele problema būsimose Mėnulio ir Marso misijose. „Apollo 14“ astronautai, nuėję Mėnulyje du kilometrus, tapo tokie dezorientuoti, kad nesugebėjo pasiekti Kūgio kraterio, kol nepasibaigė ištekliai. Taip galėjo nutikti dėl silpnos traukos, kuri gali pabloginti smegenų vizualinius ir erdvinius sugebėjimus.
Todėl Charlesas Omanas su kolegomis sukūrė Mėnulio astronautų erdvinės orientacijos ir informacijos sistemą (angl. Lunar Astronaut Spatial Orientation and Information System, LASOIS). Ji sujungs informaciją, gaunamą iš aplink Mėnulį skriejančių palydovų kamerų ir aukštimačių, su astronautų nešiojamų jutiklių (poros vaizdo kamerų ant krūtinės, astronauto pėdų padėtį stebinčių prietaisų ir ant šalmo primontuotos žvaigždžių sekimo kameros) duomenimis. Ši informacija, pateikiama ant riešo pritaisytame ekrane, padės astronautui susigaudyti vietovėje.
Sistema buvo išbandyta 4,8 kilometrų kelionėje Žemės vietovėse, panašiose į Mėnulio paviršių. Ji padėjo dalyviams baigti kelionę vos už 200 metrų nuo numatyto finišo taško. Tyrimo rezultatai buvo pristatyti 2011 metų kovą Mėnulio ir planetų mokslo konferencijoje Teksase.
