La microgravità nell’orbita terrestre bassa rappresenta un contesto particolarmente impegnativo per il corpo umano. Gli effetti su astronauti sono oggetto di continua ricerca, e per mantenere un livello ottimale di salute, è cruciale che gli astronauti si esercitino regolarmente mentre si trovano a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Sulla Terra, i regimi di fitness sono adattati al nostro peso corporeo. Ma come possono gli astronauti misurare il proprio peso in un ambiente dove la gravità è praticamente assente? A bordo dell’ISS sono presenti due dispositivi in grado di effettuare questa misurazione: il Dispositivo di Misura della Massa Lineare di Accelerazione Spaziale (SLAMMD) della NASA e il Dispositivo di Misura della Massa Corporea (BMMD) sviluppato dalla Russia. Entrambi i dispositivi utilizzano il meccanismo delle molle per calcolare la massa corporea degli astronauti piuttosto che il loro peso.
Peso vs. massa
Il peso di una persona è il risultato della massa moltiplicata per l’accelerazione dovuta al campo gravitazionale. Ad esempio, poiché la gravità sulla Luna è inferiore rispetto alla Terra, gli astronauti dell’Apollo avevano un peso minore mentre camminavano sulla superficie lunare. Tuttavia, se un individuo è sovrappeso sulla Terra, la sua massa corporea in eccesso non scompare semplicemente. Anche se una bilancia lunare fornirebbe un’indicazione diversa rispetto a una sulla Terra, le misurazioni della massa rimarrebbero invariate. Per questo motivo, gli astronauti sull’ISS si concentrano sulla misurazione della massa corporea, piuttosto che del peso.Relativo: Come fanno gli astronauti a utilizzare il bagno nello spazio?
Come gli astronauti misurano la loro massa
Ma qual è il metodo utilizzato dagli astronauti dell’ISS per misurare la propria massa?Utilizzando il principio della seconda legge del moto di Isaac Newton, che stabilisce che l’intensità di una forza è equivalente alla massa spinta da tale forza moltiplicata per l’accelerazione di quella massa quando è sottoposta a tale forza. In forma abbreviata, F = ma.Situato nel laboratorio Columbus, costruito in Europa, il SLAMMD è parte della struttura del Human Research Facility Rack, una raccolta di “cassetti a pannello” contenenti strumenti specializzati. Il SLAMMD è dotato di un robusto “braccio guida”. Per utilizzare il SLAMMD, un astronauta deve avvolgere le gambe attorno all’asse di supporto, allineare il proprio addome sulla piastra addominale e posare la testa o il mento sul poggiatesta. Due molle, alloggiate in uno dei cassetti, vengono rilasciate, e la loro forza spinge il braccio guida contro l’astronauta, facendolo tornare indietro.Un astronauta della NASA, Tom Marshburn, utilizza il Dispositivo di Misura della Massa Corporea nel modulo Zvezda a bordo della Stazione Spaziale Internazionale il 23 dicembre 2012. (Crediti immagine: NASA)La forza esercitata dalle molle è già nota, poiché sono costruite secondo specifiche precise. L’accelerazione dell’astronauta mentre viene spinto indietro è misurata tramite uno strumento ottico che traccia il movimento del braccio guida e la velocità con cui si sposta in un dato intervallo di tempo.L’accelerazione viene calcolata dividendo la variazione di velocità su quella distanza (circa un metro) per il tempo impiegato. Un laptop collegato al SLAMMD può quindi eseguire il semplice calcolo F = ma, determinando la massa corporea dell’astronauta con una precisione di mezzo chilo (0.2 chilogrammi).Il metodo russo impiega il BMMD, presente nel modulo Zvezda della stazione spaziale. Come il SLAMMD, utilizza molle, ma invece di ricevere una spinta unica, un astronauta si accovaccia su di esso (in microgravità, è molto più facile mantenere l’equilibrio) e lo fa oscillare come una giostra, muovendosi su e giù. La velocità con cui oscilla dipende dalla massa dell’astronauta sopra di esso; senza nulla, il BMMD oscilla molto più velocemente. Pertanto, cronometrare il periodo consente di ottenere una buona stima della massa corporea dell’astronauta.(Crediti immagine: NASA)
Perché è importante monitorare la massa corporea degli astronauti
È fondamentale per gli astronauti monitorare la propria massa corporea mentre si trovano nello spazio per garantire che non stiano perdendo troppa massa. Questo perché la microgravità è un ambiente difficile per il corpo umano. Un astronauta perde in media il 1% della densità ossea ogni mese trascorso nello spazio. I muscoli atrofizzano, e il cuore si indebolisce poiché non deve lavorare duramente per pompare il sangue nel corpo dell’astronauta. Per contrastare gli effetti della microgravità, gli astronauti sull’ISS si esercitano per due ore al giorno nella palestra a bordo della stazione spaziale, per mantenere la massa muscolare, la densità ossea e la salute cardiovascolare. La misurazione della massa corporea gioca un ruolo cruciale nel garantire che rimangano in forma e sani.