RYMDRESAN LÄRARHANDLEDNING VISUALISERINGSCENTER.SE

Transkript

1 RYMDRESAN LÄRARHANDLEDNING VISUALISERINGSCENTER.SE

2 UTSTÄLLNINGEN RYMDRESAN Välkommen in i vår utställning rymdresan! Här kommer du, med Christer Fuglesang som guide, att få möjligheten att ta en närmare titt på livet ombord på världens i särklass högst belägna arbetsplats den internationella rymdstationen ISS. Du får även följa med Christer på hans långa resa, från den dagen han blev antagen som ESA-astronaut fram till dess att han blev den första svensken i rymden. Med sina, nästan 27 dygn i rymden och fem rymdpromenader är Christer en av de mest meriterade ESAastronauterna hittills och har därmed varit en stor del i världens största forskningsprojekt. Ett projekt som har bidragit med så mycket mer än någon någonsin kunnat hoppas på. Ett besök i utställningen innebär inte enbart ett djupdyk i livet ombord på en rymdstation, utan blir även ett sätt att beröra olika typer av forskning och utveckling av ny teknik. Utställningen innehåller även delar som behandlar fysikaliska fenomen så som fritt fall, men också hur man med hjälp av olika metoder kan skapa de förutsättningar som krävs för att vi människor ska kunna befinna oss på plats i rymden under längre tidsperioder. En miljö där allt från regelbunden träning till kosthållning spelar stor roll. En miljö där allt från påklädning till olika typer av forskning får helt nya dimensioner. Tanken är att du ska kunna använda dig av innehållet för att antingen förbereda dig inför besöket eller som ett material för efterarbetning. Under arbetet med texterna har vi har haft Lgr 11 som stöd för att säkerställa att materialet har relevans i klassrummet. I materialet finns även ett antal arbetsuppgifter som kan användas innan eller efter besöket hos oss. Arbetsuppgifterna är utav mycket varierande svårighetsgrad och kan användas i sin helhet eller bara som en utgångspunkt i undervisningen. I materialet finner du även förslag på fördjupningsläsning. Vi hoppas att du kommer att ha användning av detta material och att det kommer att förstärka ert besök här hos oss. Utställningen Rymdresan och domproduktionen Rymdresan 3D passar utmärkt i naturvetenskaps- och teknikundervisningen, men får även kopplingar till andra ämnen exempelvis matematik och historia och samhällskunskap. Detta material är tänkt som ett stöd för dig som vill besöka vår utställning som en del i din undervisning.

3 DRÖMMEN OM EN RYMDSTATION Idén om bemannade rymdfärder är inget nytt. Redan 1951 presenterade Wehrner von Braun teknisk rådgivare i det amerikanska rymdprogrammet planer på hur en sådan resa skulle kunna gå till rent praktiskt. Med i planerna fanns även visioner om bemannade rymdstationer. Här skulle hela besättningar kunna bo under en längre period. Till rymdstationen skulle det komma farkoster fyllda med mat och andra förnödenheter. Rymdstationen skulle även vara en plats varifrån längre resor ut i rymden skulle ha sin utgångspunkt. Under det tidiga 1950-talet publicerades en stor mängd vetenskapliga artiklar på ämnet. Det publicerades även en stor mängd illustrationer, böcker och TV-serier som tillsammans medförde ett ökat intresse för rymden i allmänhet och rymdresor i synnerhet. Redan under det tidiga 1970-talet blev de första rymdstationerna en realitet. Den allra första rymdstationen den sovjetiska Saljut 1 sköts upp 1971 och var planerad som en testverksamhet för att studera hur människor skulle klara av att befinna sig i rymden under längre tidsperioder. Detsamma var fallet i den första amerikanska motsvarigheten U.S. Skylab. I dessa fall var besättningarna på plats under korta perioden och för en av besättningarna fick resan katastrofala följder. Men de första stegen mot en permanent rymdstation var taget och utvecklingen gick fort framåt. Den första permanenta rymdstationen blev den Sovjetiska MIR. Stationen var bemannad från 1986 fram 2001 då den avsiktligen fick brinna upp vid återinträdet i jordens atmosfär. MIR var inte bara den första permanenta rymdstationen, utan var även den första rymdstationen med ett tydligt forskningssyfte, där bland annat biologi, astrofysik och studier på jordens atmosfär stod i fokus. Verksamheten på MIR blev även en grund att stå på vid utvecklingen av den internationella rymdstationen ISS. 1998, efter många år av internationellt samarbete, lades den första delen av ISS i bana runt jorden. Sedan dess har rymdstationen vuxit successivt och har nu en yta som motsvarar en fotbollsplan. Ombord finns mängder med forskningsutrustning och andra nödvändigheter som gör det möjligt för astronauter att leva ombord under väldigt lång tid. Till rymdstationen transporteras det med jämna mellanrum mat och andra förnödenheter, precis på samma sätt som tanken var under det tidiga 1950-talet. Många av den tidens visioner har redan realiserats, men det finns fortfarande många drömmar att uppfylla.

4 Rymdstationernas historia 1971 sattes den allra första rymdstationen Saljut 1 i omloppsbana kring jorden. Stationen var ungefär 15 m lång och bestod av tre delar att leva, arbeta och träna i. Endast två besättningar kom att resa till Saljut. Den första besättningen fick problem när de skulle docka sitt rymdskepp till rymdstationen och kunde därför inte gå ombord. Besättning nummer två kom att bo på Saljut under 24 dagar, men omkom tragiskt under återinträdet i jordens atmosfär sattes den första och hittills enda amerikanska rymdstationen Skylab 1 i omloppsbana runt jorden. Under uppskjutningen fick rymdstationen svåra skador på bland annat sina solpaneler, vilket ledde till att temperaturen i Skylab höjdes till över 50 grader. Problemet med värmen löste man genom att montera solskydd som gav skugga åt rymdstationen. Den första besättningen bodde sedan på Skylab under 28 dagar. De följande två besättningarna kom att stanna under 59 respektive 84 dagar. Skylab var aldrig tänkt som en permanent rymdstation utan snarare som en experimentverkstad för att undersöka hur kroppen påverkas av en längre vistelse i rymden läggs den sovjetiska rymdstationen MIR i bana kring jorden. MIR var tänkt som en permanent rymdstation och bemannades och byggdes ut under de efterföljande tio åren. På Mir utfördes forskning om bland annat astrofysik och biologi samt studier på jordens atmosfär blev NASA-astronauten Norman Thagard den första amerikan som gick ombord på Mir. Detta markerar starten på ett rysk-amerikanskt samarbete som kan ses som ett viktigt steg i förberedelserna för arbetet med den internationella rymdstationen ISS sätts den första ISS-modulen Zarja i bana kring jorden. Den första besättningen kom att stanna på ISS under fem månader och hade till uppgift att starta upp olika system samt att utföra diverse experiment. ISS har allt sedan dess byggts ut och kan idag jämföras med storleken av en fotbollsplan. ISS På en höjd av 40 mil, synlig för blotta ögat, ligger den internationella rymdstationen ISS i bana runt jorden. ISS är det absolut största internationella forskningssamarbete där den europeiska rymdorganisationen ESA arbetar tillsammans med USA, Ryssland, Japan och Kanada för att driva och utveckla rymdstationen samt all kringorganisation som behövs för att kunna göra arbetet ombord möjligt. ISS tar sig ett varv runt jorden på 90 minuter. Detta innebär att rymdstationen färdas framåt med en hastighet av ungefär åtta kilometer per sekund. Historien om ISS startar redan 1984 när den dåvarande presidenten Ronald Reagan föreslår att man, i samarbete med andra nationer, ska bygga en permanent rymdstation. För att klara av de enorma kostnaderna i projektet startas ett samarbete mellan sammanlagt 14 nationer. Något senare bjuds även Ryssland med i samarbetet. Idag är det sammanlagt 16 nationer USA, ESA (den europeiska rymdstyrelsen där Sverige är en av medlemmarna), Japan och Kanada som tillsammans utvecklar verksamheten på ISS. Tanken var från början att ISS så småningom skulle kunna drivas helt på kommersiell basis, något inte har kommit att hända. Det finns flera anledningar till varför man vill konstruera rymdstationer. De allra första rymdstationerna byggdes för att kunna studera hur människokroppen reagerar på långa vistelser i tyngdlöshet, något som är viktigt vid längre resor i rymden. Detta är något som man fortfarande studerar på ISS. Att studera hur kroppen påverkas av miljön på rymdstationen ger även viktig kunskap om hur till exempel återbildande av muskler fungerar. Detta kan vara avgörande för hur vi behandlar olika muskelsjukdomar här på jorden. Tyngdlösheten på ISS erbjuder även en mycket speciell forskningsmiljö där olika typer av undersökningar, som på jorden skulle störas av jordens dragningskraft, går att utföra på ett kontrollerat sätt. Forskning som kan spela stor roll för vår miljö eller ge effektivare mediciner. Rymdstationens höga höjd gör den

5 dessutom till en unik för att kunna studera till exempel förändringar av miljön på vår egen planet. Den höga höjden gör även att ISS är en perfekt plats för ett teleskop. Den nästan totala avsaknaden av atmosfär gör att det inte finns mycket som begränsar utsikten. Fritt fall ISS befinner sig i bana runt jorden. Med andra ord befinner sig ISS i kontinuerligt fritt fall. Rymdstationen påverkas då inte av några yttre krafter vilket gör att den varken dras in mot jorden eller rör sig ut från jordens yta. Men hur fungerar då fritt fall? Oavsett var vi befinner oss påverkas vi av gravitationen. Jordens gravitation vilken även kallas jordens dragningskraft är anledningen till att vi kan hålla oss kvar här på jorden. Jordens gravitation drar oss hela tiden in mot jordens mitt, och vore det inte för det motstånd marken utgör skulle vi fortsätta att dras längre och längre in mot jordens mitt. Man skulle kunna säga att det blir en slags kamp mellan de krafter som drar oss in mot jorden och de krafter från marken som trycker oss utåt. Så länge dessa krafter är lika stora kommer vi att stå kvar på jordytan. Sovposition på ISS, ur utställningen Rymdresan Även i rymden påverkas vi av jordens dragningskraft. Man måste åka oerhört långt bort för att inte påverkas av jordens dragningskraft, och väl där skulle vi påverkas av andra planeters dragningskraft. För att ISS ska kunna befinna sig i bana runt jorden alltså befinna sig i fritt fall måste det finnas en kraft, riktad ut från joden som motverkar att jordens gravitation dra ISS ner mot jordytan. När dessa två motriktade krafterna är lika stora kommer ISS att hålla sig på samma höjd. Kraften ut från jorden får ISS i och med att den roterar kring jorden. Det är egentligen samma princip som gör att du trycks utåt i en karusell, eller att kläderna i en tvättmaskin trycks utåt vid en centrifugering. Det är storleken på denna kraft som avgör hur ISS bana kommer att se ut och det är ISS hastighet runt jorden som avgör hur stor kraften blir. Om ISS ökar sin hastighet för mycket kommer den utåtriktade kraften att bli för stor i förhållande till jordens dragningskraft. Detta skulle göra att ISS börjar öka i höjd. I själva verket är det så att ISS hela tiden bromsas en aning av den oerhört tunna atmosfär som finns på 40 mils höjd. Detta gör att ISS hela tiden dras en aning in mot jorden och med jämna mellanrum behöver hjälp att ta sig upp på rätt höjd igen.

6 LIVET PÅ ISS Hur ser då livet ut på ISS? För att kunna leva och arbeta i långa perioder krävs en hel del specialanpassningar till det faktum att man hela tiden lever i en tyngdlös miljö. På ISS existerar inget upp eller ner. Här finns inte heller någon klar skillnad på vad som är natt och dag. PERSONLIG HYGIEN Oavsett om man lever på jorden eller på en rymdstation har man samma behov av personlig hygien. För att man ska kunna tvätta sig, borsta tänderna eller gå på toaletten måste vissa saker anpassas för att fungera i mikrogravitation. Eftersom man inte kan duscha på ISS används ett speciellt torrschampo när man ska tvätta håret. Resten av kroppen får man helt enkelt torka av. Många astronauter har med sig ett personligt hygienkit, vilket gör att de kan välja sin egen tandkräm. Att borsta tänderna är förövrigt inget annorlunda än nere på jorden. Eftersom tandkrämen är kladdig sätter den sig fast på tandborsten. Löddret kan man sedan spotta ut i en pappersservett som man sedan slänger. Att gå på toaletten skiljer sig väsentligt från hur det går till på jorden. På grund av tyngdlösheten måste man spänna fast vid toaletten. Själva toaletten funderar lite som en dammsugare som suger ner allt i toaletten. Kissar gör man i en slang. Varje astronaut har sin egen tratt att kissa i. Kisset sugs sedan in i en tank för avloppsvatten, som sen kan renas till dricksvatten igen. TRÄNING En viktig del i astronauternas vardag är träning. Man måste träna eftersom den tyngdlösa miljön medför att muskler tillbakabildas och skelettet tunnas ut. Att styrketräna med vikter skulle inte fungera eftersom allt på ISS är tyngdlöst. Istället har man utvecklat speciella träningsredskap som skapar motstånd med fjädrar eller kolvar. Det finns även en typ av träningscykel som man använder för att träna både muskler och kondition. För att kunna träna måste man spänna fast sig i cykeln så att man inte flyger iväg när man börjar trampa. Själva cykeln har en speciell upphängningsanordning eftersom astronauternas träning annars skulle påverka rymdstationens bana kring jorden. Genom att studera hur astronauternas kroppar svarar på olika typer av träning kan man del förbättra möjligheterna för att klara av längre perioder i rymden, men också ta fram behandlingar mot muskelsjukdomar eller benskörhet. ÄTA För att kunna bo på en rymdstation måste man vara ordentligt förberedd med mycket mat och bra utrustning att laga maten i. Maten måste dessutom vara packad på ett sådant sätt att förpackningarna inte läcker eller förstörs. När man har ätit måste man kunna stuva undan alla tomma förpackningarna på ett bra sätt. Olika typer av mat tillagas på olika sätt. Till vissa rätter tillsätt vatten. Andra rätter äter man som de är. Astronauterna har tillgång till en ugn att värma maten med. Men det finns inget kylskåp ombord, så all mat måste kunna lagras i rumstemperatur. Saker som ketchup och senap finns att tillgå. Det gör även salt och peppar, men det är i flytande form. Om man skulle försöka använda det i sin vanliga form skulle det helt enkelt flyga iväg och riskera att täppa till ventilationen eller hel enkelt hamna i någons öga. Man äter tre gånger per dag. Dietister ser till att astronauterna får i sig tillräckligt med energi och näringsämnen för att klara sig. Hur mycket man behöver äta varierar från person till person. Därför har varje besättningsmedlem sin personliga kost.

7 ARBETE Det finns många uppgifter som måste utföras när man befinner sig i bana runt jorden. Dels handlar det om att utföra experiment och övervaka de experiment som huvudsakligen sköts från jorden. En rymdstation kräver dessutom en del underhåll för att den ska kunna fungera. Astronauterna sköter om, och deltar även i, experiment som handlar om hur deras egna kroppar påverkas av vistelsen på ISS. Generellt sett finns schemaläggs man för åtta timmars sömn, men precis som på jorden händer det att man vaknar och behöver gå på toaletten eller stannar uppe sent och läser. FRITID Livet på ISS består inte enbart av arbete. Besättningsmedlemmarna måste, precis som alla andra, få chansen att slappna av och ha lite roligt. Tiden för fritid är schemalagd, men även under arbetsdagen kan man få roa sig lite. Vissa forskningsprojekt kan involvera vanliga leksaker för att se hur de reagerar i mikrogravitation. En vanlig fritidsysselsättning är att helt enkelt ta en titt ut genom fönstret och betrakta jorden som passerar under dem. Ombord på rymdstationen finns gott om saker att göra. Man kan se på film, läsa, lyssna på musik, spela spel etc. Om inte annat kan man ju träna lite extra. Christer Fuglesang SOVA Det finns några stora skillnader mellan att sova på jorden och i tyngdlöst tillstånd. Eftersom det, i tyngdlöst tillstånd inte finns något upp eller ner kan man sova åt vilket håll som helst. Dock måste man se till att vara fastspänd i sin sovsäck. De astronauter som är på ISS under längre perioder sover i sin egen sovkapsel där det även finns plats att förvara lite personliga saker.

8 FRITT FALL När du åker berg- och dalbana upplever du, precis på toppen av ett krön, fritt fall. Du känner också tydligt hur kroppen påverkas av positiva och negativa g-krafter. Att hoppa studsmatta ger dig också en möjlighet att tydligt uppleva fritt fall och olika typer av acceleration. Precis när du vänder tillbaka efter ett hopp på studsmattan befinner du dig i fritt fall och när studsmattan trycker dig uppåt känner du hur kroppen trycks ihop en aning innan den slungas iväg igen. Föreställ dig nu hur det är att vara på ISS och hela tiden känna dig som på toppen av berg- och dalbanan eller på högsta punkten av ett riktigt högt hopp. MED VÄXTER I RYMDEN De gröna växterna är en enormt viktig resurs här på jorden och kan komma att bli en lika viktig resurs på resor längre ut i universum, där en av de svåra utmaningarna är att lagra mat för ett riktigt långt uppdrag. Här skulle möjligheten att kunna odla, och skörda sin egen mat kunna visa sig vara ovärderlig. Men för att det ska bli möjligt att odla växter i större skala måste vi lära oss mer om hur växter beter sig i en tyngdlös miljö, samt hur vi rent praktiskt ska kunna hantera dem. Bara en sådan enkel sak som att ge växterna vatten är en stor utmaning. När du sitter stilla påverkas din kropp med 1g. I de allra flesta åkattraktionerna på ett tivoli får du känna av krafter på 2g. Det innebär att det känns som om du väger dubbelt så mycket som du gör. Om du åker Balder på Liseberg kommer du att uppleva 4g. Hur mycket väger du i de värsta svängarna? För att träna sig i att vara i tyngdlös miljö tränar astronauterna med parabelflyg, där ett flygplan stiger kraftigt för att sedan sänka sin höjd. Då planet minskar sin höjd upplever passagerarna ca 20 sekunders tyngdlöshet. Med vilken hastighet behöver flygplanet sjunka för att passagerarna ska befinna sig i fritt fall? Under raketuppskjutningen till ISS utsätts astronauterna för enorma g-krafter under lång tid. För att kunna träna på hur man ska klara dessa påfrestningar sätter får astronauterna åka i något som liknar en vanlig centrifug. På vilket sätt påverkas kroppen av de enorma g-krafterna och vari ligger farorna med detta? Den absolut viktigaste biokemiska processen fotosyntesen - på jorden sker i de gröna bladen. Här spelar det bladens klorofyll en avgörande roll. Men vad behövs för att fotosyntesen ska fungera? Nere på jorden har växterna en förmåga att dra upp vatten ur jorden och på så sätt få ut vatten till varje blad. Hur går detta till och kommer det att fortsätta att fungera i en tyngdlös miljö? I en tyngdlös miljö existerar inget upp eller ner. Försök har visat att växten till att börja med växer åt alla möjliga håll för att sedan anpassa sig till miljön och växa i en bestämd riktning. Vilka faktorer är det som styr hur växten fortsätter att växa? Förutom den självklara nyttan att växterna kan användas som näring finns andra stora fördelar med att odla ombord på en rymdfarkost. Vilka skulle dessa kunna vara? Länkar för fördjupningsläsning Länkar för fördjupningsläsning research/#.uhpicazqvjg html stronggravity/

9 I RYMDEN TILLVERKAS KOL I en stjärnas inre pågår fusionsprocesser där lätta grundämnen trycks samman till tyngre grundämnen. I samband med detta frigör otroliga mängder energi som möjliggör bland annat livet på jorden. De riktigt tunga grundämnena kan enbart bildas i stora stjärnexplosioner supernovor. Ett av de mest förekommande grundämnena på jorden är kol. Kol ingår i allt levande och är därför en av grunderna för allt vi är och har omkring oss på jorden. ASTEROIDER - LIVSFARA ELLER RESURS Genom jordens långa historia har jorden drabbats av stora asteroidnedslag, vissa med värre effekt än andra. En av dessa platser där man kan se resultatet av ett större asteroidnedslag är Siljansringen i dalarna. Solsystemet är fullt av asteroider vilka är potentiella faror på vägen den dagen vi ger oss ut på resor till andra planeter. Men hur kommer det sig då att vi hittar kol och andra tunga grundämnen här på jorden? En stjärna genomgår flera olika faser under sin livstid. Solen befinner sig i sin huvudserie, vilket innebär att det är vätefusion som frigör all energi och upprätthåller dess form. Men hur fungerar vätefusion? När det inte längre finns tillräckligt med väteatomer i en stjärnas inre slutar vätefusionen och stjärnan kollapsar under gravitationen. I större stjärnor, där temperaturen och trycket i kärnan är högre, finns det möjligheter för att nya fusionsprocesser ska kunna sättas igång och tyngre grundämnen kan bildas. Hur länge kan denna process fortsätta, och vilka grundämnen kan bildas? De riktigt stora stjärnorna kollapsar i stora supernovor. De ännu större trycks samman till neutronstjärnor. De mest massiva stjärnorna kollapsar till sist till svarta hål. Förklara hur detta går till. Men vad är då en asteroid? Solsystemet är även fullt av mindre stenar: metiorider och mikrometiorider. Ibland kommer några av dessa in i jordens atmosfär. Hur uppfattar vi dessa från jorden? Det finns idag långtgående planer på hur man skulle kunna använda asteroider som en resurs för oss här på jorden. Hur skulle det kunna gå till och vad är det man tror sig kunna hitta? Länkar för fördjupningsmaterial UhpGpKzQvjg Länkar för fördjupningsmaterial

10