Új Szó - Vasárnap, 1980. július-december (13. évfolyam, 27-52. szám)
1980-07-06 / 27. szám
TUDOMÁNY ■■■■■■SI TECHNIKA A z ember óriási erőfeszítéssel leküzdötte a Föld vonzását, és kilépett az űrbe. A gravitáció hatását azonban még nem sikerült legyőznie, melynek hiánya az űrállomásokon sok kellemetlenséget okoz az embernek, s még többet az ember örökös társának, táplálékának, a zöld növényzetnek. Az emberek megtalálták a módját, hogy hónapokon át éljenek és dolgozzanak az űrállomáson, a növények azonban nem tudják elviselni az itteni feltételeket. Ennek okai még ismeretlenek. Az űrhajósok már több alkalommal vittek magukkal növényi útitársakat. A Szaljut—4 űrállomáson az „Oázis“ berendezésben borsót neveltek, a Szaljut—6 űrállomás konténereiben pedig mesterséges fény mellett hagymát termesztettek. Más növények Is voltak már az űrben, de mindig ugyanaz volt az eredmény. A növények két- három héten belül elpusztultak. Nem kell hangsúlyozni, hogy milyen kedvezőtlenül hat az űrhajósok hangulatára, amikor a szemük előtt hervad el az ültetvény. De nemcsak lélektani hatásról van szó. A zöld növényzet az életfeltételek zárt rendszerének nélkülözhetetlen tartozéka. A növények láthatják el az űr- utasokat friss, vitamindús táplálékkal, felújíthatják az űr- komplexum levegőjének oxigén- tartalmát, kivonhatják belőle a széndioxidot stb. Ezért olyan fontos, hogy a növények is alkalmazkodni tudjanak a súlyta lanság állapotához, ami nélkülözhetetlen feltétele a hosszú ideig tartó, bolygók közötti űrutazásoknak. Miért kötődnek a növények olyan nagy mértékben a gravitációhoz, hogy élni sem tudnak nélküle? Arról van szó, hogy a földi élet feltételei között egy különleges tájékozódási rendszer fejlődött ki a növényekben. A növényi sejtekben az ide-oda mozigó, aránylag nehezebb keményitőszemcsék a nehézségi erő hatására mindig a sejt alsó részében gyűlnek össze és ott ingerük a cito- plazmát. Így a szár meghajlotl részében -a hormonok intenzív növekedést idéznek elő, s az kiegyenesedik. A növény így tá jékozódik, Így irányítja növekedését a térben. Ezzel számos fiziológiai folyamat függ össze. Az is bebizonyosodott, hogy a növényzet számára mindegy, milyen irányból hat a nehézségi erő. A botanikusok már a múlt évszázadban is végeztek kísérle teket centrifúgában történő növényneveléssel. A hajtások pontosan a földi gravitáció és a centrifugális erő közös eredője irányában fejlődtek. A növényeknek azt a képességét, hogy érzékelik a Föld vonzerejét, geotropizmusnak nevezzük. És mi történik akkor, ha hiányzik a nehézségi erő? lyen- kor a szárak rendszertelenül, zegzugos irányban fejlődnek, s két-három héten belül elpusztulnak a növények. Ilyen jelenséget a Földön is előidézhetünk, ha a növényeket vertikálisan forgó szerkezetben neveljük. Ez nem szünteti meg ugyan a nehézségi erőt, amely itt a növény szempontjából felváltva hat, hol felülről, hol pedig alulról. Hogyan lehetne pótolni a növény számára a nehézségi erő hiányát? A válasz egyszerű és logikus: mesterséges nehézségi erő létrehozásával. Lehetséges, hogy a jövőben ez is számításba jön, jelenleg azonban ez az út gyakorlatilag járhatatlan. És ha az elektromosságot hívnánk segítségül? Az elektromosságnak igen fontos szerepe van minden földi lény életében. A Föld mágneses tere óriást elemként működik, melynek negativ pólusa a Föld felszínén helyezkedik el. A föld mágneses tere forgása közben szüntelen elektronáramlást bocsát az atmoszférába. Ez az elektronáramlás a növények szárairól, leveleiről távozik a magasba. Ez a folyamat nem közömbös a növény számára, nincs hatás nélkül az ionok vándorlására, vagyis a tápanyagokat képező elemek és a víz szállítására. A talajban természetes elektromos mező jön létre, melynek intenzitása az egyes talajtípusoktól is függ. A humuszos talajoknak nagyobb a töltésük, mint a kevesebb szerves anyagot tartalmazó talajoké. Ez a természetes elektromos mező hatással van a talajban lezajló vegyi folyamatokra, s ezzel összefüggésben a növények táp- anyagellátására is. Elektromos energia a növényben is keletkezik, Nagy szerepe van az elektroozmózisos nyomásnak, a sejtek elektrofi- ziológiai tápanyagfelvételének, s végeredményben mindenféle bioelektrofeszültségnek. Érdekes kísérleteket végeztek például a Timirjazev Mezőgazdasági Akadémia növényfiziológiai tanszékén I. I. Gunar profesz- szor vezetésével. Amikor a bab egyik levelét levágták, gyors bioelektromos feszültség! kilengést észleltek a növényben. Hasonlóan reagálnak minden hőmérsékleti, vegyi, fény eredetű vagy mechanikus hatásra. Feltételezhető, hogy itt bizonyos jelzőrendszerről van szó, a megsérült gyökér például így értesíti a szárat a bajról, s a növény e jelzőrendszer segítségével mozgósítja erőforrásait sérüléseinek vagy betegségeinek gyógyítására. A súlytalanság állapotában ezek az évezredeken át kifejlődött jelzőrendszerek nem működnek, s lehetséges, hogy az elektromosság van minden probléma hátterében. A Föld mágneses mezőjéből eredő elektromosság teljesen hiányzik az űrben, ami megnehezíti a tápanyagok továbbjutását a növény testében, bonyolulttá teszi a növényben lezajló biológiai és fizikai-kémiai folyamatokat. A magvakban felhalmozódott természetes elektromos feszültség viszont csak néhány napra elegendő. Nincs kizárva, hogy a növénytermesztés sikertelenségei a súlytalanság állapotában az említett körülményekkel függnek össze. Ezt a feltételezést kísérletileg is megvizsgálták. Két műanyagpohárban egy-egy hagymát helyeztek el, amelyek Földhöz viszonyított helyzetét az említett vertikálisan forgó berendezésben állandóan változtatták, így a hagymák két másodpercig gyökerűkkel felfelé, két másodpercig pedig gyökerükkel lefelé voltak. A hagymák így nem tudtak a nehézségi erő hatásához igazodni, s a biofeszültség is váltakozóan ellenkező irányban hatott bennük. A hagymákat akkor helyezték el a készülékben, amikor már két centiméteres hajtásuk volt. Az egyikhez közönséges zseblámpaelemből egyenáramot vezettek, a másikat pedig feszültség nélkül hagyták. A feszültséget milivoltmérővel állandóan ellenőrizték. A többi feltétel azonos volt mindkét hagyma számára. A kísérlet eredményei minden elképzelést felülmúltak. A feszültség nélkül hagyott kontroll hagyma hajtásai különböző Irányokban elhajlottak, becsavarodtak és fokozatosan elhaltak, míg a feszültség alatt tartott hagyma hajtásai normálisan fejlődtek. Hogy még pontosabban meggyőződjenek az áram kedvező hatásáról a gravitációs tájékozódásukat vesztett hagymáknál, a hatodik napon a kontroll hagymára vezették az áramot, a másikról pedig levették. A kép gyorsan megváltozott. A hervadó, fonnyadó hagyma hajtásai kiegyenesedték, normálisan fejlődtek tovább, főleg az a két hajtás, amelyekhez a feszültséget (a pozitív pólust) kapcsolták. A lekapcsolt hagyma hajtásai viszont begörbültek, s a tizennyolcadik napon teljesen megszűnt a növekedése. A kísérlet alapján feltételezhető, hogy a nehézségi erő hiányát elektromos árammal lehet helyettesíteni. Természetesen további vizsgálatokra van szükség, amelyek nemcsak a növekedés külső jeleire irányulnak. A kísérletek során különböző értékű feszültségeket kell alkalmazni, s az is lehetséges, hogy az áramot előnyösebb szünetekkel adagolni, változtatva az áram irányát is, hogy az összhangban legyen a tápanyagok szállításával a levelek irányában, s megfordítva, a levelekben képződő szerves anyag szállításával a növény többi részébe. Az áram növényekre gyakorolt kedvező hatását már korábban is ismerték. A múlt évszázad végén a sarkvidéki övezetben az árpa növekedését elektromos serkentéssel 37 százalékkal meggyorsították. Később a burgonya, a répa a zeller és néhány más növény az elektromos serkentés hatására 37— 70 százalékkal nagyobb hozamot adott. A kísérleteket Finnországtól Franciaországig különböző éghajlati feltételek mellett folytatták. Bőséges vízellátás mellett a sárgarépa 125, a borsó 75 százalékkal nagyobb hozamot adott, s lényegesen megnőtt a cukorrépa cukortartalma. A szovjet kutatók is hasonló eredményekhez jutottak. A. A. Glebovics és G. Sz. Ha- csatrjan például megállapították, hogy elektromos serkentéssel a dohány háromszoros hozamot ér el. Nagyon érdekes eredményeket mutattak ki ZeniSőová és Spinar csehszlóvák kutatók Is, ,akik az árpánál a nltrogénada- .golás és a bioelektromos feszültség értékei közötti összefüggéseket vizsgálták. Megállapították, hogy a nitrogén mennyiségének növelése a növények tápoldatában csökkenti a növény bioelektromos feszültségét. A gyakorlat is bizonyítja, hogy a nitrogén túladagolása esetén a gabonatáblák növényzete megdől. Ha ez az összefüggés valóban fennáll, esetleg gondoskodni lehet a feszültség mesterséges pótlásáról, s így védekezni a megdőlés ellen. Ezzel a hozamot másfélszeres-kétszeres mértékben lehetne növelni. Feltételezik, hogy az élő szervezetbe juttatott egyenáram egy bizonyos határig növekvő ellentétes elektromos erőt idéz elő a sejtekben. A sejtekben levő nagyobb méretű szerves részecskék többnyire kétpólusúak, töltésük van, s szabadon mozognak az erővonalak irányában. A sejt nagyobb méretű részecskéi közé tartoznak a növekedési hormonok is, amelyek döntő szerepet játszanak a növekedés szabályozásában. Ezek viselkedése tehát a bevitt áram hatására megváltozik. Még nem Ismerjük, hogy ez miként megy végbe, s ha kiderül, lehetséges, hogy meg kell változtatni a növény növekedési mechanizmusára vonatkozó eddigi nézeteinket. Az újabb ismeretek bizonyára elősegítik majd a mezőgazdasági termelés hatékonyságát is, annál is inkább, mert az elektromosságot már most is hatékonyan alkalmazzák a talajjavításban és a növényvédelemben. Az elektromos serkentésnek nagy jövője lehet például a növényház! termesztésben. A tudományos kutatás'eredményeinek gyakorlati alkalmazását ezen a téren még fékezik a hiányos műszaki feltételek, de már a legközelebbi években számítani lehet a gyakorlati hasznosítás elterjedésére. A. GORGYEfEV a mezőgazdasági tudományok kandidátusa A NttVtNVTERMESnES PROBlEM/U AZ ŐRBEN A mindennapi életben gyakran találkozunk súlytalansággal, részesei is vagyunk, bár a Földön létrejövő súlytalansági helyzetek csak rövid ideig tartanak. így nem nyílik lehetőség arra, hogy természetét és az élő szervezetre gyakorolt hatását behatóan tanulmányozzuk. A földi körülmények között létrehozható súlytalanság maximális időtartama 25—30 másodperc, ami csupán arra elegendő, hogy az ember a súlytalansággal, mint fizikai jelenséggel ismerkedjék. A székről való leugrásnál kb. 0,3 másodperc időtartamú súlytalanság jön létre, vagy akár az ejtőernyős ugrása, ahol a súlytalanság ideje 2,5—3 másodperc, csak pillanatnyi élményt nyújt. Csak az űrrepülés tette lehetővé, hogy az ember hosszú időt, órákat, napokat, majd az utóbbi években már hónapokat töltsön a súlytalanság állapotában, és megkezdje az emberi szervezetre kifejtett hatásának alapos és részletes tanulmányozását. De mi is a súlytalanság? Köztudott, hbgy minden testnek meghatározott tömege van, vagyis benne bizonyos mennyiségű anyag található. Newton a szabadesést és a bolygók mozgását tanulmányozva rájött, hogy a testek között vonzóerő hat, és ez hozza létre a testek súlyát és a szabadesést is. A Newton által felfedezett egyetemes tömegvonzás hozza létre azt a centripetális erőt is, amely a Holdat Föld körüli, a bolygókat a Nap körüli pályán tartja, s amely minden testet a Földhöz szőrit. A Földnek hatalmas tömege van, amihez megfelelő vonzóerő is tartozik. A Hold tömege kisebb, mint a Földé, a Jupiter tömege viszont nagyobb. A tömegek nagyságrendjének megfelelően a Holdon a vonzóerő a földinek csupán agyhatoda, a Jupiteren viszont 2,5-ször nagyobb. A Föld azonban nagy sebességgel forog a Nap körül, s eközben saját tengelye körül forog. Valamennyi, a földfelszínen levő test együtt forog a Földdel, mivel a vonzóerő a felszínhez szorítja. Ugyanakkor azonban a forgás következtében ezekre a testekre a centrifugális erő is hat, és tudjuk, hogy az ilyen mozgás gyorsulással jár. A centrifugális erő az Egyenlítőn a legnagyobb, és a sarkok felé fokozatosan csökken. De ez az erő még az Egyenlítőn is rendkívül kicsi, és értéke csupán a vonzóerő 0,3 százalékát teszi ki. A vonzóerő és a centrifugális erő különbsége a nehézségi erő. Ezt gyakran súlyerőnek, vagy egyszerűen a test súlyának nevezik, bár ezek valójában különböző fogalmak. A súlytalanság állapota Súlynak azt az erőt nevezzük, amellyel az adott test a támasztékát nyomja. Ha ezt a támasztékot a test alól elvesszük, akkor az a nehézségi erő hatására egyre gyorsuló mozgással esik. Ebben az esetben a testnek nincs súlya, vagyis a súlytalanság állapotába kerül. A Föld nem szabályos gömb alakú test, ezért a felszín más-más helyén a nehézségi erő nagysága különböző. A Föld sugara az Egyenlítőnél 6378 km, a sarkoknál 20 km-rel kevesebb. Ennek következtében a sarkoknál a vonzóerő valamivel nagyobb, mint az Egyenlítőn. Ezenkívül a centrifugális erő is nagyobb az Egyenlítőnél mint a sarkoknál. Mindezek eredményeként az a test, amelynek súlya a mi szélességi körünkön 1000 gramm, az az Egyenlítőn 999, a sarkokon pedig 1003 gramm. A Föld felszínétől távolodva a nehézségi erő csők ken. Ez a csökkenés azonban az aerodinamikai re pülés magasságtartományában nem haladja meg áz 1 százalékot, ezért nem érzékelhető. Ha azonban a távolság a Föld sugara (R) értékének felel meg, akkor a nehézségi erő csökkenése már jelentős lesz. 2 R távolságon 1/4, 3 R távolságon pedig a Föld felszínén ható nehézségi erőnek 1/16 része lesz. A Földünkön mozgásban levő testen centrifugális erő keletkezik, melynek nagysága a sebességtől függ. A hajóknál, gépkocsiknál, de még a repülőgépeknél is ez az erő olyan kicsi, hogy nem kell számolni vele. Egy 2700 km/ó sebességgel repülő repülőgépen azonban a centrifugális erő értéke eléri a repülőgép súlyának 1 százalékát. Ez pedig egy 10 tonnás gép esetében 100 kg-nak felel meg. Még jelentősebb ez az erő a hiperszonikus sebességgel repülő rakéták esetében. Ha a rakéta repülési sebessége a hang terjedési sebességének 15-szörösé vei egyenlő, vagyis kb. 5000 m/s, akkor a centri fugális erő értéke eléri a súly 40 százalékát. A sebesség növekedésével tehát a centrifugális erő ' értéke növekszik, ezért kell egy olyan sebességnek lennie, amelynél ez az erő a repülőszerkezet súlyával egyenlő. Vizsgáljuk meg egy ballisztikus rakéta mozgását, amelynek a sebessége a rakétahajtómű működésének végén 7,75 km/s a magasság pedig, ahol ezt a sebességet elérte, 200 km. A számításokat elvégezve megkapjuk, hogy a centrifugális erő a súly 99 százalékát teszi ki. A Föld vonzóerejének mindössze 1 százaléka marad kiegyensúlyozatlan. Ez a kicsi erő a rakétát fokozatosan mégis arra kényszeríti, hogy a Földhöz közeledjék. És tényleg, néhány ezer kilométer megtétele után a rakéta a földbe csapódik. Tehát sikerült megközelíteni azt a sebességet, amelynél a Föld vonzása és a centrifugális erő pontosan egyenlő. Ekkor a rakéta sebessége 7,791 km/s, és a test — ha magassága 200 km — körpályára áll. Hangsúlyozni kell azonban, hogy ezzel a Föld vonzása nem szűnt meg, csupán a sebesség következtében egy olyan erő keletkezett, amely kiegyensúlyozta azt. így a test, amely ilyen sebességgel halad, mindaddig a pályán marad, amíg valamilyen erő le nem téríti róla. (Szabó József: Űrrepülés) 1980 vii. a. ÚJ szú
