สภาวะไร้น้ำหนักคือการไม่มีความรู้สึกถึงน้ำหนัก โดยสมบูรณ์หรือเกือบสมบูรณ์ กล่าวคือ น้ำหนักที่ปรากฏเป็นศูนย์เรียกอีกอย่างว่าแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์หรือศูนย์จี (ตั้งชื่อตามแรงจี ) ^{[ 1 ]}หรือเรียกอย่างผิดๆ ว่าแรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์

น้ำหนักคือการวัดแรงที่กระทำต่อวัตถุที่อยู่นิ่งในสนามโน้มถ่วงที่ค่อนข้างแรง (เช่น บนพื้นผิวโลก) ความรู้สึกถึงน้ำหนักเหล่านี้เกิดขึ้นจากการสัมผัสกับพื้น ที่นั่ง เตียง เครื่องชั่ง และสิ่งอื่นๆ ที่รองรับอยู่ ความรู้สึกถึงน้ำหนักยังเกิดขึ้นได้แม้ในสนามโน้มถ่วงเป็นศูนย์ เมื่อแรงสัมผัสกระทำต่อวัตถุและเอาชนะแรงเฉื่อย ของวัตถุ ด้วยแรงทางกลที่ไม่ใช่แรงโน้มถ่วงเช่น ในเครื่องเหวี่ยงหนีศูนย์กลางสถานีอวกาศที่หมุนหรือภายในยานพาหนะที่กำลังเร่งความเร็ว

เมื่อสนามแรงโน้มถ่วงไม่สม่ำเสมอ วัตถุที่ตกอย่างอิสระจะได้รับแรงดึงดูดจากแรงโน้มถ่วงและจะไม่ปราศจากความเครียด ใกล้หลุมดำผลกระทบจากแรงดึงดูดดังกล่าวอาจรุนแรงมาก ทำให้เกิดปรากฏการณ์คล้ายเส้นสปาเก็ตตี้ในกรณีของโลก ผลกระทบจะน้อย โดยเฉพาะอย่างยิ่งกับวัตถุที่มีขนาดค่อนข้างเล็ก (เช่น ร่างกายมนุษย์หรือยานอวกาศ) และความรู้สึกไร้น้ำหนักโดยรวมในกรณีเหล่านี้ยังคงอยู่ สภาวะนี้เรียกว่าสภาวะไมโครกราวิตี้และพบได้ในยานอวกาศที่โคจรอยู่ สภาวะไมโครกราวิตี้มีผลกระทบคล้ายคลึงกับการที่สภาพแวดล้อมของแรงโน้มถ่วงไม่สม่ำเสมอและแรงจีไม่เป็นศูนย์อย่างแน่นอน

ในฟิสิกส์แบบนิวตัน ความรู้สึกไร้น้ำหนักที่นักบินอวกาศประสบนั้นไม่ได้เป็นผลมาจากการที่ความเร่งโน้มถ่วงเป็นศูนย์ (เมื่อมองจากโลก) แต่เป็นเพราะไม่มีแรงจีที่นักบินอวกาศสามารถรู้สึกได้เนื่องจากสภาวะตกอย่างอิสระ และยังไม่มีความแตกต่างระหว่างความเร่งของยานอวกาศและความเร่งของนักบินอวกาศเป็นศูนย์ นักข่าวอวกาศJames Obergอธิบายปรากฏการณ์นี้ไว้ดังนี้: ^{[ 2 ]}

ความเชื่อผิดๆ ที่ว่าดาวเทียมยังคงโคจรอยู่ในอวกาศเพราะ "หลุดพ้นจากแรงโน้มถ่วงของโลก" นั้นถูกเผยแพร่ต่อไป (และไม่ถูกต้อง) โดยการใช้คำว่า "ไร้แรงโน้มถ่วง" อย่างผิดๆ เพื่ออธิบายสภาวะการตกอย่างอิสระบนยานอวกาศที่โคจรอยู่รอบโลก แน่นอนว่านี่ไม่เป็นความจริง แรงโน้มถ่วงยังคงมีอยู่ในอวกาศ มันช่วยป้องกันไม่ให้ดาวเทียมพุ่งตรงออกไปสู่ความว่างเปล่าระหว่างดวงดาว สิ่งที่ขาดไปคือ "น้ำหนัก" แรงต้านทานของแรงดึงดูดจากโครงสร้างที่ยึดอยู่กับที่หรือแรงต้าน ดาวเทียมยังคงอยู่ในอวกาศเพราะความเร็วในแนวนอนที่มหาศาล ซึ่งทำให้พวกมัน—ในขณะที่ถูกดึงดูดเข้าหาโลกโดยแรงโน้มถ่วงอย่างหลีกเลี่ยงไม่ได้—ตกลงมา "เหนือขอบฟ้า" การที่พื้นดินโค้งลงไปตามพื้นผิวกลมของโลกช่วยชดเชยการตกของดาวเทียมลงสู่พื้นดิน ความเร็ว ไม่ใช่ตำแหน่งหรือการขาดแรงโน้มถ่วง ที่ทำให้ดาวเทียมโคจรอยู่รอบโลก

จากมุมมองของผู้สังเกตการณ์ที่ไม่ได้เคลื่อนที่ไปพร้อมกับวัตถุ (เช่น ในกรอบอ้างอิงเฉื่อย ) แรงโน้มถ่วงที่กระทำต่อวัตถุที่ตกอย่างอิสระนั้นเหมือนกับปกติทุกประการ^{[ 3 ]}ตัวอย่างคลาสสิกคือลิฟต์ที่สายเคเบิลถูกตัดและกำลังดิ่งลงสู่พื้นโลกด้วยความเร่งเท่ากับ 9.81 เมตรต่อวินาทีต่อวินาที ในสถานการณ์นี้ การรับรู้แรงโน้มถ่วงของคนที่อยู่ภายในลิฟต์จะลดลงเกือบทั้งหมด แต่ไม่ใช่ทั้งหมด อย่างไรก็ตาม แรงนั้นไม่ได้เป็น ศูนย์ อย่างแน่นอนเนื่องจากแรงโน้มถ่วงเป็นแรงที่พุ่งเข้าสู่ศูนย์กลางของโลก ลูกบอลสองลูกที่อยู่ห่างกันในแนวนอนจะถูกดึงไปในทิศทางที่แตกต่างกันเล็กน้อยและจะเข้าใกล้กันมากขึ้นเมื่อลิฟต์ตกลงมา นอกจากนี้ หากลูกบอลอยู่ห่างกันในแนวดิ่ง ลูกบอลที่อยู่ด้านล่างจะได้รับแรงโน้มถ่วงมากกว่าลูกบอลที่อยู่ด้านบน เนื่องจากแรงโน้มถ่วงลดลงตามกฎกำลังสองผกผันผลกระทบอันดับสองสองประการนี้เป็นตัวอย่างของแรงโน้มถ่วงระดับจุลภาค^{[ 3 ]}

นับตั้งแต่ปี 1959 เครื่องบินถูกนำมาใช้เพื่อสร้างสภาพแวดล้อมที่เกือบไร้น้ำหนักสำหรับการฝึกนักบินอวกาศ การทำวิจัย และการถ่ายทำภาพยนตร์ เครื่องบินประเภทนี้มักถูกเรียกขานด้วยชื่อเล่นว่า "เครื่องบิน อาเจียน" (Vomit Comet )

เพื่อสร้างสภาพแวดล้อมไร้น้ำหนัก เครื่องบินจะบินเป็น รูปโค้ง พาราโบลา เป็นระยะทาง 10 กิโลเมตร (6 ไมล์) โดยเริ่มจากการไต่ระดับขึ้น จากนั้นจึงดิ่งลงด้วยกำลังขับเคลื่อน ในระหว่างการบินเป็นรูปโค้งนั้น ระบบขับเคลื่อนและการควบคุมทิศทางของเครื่องบินจะถูกควบคุมเพื่อหักล้างแรงต้านอากาศ ทำให้เครื่องบินมีพฤติกรรมราวกับกำลังตกอย่างอิสระในสุญญากาศ

เครื่องบินประเภทนี้ถูกใช้งานโดยโครงการวิจัยแรงโน้มถ่วงต่ำของNASA ตั้งแต่ปี 1973 ซึ่งเป็นที่มาของชื่อเล่นที่ไม่เป็นทางการ ^{[ 4 ]}ต่อมา NASA ได้นำชื่อเล่นอย่างเป็นทางการว่า 'Weightless Wonder' มาใช้ในการเผยแพร่^{[ 5 ]}เครื่องบินแรงโน้มถ่วงต่ำของ NASA ในปัจจุบัน "Weightless Wonder VI" ซึ่งเป็นเครื่องบินMcDonnell Douglas C-9ประจำการอยู่ที่สนามบิน Ellington Field (KEFD) ใกล้กับศูนย์อวกาศ Lyndon B. Johnson

โครงการ Microgravity University - Reduced Gravity Flight Opportunities Plan ของ NASA หรือที่รู้จักกันในชื่อ Reduced Gravity Student Flight Opportunities Program เปิดโอกาสให้ทีมของนักศึกษาระดับปริญญาตรีส่งข้อเสนอโครงการทดลองในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง หากได้รับการคัดเลือก ทีมเหล่านั้นจะได้ออกแบบและดำเนินการทดลอง และนักศึกษาจะได้รับเชิญให้ขึ้นไปบินกับยาน Vomit Comet ของ NASA

องค์การอวกาศยุโรป (ESA) บินเที่ยวบินพาราโบลาบนเครื่องบินแอร์บัส A310-300 ที่ดัดแปลงเป็นพิเศษ ^{[ 6 ]}เพื่อทำการวิจัยในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง ร่วมกับCNES ของฝรั่งเศสและ DLRของเยอรมนีพวกเขาดำเนินการรณรงค์ โดยทำการบิน 3 เที่ยวบินติดต่อกันหลายวัน โดยแต่ละเที่ยวบินจะ ^บินเป็นพาราโบลาประมาณ 30 รอบ รวมระยะเวลาไร้แรงโน้มถ่วงประมาณ 10 นาที ปัจจุบันการรณรงค์เหล่านี้ดำเนินการจากสนามบินบอร์โดซ์-เมริญักโดยNovespace [ ^{7 ]}ซึ่งเป็นบริษัทในเครือของCNESโดยเครื่องบินลำนี้ถูกขับโดยนักบินทดสอบจากDGA Essais en Vol

ณ เดือนพฤษภาคม พ.ศ. 2553 ESA ได้ดำเนินการบินสำรวจทางวิทยาศาสตร์ 52 ครั้ง และการบินแบบพาราโบลาสำหรับนักเรียนอีก 9 ครั้ง^{[ 8 ]}การบินไร้แรงโน้มถ่วงครั้งแรกของพวกเขาเกิดขึ้นในปี พ.ศ. 2527 โดยใช้เครื่องบิน NASA KC-135 ในเมืองฮิวสตันรัฐเท็กซัส เครื่องบินอื่นๆ ที่ใช้ ได้แก่ เครื่องบินIlyushin Il-76 MDK ของรัสเซีย ก่อนที่จะก่อตั้ง Novespace จากนั้นเป็นเครื่องบิน Caravelle ของฝรั่งเศส และเครื่องบินAirbus A300 Zero- G ^{[ 9 ] [ 10 ] [ 11 ]}

Novespace สร้าง Air Zero G ขึ้นในปี 2012 เพื่อแบ่งปันประสบการณ์ไร้น้ำหนักกับผู้โดยสารทั่วไป 40 คนต่อเที่ยวบิน โดยใช้เครื่องบิน A310 ZERO-G ลำเดียวกับที่ใช้ในการทดลองทางวิทยาศาสตร์^{[ 12 ]}เที่ยวบินเหล่านี้จำหน่ายโดยAvicoโดยส่วนใหญ่ดำเนินการจากเมืองบอร์โด-เมริญักประเทศฝรั่งเศสและมีจุดประสงค์เพื่อส่งเสริมการวิจัยอวกาศของยุโรป ทำให้ผู้โดยสารทั่วไปได้สัมผัสประสบการณ์ไร้น้ำหนักฌอง-ฟรองซัวส์ เคลอร์วอยประธานของ Novespace และ นักบินอวกาศ ของ ESAบินไปกับนักบินอวกาศเหล่านี้บนเครื่องบิน A310 Zero-G หลังจากเที่ยวบิน เขาจะอธิบายถึงภารกิจแห่งอวกาศและพูดคุยเกี่ยวกับการเดินทางในอวกาศ 3 ครั้งที่เขาทำตลอดอาชีพการงาน เครื่องบินลำนี้ยังถูกใช้เพื่อวัตถุประสงค์ทางภาพยนตร์ด้วย โดยมีทอม ครูซและแอนนาเบลล์ วอลลิส ร่วมแสดงในภาพยนตร์ เรื่องThe Mummyในปี 2017 ^{[ 13 ]}

บริษัทZero Gravity Corporationดำเนินการโดยใช้เครื่องบินโบอิ้ง 727 ที่ได้รับการดัดแปลง ซึ่งบินเป็นเส้นโค้งพาราโบลาเพื่อสร้างสภาวะไร้น้ำหนักเป็นเวลา 25-30 วินาที

โดยทั่วไปแล้ว อุปกรณ์บนพื้นดินที่สร้างสภาวะไร้น้ำหนักเพื่อวัตถุประสงค์ในการวิจัย มักเรียกว่าท่อปล่อยแรงโน้มถ่วงหรือ หอปล่อยแรงโน้มถ่วง

ศูนย์วิจัยสภาวะไร้แรงโน้มถ่วงของนาซาซึ่งตั้งอยู่ที่ศูนย์วิจัยเกล็นน์ในเมืองคลีฟแลนด์ รัฐโอไฮโอเป็นปล่องแนวตั้งสูง 145 เมตร ส่วนใหญ่อยู่ใต้ดิน มีห้องปล่อยยานแบบสุญญากาศในตัว ซึ่งยานทดลองสามารถปล่อยตัวให้ตกลงมาอย่างอิสระเป็นเวลา 5.18 วินาที โดยตกลงมาเป็นระยะทาง 132 เมตร ยานทดลองจะหยุดลงในเม็ดโฟมโพลีสไตรีนขยายตัวหนาประมาณ 4.5 เมตรโดย มีอัตราการหน่วงสูงสุด65 g

ที่ NASA Glenn ยังมีหอทดสอบการปล่อยวัตถุใน 2.2 วินาที ซึ่งมีระยะการปล่อย 24.1 เมตร วัตถุทดลองจะถูกปล่อยลงมาในแผ่นป้องกันแรงต้านอากาศเพื่อลดผลกระทบจากแรงต้านอากาศ วัตถุทั้งหมดจะหยุดลงในถุงลมนิรภัยสูง 3.3 เมตร ด้วยอัตราการลดความเร็วสูงสุดประมาณ 20 gในขณะที่ศูนย์ทดลองสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง (Zero Gravity Facility) ทำการทดสอบการปล่อยวัตถุหนึ่งหรือสองครั้งต่อวัน แต่หอทดสอบการปล่อยวัตถุใน 2.2 วินาทีสามารถทำการทดสอบได้มากถึงสิบสองครั้งต่อวัน

ศูนย์การบินอวกาศมาร์แชลล์ของนาซาเป็นที่ตั้งของสิ่งอำนวยความสะดวกท่อปล่อยอีกแห่งหนึ่งซึ่งมีความสูง 105 เมตรและให้การตกอิสระเป็นเวลา 4.6 วินาทีภายใต้สภาวะ เกือบ สุญญากาศ^{[ 14 ]}

สถานที่รับฝากพัสดุอื่นๆ ทั่วโลก ได้แก่:

• ห้องปฏิบัติการสภาวะไร้แรงโน้มถ่วงแห่งประเทศญี่ปุ่น (MGLAB) – การตกอย่างอิสระ 4.5 ​​วินาที
• ท่อทดลองตกกระแทกของแผนกโลหะวิทยาแห่งเมืองเกรโนเบิล – การตกอิสระ 3.1 วินาที
• หอคอยตกแห่งมหาวิทยาลัยเบรเมน – การ ตกอย่าง อิสระ 4.74 วินาที
• ลิฟต์ไอน์สไตน์ที่มหาวิทยาลัยไลบ์นิซ ฮันโนเวอร์ – การตกอย่างอิสระ 4.0 วินาที, 4.1 ถึง 9 วินาทีสำหรับการตกแบบแรงโน้ม ถ่วงบางส่วน
• หอทดสอบการตกกระแทก มหาวิทยาลัยเทคโนโลยีควีนส์แลนด์ – การตกอิสระ 2.0 วินาที
• ศูนย์วิจัยและพัฒนาการเผาไหม้แห่งชาติที่IIT-M – การตกอย่างอิสระ 2.5 วินาที^{[ 15 ]}

อีกแนวทางหนึ่งที่ใช้บนพื้นดินเพื่อจำลองสภาวะไร้น้ำหนักสำหรับตัวอย่างทางชีวภาพคือ "เครื่องคลิโนสแตท 3 มิติ" หรือที่เรียกว่าเครื่องจัดตำแหน่งแบบสุ่ม แตกต่างจาก คลิโนสแตททั่วไปเครื่องจัดตำแหน่งแบบสุ่มจะหมุนในสองแกนพร้อมกันและค่อยๆ สร้างสภาวะคล้ายไมโครกราวิตี้โดยใช้หลักการเฉลี่ยเวกเตอร์แรงโน้มถ่วง

สระน้ำที่มีแรงลอยตัวเป็นกลางหรือแท็งก์น้ำที่มีแรงลอยตัวเป็นกลาง คือสระน้ำที่มีแรงลอยตัวเป็นกลาง ซึ่ง ใช้ในการฝึกนักบินอวกาศสำหรับการปฏิบัติภารกิจนอกยานอวกาศและการพัฒนากระบวนการต่างๆ สระเหล่านี้เริ่มใช้กันในทศวรรษ 1960 และในระยะแรกเป็นเพียงสระว่ายน้ำ เพื่อการพักผ่อนเท่านั้น ต่อมาจึงมีการสร้างสิ่งอำนวยความสะดวกเฉพาะทางขึ้นมา

บนสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) มีแรงโน้มถ่วงเล็กน้อยที่เกิดจากผลกระทบของกระแสน้ำขึ้นน้ำลง แรงโน้มถ่วงจากวัตถุอื่นที่ไม่ใช่โลก เช่น นักบินอวกาศ ยานอวกาศ และดวงอาทิตย์แรงต้านอากาศและการเคลื่อนไหวของนักบินอวกาศที่ส่งโมเมนตัมไปยังสถานีอวกาศ^{[ 16 ] [ 17 ] [ 18 ]}สัญลักษณ์สำหรับไมโครกราวิตี้μgถูกใช้บนตราสัญลักษณ์ของเที่ยวบินกระสวยอวกาศSTS-87และSTS-107เนื่องจากเที่ยวบินเหล่านี้อุทิศให้กับการวิจัยไมโครกราวิตี้ในวงโคจรต่ำของโลก

ในช่วงหลายปีที่ผ่านมา การวิจัยทางชีวการแพทย์เกี่ยวกับผลกระทบของการบินอวกาศมีความโดดเด่นมากขึ้นในการประเมินการเปลี่ยนแปลงทางพยาธิสรีรวิทยาที่อาจเกิดขึ้นในมนุษย์^{[ 19 ]}การบินในวงโคจรย่อยใช้ประโยชน์จากสภาวะไร้น้ำหนักโดยประมาณ หรือ μg ในวงโคจรต่ำของโลก และเป็นแบบจำลองการวิจัยที่น่าสนใจสำหรับการสัมผัสในระยะสั้น ตัวอย่างของแนวทางดังกล่าว ได้แก่ โครงการ MASER , MAXUSหรือTEXUS ที่ดำเนินการโดย Swedish Space CorporationและEuropean Space Agency

การเคลื่อนที่ในวงโคจรเป็นรูปแบบหนึ่งของการตกอย่างอิสระ^{[ 3 ]}วัตถุในวงโคจรไม่ได้ไร้น้ำหนักอย่างสมบูรณ์เนื่องจากผลกระทบหลายประการ:

• ผลกระทบจะขึ้นอยู่กับตำแหน่งสัมพัทธ์ภายในยานอวกาศ:
  • เนื่องจากแรงโน้มถ่วงลดลงตามระยะทาง วัตถุที่มีขนาดไม่เป็นศูนย์จะอยู่ภายใต้แรงไทดัลหรือแรงดึงที่แตกต่างกันระหว่างปลายของวัตถุที่อยู่ใกล้และไกลจากโลกมากที่สุด (รูปแบบที่รุนแรงของปรากฏการณ์นี้คือการเกิดสปาเก็ตตี้ ) ในยานอวกาศที่โคจรในวงโคจรต่ำของโลก (LEO) แรงเหวี่ยงหนีศูนย์กลางจะมีค่ามากกว่าที่ด้านของยานอวกาศที่อยู่ไกลจากโลกมากที่สุด ที่ระดับความสูง LEO 400 กม. ความแตกต่างโดยรวมของแรง g จะอยู่ที่ประมาณ 0.384 μg / m ^{[ 20 ] [ 3 ]}
  • แรงโน้มถ่วงระหว่างยานอวกาศกับวัตถุภายในอาจทำให้วัตถุนั้นค่อยๆ "ตกลงมา" สู่ส่วนที่มีมวลมากกว่าของยานอวกาศ โดยอัตราเร่งคือ 0.007 μg สำหรับวัตถุมวล 1000 กิโลกรัม ที่ระยะห่าง 1 เมตร
• ผลกระทบที่สม่ำเสมอ (ซึ่งสามารถชดเชยได้):
  • แม้ว่าชั้นบรรยากาศจะบางมาก แต่ก็ยังมีอากาศอยู่บ้างที่ระดับความสูงวงโคจร 185 ถึง 1,000 กิโลเมตร ชั้นบรรยากาศนี้ทำให้เกิดการชะลอตัวเล็กน้อยเนื่องจากแรงเสียดทาน ซึ่งสามารถชดเชยได้ด้วยแรงขับดันต่อเนื่องเล็กน้อย แต่ในทางปฏิบัติ การชะลอตัวจะได้รับการชดเชยเพียงเป็นครั้งคราวเท่านั้น ดังนั้นแรงโน้มถ่วงเล็กน้อยจากผลกระทบนี้จึงไม่ถูกกำจัดไปทั้งหมด
  • ผลกระทบจากลมสุริยะและแรงดันรังสีนั้นคล้ายคลึงกัน แต่มีทิศทางพุ่งออกจากดวงอาทิตย์ และแตกต่างจากผลกระทบจากชั้นบรรยากาศตรงที่ผลกระทบเหล่านี้จะไม่ลดลงตามระดับความสูง
• ผลกระทบอื่นๆ:
  • กิจกรรมประจำของลูกเรือ: เนื่องจากการอนุรักษ์โมเมนตัมหากลูกเรือคนใดบนยานอวกาศผลักตัวออกจากผนัง ยานอวกาศจะเคลื่อนที่ไปในทิศทางตรงกันข้าม
  • การสั่นสะเทือนของโครงสร้าง: แรงกดดันที่กระทำต่อตัวยานอวกาศส่งผลให้ยานอวกาศโค้งงอ ทำให้เกิดความเร่งที่เห็นได้ชัด

หากวัตถุเคลื่อนที่ไปยังศูนย์กลางของดาวเคราะห์ทรงกลมโดยไม่ถูกขัดขวางโดยวัสดุของดาวเคราะห์ วัตถุนั้นจะบรรลุสภาวะไร้น้ำหนักเมื่อมาถึงศูนย์กลางของแกนกลาง ของดาวเคราะห์ เนื่องจากมวลของดาวเคราะห์โดยรอบจะออกแรงดึงดูดเท่ากันในทุกทิศทางจากศูนย์กลาง ทำให้แรงดึงดูดในทิศทางใดทิศทางหนึ่งหักล้างกัน ก่อให้เกิดพื้นที่ที่ไม่มีแรงดึงดูด^{[ 21 ]}

สภาพแวดล้อมไมโครจีแบบ "คงที่" ^{[ 22 ]}จะต้องเดินทางไกลพอในห้วงอวกาศเพื่อลดผลกระทบของแรงโน้มถ่วงโดยการลดทอนให้เกือบเป็นศูนย์ แนวคิดนี้เรียบง่าย แต่ต้องเดินทางเป็นระยะทางไกลมาก ทำให้ไม่สามารถปฏิบัติได้จริง ตัวอย่างเช่น เพื่อลดแรงโน้มถ่วงของโลกลงหนึ่งล้านเท่า จะต้องอยู่ห่างจากโลก 6 ล้านกิโลเมตร แต่เพื่อลดแรงโน้มถ่วงของดวงอาทิตย์ลงถึงระดับนี้ จะต้องอยู่ห่างจากโลก 3.7 พันล้านกิโลเมตร นี่ไม่ใช่เรื่องที่เป็นไปไม่ได้ แต่จนถึงปัจจุบันมีเพียงยานสำรวจอวกาศระหว่าง ดวงดาวสี่ลำเท่านั้นที่ทำได้สำเร็จ ( ยานวอยเอเจอร์ 1และ2ของโครงการวอยเอเจอร์และยานไพโอเนียร์ 10และ11ของโครงการไพโอเนียร์ ) ที่ความเร็วแสงจะต้องใช้เวลาประมาณสามชั่วโมงครึ่งในการไปถึงสภาพแวดล้อมไมโครกราวิตี้ (บริเวณในอวกาศที่ความเร่งเนื่องจากแรงโน้มถ่วงเป็นหนึ่งในล้านของความเร่งที่เกิดขึ้นบนพื้นผิวโลก) อย่างไรก็ตาม การลดแรงโน้มถ่วงให้เหลือเพียงหนึ่งในพันของแรงโน้มถ่วงบนพื้นผิวโลกนั้น จำเป็นต้องอยู่ห่างออกไปเพียง 200,000 กิโลเมตรเท่านั้น

ที่ระยะห่างค่อนข้างใกล้กับโลก (น้อยกว่า 3,000 กิโลเมตร) แรงโน้มถ่วงจะลดลงเพียงเล็กน้อย ขณะที่วัตถุโคจรรอบวัตถุเช่นโลก แรงโน้มถ่วงยังคงดึงดูดวัตถุเข้าหาโลก และวัตถุจะถูกเร่งลงมาด้วยอัตราเร่งเกือบ 1g เนื่องจากโดยทั่วไปแล้ววัตถุจะเคลื่อนที่ในแนวราบเมื่อเทียบกับพื้นผิวด้วยความเร็วสูงมาก วัตถุจึงจะไม่สูญเสียระดับความสูงเนื่องจากความโค้งของโลก เมื่อมองจากผู้สังเกตการณ์ที่โคจรอยู่รอบโลก วัตถุอื่นๆ ที่อยู่ใกล้ในอวกาศจะดูเหมือนลอยอยู่ เพราะทุกสิ่งถูกดึงดูดเข้าหาโลกด้วยความเร็วเท่ากัน แต่ก็เคลื่อนที่ไปข้างหน้าด้วยขณะที่พื้นผิวโลก "ตกลง" ไปด้านล่าง วัตถุทั้งหมดเหล่านี้อยู่ในสภาวะตกอย่างอิสระไม่ใช่สภาวะไร้แรงโน้มถ่วง

เปรียบเทียบ ศักย์โน้มถ่วง ณ สถาน ที่ เหล่านี้บางแห่ง

หลังจากมีการพัฒนาสถานีอวกาศที่สามารถอยู่อาศัยได้เป็นเวลานาน การสัมผัสกับสภาวะไร้น้ำหนักได้รับการพิสูจน์แล้วว่ามีผลเสียต่อสุขภาพของมนุษย์^{[ 23 ] [ 24 ]}มนุษย์ปรับตัวได้ดีกับสภาพทางกายภาพบนพื้นผิวโลก ในการตอบสนองต่อสภาวะไร้น้ำหนักเป็นเวลานาน ระบบทางสรีรวิทยาต่างๆ เริ่มเปลี่ยนแปลงและเสื่อมสภาพ แม้ว่าการเปลี่ยนแปลงเหล่านี้มักจะเป็นชั่วคราว แต่ปัญหาสุขภาพในระยะยาวอาจเกิดขึ้นได้

ปัญหาที่พบบ่อยที่สุดที่มนุษย์ประสบในช่วงชั่วโมง แรกของการไร้น้ำหนักคือกลุ่มอาการปรับตัวในอวกาศ (SAS) ซึ่งมักเรียกกันว่าอาการป่วยในอวกาศ อาการของ SAS ได้แก่คลื่นไส้และอาเจียนเวียนศีรษะปวดศีรษะ ง่วง ซึมและรู้สึกไม่สบายตัวโดยรวม^{[ 25 ]}กรณีแรกของ SAS ถูกรายงานโดยนักบินอวกาศGherman Titovในปี 1961 ตั้งแต่นั้นมา ประมาณ 45% ของผู้คนทั้งหมดที่เดินทางไปในอวกาศประสบกับภาวะนี้ ระยะเวลาของอาการป่วยในอวกาศแตกต่างกันไป แต่ไม่มีกรณีใดที่นานเกิน 72 ชั่วโมง หลังจากนั้นร่างกายจะปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมใหม่ NASA วัด SAS อย่างติดตลกโดยใช้ "มาตราส่วน Garn" ซึ่งตั้งชื่อตามวุฒิสมาชิกสหรัฐฯJake Garnซึ่ง SAS ของเขาในระหว่างภารกิจ STS-51-Dนั้นรุนแรงที่สุดเท่าที่เคยบันทึกไว้ ดังนั้น "Garn" หนึ่งหน่วยจึงเทียบเท่ากับกรณี SAS ที่รุนแรงที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้^{[ 26 ]}

ผลกระทบเชิงลบที่สำคัญที่สุดของการอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนักเป็นเวลานาน ได้แก่กล้ามเนื้อลีบ (ดูข้อมูลเพิ่มเติม ในหัวข้อ มวลกล้ามเนื้อ ความแข็งแรง และประสิทธิภาพที่ลดลงในอวกาศ ) และการเสื่อมสภาพของ โครงกระดูกหรือภาวะกระดูกพรุนจากการบินอวกาศ [ ^{25 ] ผล}กระทบเหล่านี้สามารถลดให้น้อยที่สุดได้ด้วยการออกกำลังกาย^{[ 27 ]}เช่น การปั่นจักรยาน เป็นต้น นักบินอวกาศที่ต้องอยู่ในสภาวะไร้น้ำหนักเป็นเวลานานจะสวมกางเกงที่มีแถบยางยืดติดอยู่ระหว่างขอบเอวและปลายขาเพื่อบีบกระดูกขาและลดภาวะกระดูกพรุน^{[ 28 ]} ผลกระทบที่สำคัญอื่นๆ ได้แก่ การกระจายตัวของของเหลวใหม่ (ทำให้เกิดลักษณะ "หน้าบวม" ซึ่งเป็นลักษณะทั่วไปของภาพถ่ายนักบินอวกาศในสภาวะไร้น้ำหนัก) ^{[ 28 ] [ 29 ]}การเปลี่ยนแปลงในระบบหัวใจ และหลอดเลือด เนื่องจากความดันโลหิตและความเร็วการไหลเวียนของเลือดเปลี่ยนแปลงไปตามการขาดแรงโน้มถ่วง การผลิตเม็ดเลือดแดง ลดลง ความผิดปกติของสมดุล และ ระบบภูมิคุ้มกันอ่อนแอลง^{[ 30 ]}อาการเล็กน้อย ได้แก่ การสูญเสียมวลร่างกาย คัดจมูก นอนไม่หลับ ท้องอืดและหน้าบวม ผลกระทบเหล่านี้จะเริ่มกลับคืนสู่สภาพเดิมอย่างรวดเร็วเมื่อกลับสู่โลก

นอกจากนี้ หลังจาก ภารกิจ การบินอวกาศ เป็นเวลานาน นักบินอวกาศอาจประสบกับการเปลี่ยนแปลงด้านการมองเห็น^{[ 31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 35 ]}ปัญหาด้านสายตาดังกล่าวอาจเป็นข้อกังวลหลักสำหรับภารกิจการบินอวกาศห้วงลึกในอนาคต รวมถึงภารกิจที่มีลูกเรือไปยังดาวอังคาร[ ^{31 ] [ 32 ] [ 33 ] [ 34 ] [ 36 ] การสัมผัสกับ}รังสีในระดับสูงอาจส่งผลต่อการพัฒนาของหลอดเลือดแดงแข็ง^{[ 37 ]}เมื่อเร็ว ๆ นี้มีการตรวจพบลิ่มเลือดในหลอดเลือดดำภายในคอระหว่างการบิน^{[ 38 ]}

เมื่อวันที่ 31 ธันวาคม พ.ศ. 2555 การศึกษาที่ได้รับการสนับสนุน จาก NASAรายงานว่าการบินอวกาศของมนุษย์อาจเป็นอันตรายต่อสมองของนักบินอวกาศและเร่งการเกิดโรคอัลไซเมอร์ [ ^{39 ] [ 40 ] [ 41 ] ใน}เดือนตุลาคม พ.ศ. 2558 สำนักงานผู้ตรวจการทั่วไปของ NASAได้ออกรายงานอันตรายต่อสุขภาพที่เกี่ยวข้องกับการบินอวกาศของมนุษย์ รวมถึงภารกิจส่งมนุษย์ไปยังดาวอังคาร^{[ 42 ] [ 43 ]}

อาการเมารถในอวกาศ (SMS) ถือเป็นอาการเมารถ ชนิดหนึ่ง ที่รบกวนนักบินอวกาศเกือบครึ่งหนึ่งที่เดินทางไปในอวกาศ^{[ 44 ]} SMS พร้อมกับอาการคัดจมูกจากการไหลเวียนของของเหลวในศีรษะ อาการปวดศีรษะ และอาการปวดหลัง เป็นส่วนหนึ่งของกลุ่มอาการที่ซับซ้อนกว่าซึ่งประกอบกันเป็นกลุ่มอาการปรับตัวในอวกาศ (SAS) ^{[ 45 ]} SMS ได้รับการอธิบายครั้งแรกในปี 1961 ระหว่างวงโคจรที่สองของการบินอวกาศที่มีลูกเรือครั้งที่สี่ เมื่อนักบินอวกาศGherman TitovบนยานVostok 2อธิบายว่าเขารู้สึกสับสนและมีอาการทางกายภาพที่สอดคล้องกับอาการเมารถเป็นส่วนใหญ่ เป็นหนึ่งในปัญหาทางสรีรวิทยาของการบินอวกาศที่มีการศึกษามากที่สุด แต่ยังคงเป็นปัญหาสำคัญสำหรับนักบินอวกาศหลายคน ในบางกรณี มันอาจทำให้ร่างกายอ่อนแอมากจนนักบินอวกาศต้องงดเว้นจากหน้าที่การงานที่กำหนดไว้ในอวกาศ รวมถึงการพลาดการเดินอวกาศที่พวกเขาใช้เวลาหลายเดือนในการฝึกฝนเพื่อทำ^{[ 46 ]}อย่างไรก็ตาม ในกรณีส่วนใหญ่ นักบินอวกาศจะทำงานต่อไปแม้จะมีอาการต่างๆ แม้ว่าประสิทธิภาพการทำงานจะลดลงก็ตาม^{[ 47 ]}

ถึงแม้ว่านักบินอวกาศที่มีประสบการณ์มากที่สุดจะผ่านประสบการณ์ในการปฏิบัติภารกิจทางกายภาพที่เข้มงวดและท้าทายที่สุดบนโลกมาแล้ว พวกเขาก็ยังอาจได้รับผลกระทบจาก SMS ซึ่งส่งผลให้เกิดอาการคลื่นไส้อย่างรุนแรง อาเจียนพุ่ง อ่อนเพลีย รู้สึกไม่สบายตัว (รู้สึกป่วย) และปวดศีรษะ^{[ 47 ]}อาการเหล่านี้อาจเกิดขึ้นอย่างกะทันหันและไม่มีสัญญาณเตือนล่วงหน้า ทำให้นักเดินทางในอวกาศอาจอาเจียนออกมาโดยไม่ทันตั้งตัว ส่งผลให้เกิดกลิ่นแรงและของเหลวภายในห้องโดยสาร ซึ่งอาจส่งผลกระทบต่อนักบินอวกาศคนอื่นๆ^{[ 47 ]}พฤติกรรมการเคลื่อนไหวของดวงตาบางอย่างอาจเปลี่ยนแปลงไปอันเป็นผลมาจาก SMS ^{[ 48 ]}โดยทั่วไปอาการจะคงอยู่ประมาณหนึ่งถึงสามวันหลังจากเข้าสู่สภาวะไร้น้ำหนัก แต่อาจกลับมาเป็นซ้ำได้เมื่อกลับเข้าสู่แรงโน้มถ่วงของโลกหรือแม้กระทั่งหลังจากลงจอดไม่นาน SMS แตกต่างจากอาการเมารถบนโลกตรงที่เหงื่อออกและซีดมักจะน้อยหรือไม่มีเลย และการตรวจระบบทางเดินอาหารมักจะแสดงให้เห็นว่าไม่มีเสียงการเคลื่อนไหวของลำไส้ ซึ่งบ่งชี้ถึงการเคลื่อนไหวของระบบทางเดินอาหารที่ ลดลง ^{[ 49 ]}

แม้ว่าอาการคลื่นไส้และอาเจียนจะหายไปแล้ว แต่อาการทางระบบประสาทส่วนกลางบางอย่างอาจยังคงอยู่ ซึ่งอาจทำให้ประสิทธิภาพการทำงานของนักบินอวกาศลดลง^{[ 49 ]} Graybiel และ Knepton เสนอคำว่า " กลุ่มอาการโซไพต์ " เพื่ออธิบายอาการง่วงซึมและอ่อนเพลียที่เกี่ยวข้องกับอาการเมารถในปี 1976 ^{[ 50 ]}ตั้งแต่นั้นมา คำจำกัดความของพวกเขาได้รับการแก้ไขให้รวมถึง "...กลุ่มอาการที่พัฒนาขึ้นอันเป็นผลมาจากการสัมผัสกับการเคลื่อนไหวจริงหรือที่ปรากฏ และมีลักษณะเฉพาะคืออาการง่วงซึมมากเกินไป อ่อนเพลีย อ่อนเพลีย ซึมเศร้าเล็กน้อย และความสามารถในการจดจ่อกับงานที่ได้รับมอบหมายลดลง" ^{[ 51 ]}อาการเหล่านี้ร่วมกันอาจเป็นภัยคุกคามอย่างมาก (แม้จะเป็นเพียงชั่วคราว) ต่อนักบินอวกาศที่ต้องใส่ใจกับประเด็นความเป็นความตายตลอดเวลา

SMS มักถูกมองว่าเป็นความผิดปกติของระบบการทรงตัวที่เกิดขึ้นเมื่อข้อมูลทางประสาทสัมผัสจากระบบการมองเห็น (การมองเห็น) และ ระบบ รับรู้ตำแหน่งของร่างกาย (ท่าทาง ตำแหน่งของร่างกาย) ขัดแย้งกับข้อมูลที่รับรู้ผิดพลาดจากท่อครึ่งวงกลมและหินปูนในหูชั้นใน นี่คือสิ่งที่เรียกว่า 'ทฤษฎีความไม่สอดคล้องกันของระบบประสาท' และได้รับการเสนอครั้งแรกในปี 1975 โดย Reason และ Brand ^{[ 52 ]}ในทางกลับกัน สมมติฐานการเคลื่อนตัวของของเหลวชี้ให้เห็นว่าสภาวะไร้น้ำหนักจะลดแรงดันไฮโดรสแตติกบนส่วนล่างของร่างกาย ทำให้ของเหลวเคลื่อนตัวไปทางศีรษะจากส่วนที่เหลือของร่างกาย การเคลื่อนตัวของของเหลวเหล่านี้เชื่อว่าจะเพิ่มแรงดันน้ำไขสันหลัง (ทำให้ปวดหลัง) แรงดันในกะโหลกศีรษะ (ทำให้ปวดศีรษะ) และแรงดันของเหลวในหูชั้นใน (ทำให้การทำงานของระบบการทรงตัวผิดปกติ) ^{[ 53 ]}

แม้ว่าจะมีงานวิจัยมากมายที่พยายามหาทางแก้ไขปัญหา SMS แต่ปัญหานี้ก็ยังคงเป็นปัญหาต่อเนื่องสำหรับการเดินทางในอวกาศ มาตรการรับมือที่ไม่ใช้ยา เช่น การฝึกอบรมและการเคลื่อนไหวทางกายภาพอื่นๆ ส่วนใหญ่ให้ประโยชน์เพียงเล็กน้อย Thornton และ Bonato ตั้งข้อสังเกตว่า "ความพยายามในการปรับตัวก่อนและระหว่างการบิน ซึ่งบางส่วนเป็นข้อบังคับและส่วนใหญ่ยุ่งยาก ส่วนใหญ่แล้วล้มเหลวในการปฏิบัติงาน" ^{[ 54 ]}จนถึงปัจจุบัน การแทรกแซงที่พบบ่อยที่สุดคือโพรเมทาซีนซึ่งเป็นยาแก้แพ้ชนิดฉีดที่มี คุณสมบัติ ในการแก้อาเจียนแต่การง่วงซึมอาจเป็นผลข้างเคียงที่เป็นปัญหา^{[ 55 ]}ตัวเลือกทางเภสัชวิทยาอื่นๆ ที่พบบ่อย ได้แก่เมโทคลอพราไม ด์ รวมถึงการใช้สโคโพลามีน ทางปากและทางผิวหนัง แต่การง่วงนอนและการสงบสติอารมณ์ก็เป็นผลข้างเคียงที่พบบ่อยสำหรับยาเหล่านี้เช่นกัน^{[ 53 ]}

ในสภาพแวดล้อมอวกาศ (หรือสภาวะไมโครกราวิตี้) ผลกระทบของการลดน้ำหนักจะแตกต่างกันอย่างมากในแต่ละบุคคล โดยความแตกต่างทางเพศจะยิ่งเพิ่มความแปรปรวน^{[ 56 ]}ความแตกต่างในระยะเวลาของภารกิจ และขนาดตัวอย่างที่เล็กของนักบินอวกาศที่เข้าร่วมในภารกิจเดียวกัน ยังเพิ่มความแปรปรวนให้กับความผิดปกติของระบบกล้ามเนื้อและกระดูกที่พบในอวกาศ อีกด้วย ^{[ 57 ]}นอกเหนือจากการสูญเสียกล้ามเนื้อแล้ว สภาวะไมโครกราวิตี้ยังนำไปสู่การสลายตัวของกระดูก ที่เพิ่มขึ้น ความหนาแน่นของแร่ธาตุในกระดูกลดลงและความเสี่ยงต่อการแตกหักที่เพิ่มขึ้น การสลายตัวของกระดูกนำไปสู่ระดับแคลเซียม ในปัสสาวะที่เพิ่มขึ้น ซึ่งอาจนำไปสู่ความเสี่ยงที่เพิ่มขึ้นของนิ่วในไตได้^{[ 58 ]}

ในช่วงสองสัปดาห์แรกที่กล้ามเนื้อไม่ได้แบกรับน้ำหนักของร่างกายมนุษย์ระหว่างการบินในอวกาศ กล้ามเนื้อทั้งหมดจะเริ่มฝ่อลีบ กล้ามเนื้อที่ใช้ในการทรงตัวมีเส้นใยช้ามากกว่า และมีแนวโน้มที่จะฝ่อลีบมากกว่ากลุ่มกล้ามเนื้อที่ไม่ใช้ในการทรงตัว^{[ 57 ]}การสูญเสียมวลกล้ามเนื้อเกิดขึ้นเนื่องจากความไม่สมดุลในการสังเคราะห์และการสลายโปรตีน การสูญเสียมวลกล้ามเนื้อยังมาพร้อมกับการสูญเสียความแข็งแรงของกล้ามเนื้อ ซึ่งสังเกตได้หลังจากบินในอวกาศเพียง 2-5 วันในภารกิจSoyuz-3และSoyuz-8 ^{[ 57 ]}นอกจากนี้ยังพบว่าการสร้างแรงหดตัวและกำลังของกล้ามเนื้อโดยรวมลดลงเพื่อตอบสนองต่อสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ

เพื่อต่อต้านผลกระทบของสภาวะไร้แรงโน้มถ่วงต่อระบบกล้ามเนื้อและกระดูก แนะนำให้ออกกำลังกายแบบแอโรบิก ซึ่งมักจะอยู่ในรูปแบบของการปั่นจักรยานบนเครื่องบิน^{[ 57 ]}วิธีการที่มีประสิทธิภาพมากกว่านั้น ได้แก่ การออกกำลังกายแบบต้านทาน หรือการใช้ชุดเพนกวิน^{[ 57 ]} (ประกอบด้วยแถบยางยืดเย็บติดเพื่อรักษาแรงดึงบนกล้ามเนื้อต้านแรงโน้มถ่วง) การเหวี่ยง และการสั่นสะเทือน^{[ 58 ]}การเหวี่ยงจะจำลองแรงโน้มถ่วงของโลกบนสถานีอวกาศ เพื่อป้องกันการฝ่อของกล้ามเนื้อ การเหวี่ยงสามารถทำได้โดยใช้เครื่องเหวี่ยงหรือโดยการปั่นจักรยานไปตามผนังด้านในของสถานีอวกาศ^{[ 57 ]}พบว่าการสั่นสะเทือนทั่วร่างกายช่วยลดการสลายตัวของกระดูกผ่านกลไกที่ไม่ชัดเจน การสั่นสะเทือนสามารถส่งได้โดยใช้อุปกรณ์ออกกำลังกายที่ใช้การเคลื่อนที่ในแนวดิ่งที่อยู่ติดกับจุดหมุน หรือโดยใช้แผ่นที่แกว่งบนแกนแนวตั้ง^{[ 59 ]}การใช้เบต้า-2 อะดรีเนอร์จิก อะโกนิสต์เพื่อเพิ่มมวลกล้ามเนื้อ และการใช้กรดอะมิโนจำเป็นร่วมกับการออกกำลังกายแบบต้านทาน ได้รับการเสนอให้เป็นวิธีการทางเภสัชวิทยาเพื่อต่อสู้กับการฝ่อของกล้ามเนื้อในอวกาศ^{[ 57 ]}

นอกจากระบบโครงกระดูกและกล้ามเนื้อแล้ว ระบบหัวใจและหลอดเลือดจะรับภาระน้อยลงในสภาวะไร้น้ำหนักเมื่อเทียบกับบนโลก และจะเสื่อมสภาพลงในระหว่างที่อยู่ในอวกาศเป็นเวลานาน^{[ 60 ]}ในสภาพแวดล้อมปกติ แรงโน้มถ่วงจะออกแรงดึงลง ทำให้เกิดความแตกต่างของความดันไฮโดรสแตติกในแนวตั้ง เมื่อยืนอยู่ ของเหลวส่วนเกินบางส่วนจะอยู่ในหลอดเลือดและเนื้อเยื่อของขา ในสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงต่ำมาก เมื่อไม่มีความแตกต่างของความดันไฮโดรสแตติกของเหลวบางส่วนจะกระจายตัวไปยังหน้าอกและส่วนบนของร่างกายอย่างรวดเร็ว และอาจถูกรับรู้ว่าเป็นปริมาณเลือดที่ไหลเวียนมากเกินไป^{[ 61 ]}ในสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงต่ำมาก ปริมาณเลือดส่วนเกินที่รับรู้ได้ใหม่นี้จะถูกปรับโดยการขับของเหลวส่วนเกินเข้าไปในเนื้อเยื่อและเซลล์ (ปริมาตรลดลง 12-15%) และเม็ดเลือดแดงจะถูกปรับลงเพื่อรักษาระดับความเข้มข้นให้เป็นปกติ ( ภาวะ โลหิตจางสัมพัทธ์ ) ^{[ 61 ]}ในกรณีที่ไม่มีแรงโน้มถ่วง เลือดดำจะไหลไปยังห้องหัวใจด้านขวา อย่างรวดเร็ว เนื่องจากแรงโน้มถ่วงไม่ดึงเลือดลงไปยังหลอดเลือดที่ขาและช่องท้องอีกต่อไป ส่งผลให้ปริมาตรเลือดที่สูบฉีด ออกจากหัวใจเพิ่ม ขึ้น^{[ 62 ]}การเปลี่ยนแปลงของของเหลวเหล่านี้จะอันตรายมากขึ้นเมื่อกลับสู่สภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงปกติ เนื่องจากร่างกายจะพยายามปรับตัวให้เข้ากับการกลับมาของแรงโน้มถ่วง การกลับมาของแรงโน้มถ่วงอีกครั้งจะดึงของเหลวลง แต่ในครั้งนี้จะมีปริมาณของเหลวที่ไหลเวียนและเม็ดเลือดแดงไม่เพียงพอ การลดลงของความดันในการเติมหัวใจและปริมาตรเลือดที่สูบฉีดออกจากหัวใจในระหว่างภาวะเครียดจากการเปลี่ยนท่าทางเนื่องจากปริมาตรเลือดลดลงเป็นสาเหตุที่ทำให้เกิดภาวะทนต่อการเปลี่ยนท่าทางไม่ ได้ ^{[ 63 ]}ภาวะทนต่อการเปลี่ยนท่าทางไม่ได้อาจส่งผลให้สูญเสียสติและท่าทางชั่วคราวเนื่องจากความดันและปริมาตรเลือดที่สูบฉีดออกจากหัวใจไม่เพียงพอ^{[ 64 ]}สัตว์บางชนิดได้พัฒนาลักษณะทางสรีรวิทยาและกายวิภาคศาสตร์ (เช่น ความดันโลหิตไฮโดรสแตติกสูงและตำแหน่งหัวใจที่อยู่ใกล้ศีรษะมากขึ้น) ซึ่งช่วยให้พวกมันสามารถต่อต้านความดันโลหิตจากการเปลี่ยนท่าทางได้^{[ 65 ] [ 66 ]}อาการไม่ทนต่อการยืนเป็นเวลานานอาจส่งผลให้เกิดอาการเพิ่มเติม เช่น คลื่นไส้ปัญหาการนอนหลับและอาการร้อนวูบวาบอื่นๆ^{[ 67 ]}

การศึกษาวิจัยหลายชิ้นเกี่ยวกับผลกระทบทางสรีรวิทยาของสภาวะไร้น้ำหนักต่อระบบหัวใจและหลอดเลือดนั้นดำเนินการในเที่ยวบินพาราโบลา ซึ่งเป็นหนึ่งในทางเลือกที่เป็นไปได้เพียงไม่กี่ทางที่จะนำมาใช้ร่วมกับการทดลองในมนุษย์ ทำให้เที่ยวบินพาราโบลาเป็นวิธีเดียวที่จะตรวจสอบผลกระทบที่แท้จริงของสภาพแวดล้อมไมโครจีต่อร่างกายโดยไม่ต้องเดินทางไปในอวกาศ^{[ 68 ]}การศึกษาเที่ยวบินพาราโบลาได้ให้ผลลัพธ์ที่หลากหลายเกี่ยวกับการเปลี่ยนแปลงในระบบหัวใจและหลอดเลือดในสภาพแวดล้อมไมโครจี การศึกษาเที่ยวบินพาราโบลาได้เพิ่มความเข้าใจเกี่ยวกับภาวะทนต่อการยืนไม่ไหวและการไหลเวียนของเลือดส่วนปลายลดลงที่นักบินอวกาศประสบเมื่อกลับสู่โลก เนื่องจากการสูญเสียเลือดในการสูบฉีด หัวใจอาจฝ่อในสภาพแวดล้อมไมโครจี หัวใจที่อ่อนแออาจส่งผลให้ปริมาณเลือดต่ำ ความดันโลหิตต่ำ และส่งผลต่อความสามารถของร่างกายในการส่งออกซิเจนไปยังสมองโดยที่บุคคลนั้นไม่รู้สึกเวียนศีรษะ^{[ 69 ]} นอกจากนี้ยังพบ ความผิดปกติของจังหวะการเต้นของหัวใจในหมู่นักบินอวกาศ แต่ยังไม่ชัดเจนว่าเป็นผลมาจากสภาวะที่มีอยู่ก่อนแล้วหรือเป็นผลกระทบจากสภาพแวดล้อมไมโครจี^{[ 70 ]}มาตรการแก้ไขในปัจจุบันวิธีหนึ่ง ได้แก่ การดื่มสารละลายเกลือ ซึ่งจะเพิ่มความหนืดของเลือดและทำให้ความดันโลหิตสูงขึ้น ซึ่งจะช่วยบรรเทาอาการไม่ทนต่อความดันโลหิตต่ำเมื่ออยู่ในสภาพแวดล้อมที่มีแรงโน้มถ่วงต่ำ อีกมาตรการแก้ไขหนึ่ง ได้แก่ การให้ยาmidodrineซึ่งเป็น ตัวกระตุ้นตัวรับ อัลฟา-1อะดรีเนอร์จิกแบบเลือกเฉพาะ Midodrine ทำให้หลอดเลือดแดงและหลอดเลือดดำหดตัว ส่งผลให้ความดันโลหิตสูงขึ้นโดยปฏิกิริยาตอบสนองของบาร์โอรีเซปเตอร์^{[ 71 ]}

นักวิทยาศาสตร์ชาวรัสเซียได้สังเกตเห็นความแตกต่างระหว่างแมลงสาบที่เกิดในอวกาศกับแมลงสาบที่เกิดบนโลก แมลงสาบที่เกิดในอวกาศเติบโตเร็วกว่า และยังโตเร็วและแข็งแรงกว่าอีกด้วย^{[ 72 ]}

ไข่ไก่ที่นำไปไว้ในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วงสองวันหลังจากการปฏิสนธิดูเหมือนจะไม่เจริญเติบโตอย่างเหมาะสม ในขณะที่ไข่ที่นำไปไว้ในสภาวะไร้แรงโน้มถ่วงนานกว่าหนึ่งสัปดาห์หลังจากการปฏิสนธิจะเจริญเติบโตตามปกติ^{[ 73 ]}

การทดลองกระสวยอวกาศในปี 2006 พบว่าSalmonella typhimuriumซึ่งเป็นแบคทีเรียที่ทำให้เกิดอาหารเป็นพิษ มีความรุนแรงมากขึ้นเมื่อเพาะเลี้ยงในอวกาศ^{[ 74 ]}เมื่อวันที่ 29 เมษายน 2013 นักวิทยาศาสตร์ในสถาบัน Rensselaer Polytechnic Institute ซึ่งได้รับทุนสนับสนุนจาก NASA รายงานว่า ในระหว่างการบินอวกาศบนสถานีอวกาศนานาชาติจุลินทรีย์ดูเหมือนจะปรับตัวเข้ากับสภาพแวดล้อมในอวกาศในรูปแบบที่ "ไม่พบเห็นบนโลก" และในรูปแบบที่ "สามารถนำไปสู่การเพิ่มขึ้นของการเจริญเติบโตและความรุนแรง " ^{[ 75 ]}

ภายใต้เงื่อนไขการทดสอบบางประการ พบว่าจุลินทรีย์สามารถเจริญเติบโตได้ในสภาวะเกือบไร้น้ำหนักในอวกาศ^{[ 76 ]}และสามารถอยู่รอดได้ในสุญญากาศของอวกาศภายนอก^{[ 77 ] [ 78 ]}

แม้ว่าจะยังไม่มีการใช้งานเชิงพาณิชย์ แต่ก็มีความสนใจในการปลูกผลึกในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ เช่น ในสถานีอวกาศ หรือ ดาวเทียมเทียมอัตโนมัติผ่านกระบวนการทางวิศวกรรมแรงโน้มถ่วงต่ำเพื่อพยายามลดข้อบกพร่องของโครงสร้างผลึก^{[ 79 ]}ผลึกที่ปราศจากข้อบกพร่องดังกล่าวอาจมีประโยชน์สำหรับการใช้งานไมโครอิเล็กทรอนิกส์บางอย่าง และยังใช้ในการผลิตผลึกสำหรับการวิเคราะห์โครงสร้างผลึกด้วยรังสีเอกซ์ ในภายหลัง ได้ อีกด้วย

ในปี 2017 มีการทดลองบนสถานีอวกาศนานาชาติ (ISS) เพื่อตกผลึกยาโมโนโคลนอลแอนติบอดีเพมโบรลิซูแมบซึ่งผลลัพธ์แสดงให้เห็นอนุภาคผลึกที่สม่ำเสมอและเป็นเนื้อเดียวกันมากกว่าเมื่อเทียบกับกลุ่มควบคุมบนพื้นดิน^{[ 80 ]}อนุภาคผลึกที่สม่ำเสมอดังกล่าวสามารถช่วยให้การเตรียมยาแอนติบอดีที่มีความเข้มข้นสูงและปริมาณน้อยเหมาะสมสำหรับการบริหารยาใต้ผิวหนังซึ่งเป็นวิธีการที่ไม่รุกรานมากนักเมื่อเทียบกับวิธีการบริหารยาทางหลอดเลือดดำ ที่เป็นที่นิยมในปัจจุบัน ^{[ 81 ]}

• 
  ภาพเปรียบเทียบการเดือดของน้ำภายใต้แรงโน้มถ่วงของโลก (1 g, ซ้าย) และสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง (ขวา) แหล่งความร้อนอยู่บริเวณส่วนล่างของภาพ
• 
  ภาพเปรียบเทียบการเผไหม้ของเทียนบนโลก (ซ้าย) กับสภาวะไร้แรงโน้มถ่วง เช่น บนสถานีอวกาศนานาชาติ (ขวา)
• 
  ผลึกโปรตีนที่ปลูกโดยนักวิทยาศาสตร์ชาวอเมริกันบนสถานีอวกาศMir ของรัสเซีย ในปี 1995 ^{[ 82 ]}
• 
  การเปรียบเทียบการเจริญเติบโตของ ผลึก อินซูลินในอวกาศ (ซ้าย) และบนโลก (ขวา)
• ของเหลวอาจมีพฤติกรรมแตกต่างไปจากบนโลก ดังที่แสดงให้เห็นในวิดีโอนี้

ไอแซค นิวตันได้อธิบายถึงความเข้าใจที่จำเป็นต่อการอธิบายปรากฏการณ์ไร้น้ำหนักในศตวรรษที่ 17

คอนสแตนติน ซิโอลคอฟสกีได้อธิบายถึงสภาวะไร้น้ำหนักในวงโคจร

ในช่วงทศวรรษ 1950 สองพี่น้องฟริตซ์ ฮาเบอร์และไฮนซ์ ฮาเบอร์เสนอให้ใช้การบินแบบพาราโบลาเพื่อจำลองสภาวะไร้น้ำหนัก

คำจำกัดความของคำว่า"ไร้แรงโน้มถ่วง"ในพจนานุกรม Wiktionary Media ที่เกี่ยวข้องกับ"ไร้น้ำหนัก"ใน Wikimedia Commons

• ศูนย์ไมโครกราวิตี้ เก็บถาวรเมื่อ 2011-07-26 ที่Wayback Machine
• วิธีการทำงานของสภาวะไร้น้ำหนักที่HowStuffWorks
• นาซา - การวิจัยอวกาศ - การวิจัยสรีรวิทยาของมนุษย์และสถานีอวกาศนานาชาติ: การรักษาสุขภาพให้แข็งแรงตลอดการเดินทาง
• " ทำไมนักบินอวกาศจึงไร้น้ำหนัก? " วิดีโออธิบายความเข้าใจผิดเกี่ยวกับ "แรงโน้มถ่วงเป็นศูนย์"
• ภาพรวมของการประยุกต์ใช้งานและวิธีการในสภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ
• มีการวิพากษ์วิจารณ์คำว่า "สภาวะไร้แรงโน้มถ่วง" และ "สภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำ"พร้อมทั้งเรียกร้องให้ใช้คำศัพท์ที่สะท้อนหลักฟิสิกส์ที่ถูกต้อง (บทความจาก sci.space)
• คอลเล็กชันสภาวะไมโครกราวิตี้ หอจดหมายเหตุและเอกสารพิเศษ มหาวิทยาลัยอลาบามา ฮันต์สวิลล์
• งานวิจัยด้านชีววิทยาอวกาศที่ศูนย์วิจัย AU-KBC
• จาลา, ธวานี; คะน้า, เราซาเฮบ; ซิงห์, รานา (2014) "สภาวะแรงโน้มถ่วงต่ำเปลี่ยนแปลงการเจริญเติบโตและการลุกลามของมะเร็ง" เป้าหมายยารักษามะเร็งในปัจจุบัน14 (4): 394– 406. ดอย : 10.2174/1568009614666140407113633 . PMID24720362  .​
• Tirumalai, Madhan R.; Karouia, Fathi; Tran, Quyen; Stepanov, Victor G.; Bruce, Rebekah J.; Ott, C. Mark; Pierson, Duane L.; Fox, George E. (ธันวาคม 2017). "การปรับตัวของเซลล์ Escherichia coli ที่ปลูกในสภาวะจำลองแรงโน้มถ่วงต่ำเป็นระยะเวลานานนั้นมีทั้งลักษณะทางฟีโนไทป์และจีโนม" . npj Microgravity . 3 (1): 15. doi : 10.1038/s41526-017-0020-1 . PMC  5460176 . PMID  28649637 .