Mer än 500 personer har hittills rest ut i rymden och, medan vi vet lite om hur liv utan gravitation påverkar vår fysiska hälsa, vi vet nästan ingenting om hur det påverkar våra sinnen.

Så, mina kollegor och jag har lanserat oss själva, riggar av utrustning och våra deltagare till "zero gravity flight" för att utföra experiment. Det är ett spännande – och ibland extremt kvalmande – liv, men det öppnar nya fönster till hur vi tänker och uppfattar olika i rymden. Detta är utan tvekan viktigt om vi vill kolonisera yttre rymden.

Viktlöshet är en nyckelkomponent i rymdfärdsupplevelsen. Sedan de första rymduppdragen, dock, det har varit uppenbart att tyngdlöshet orsakar en mängd olika hälsoproblem – särskilt nedbrytande muskelmassa, orsakar desorientering och dimsyn.

Detta borde inte vara förvånande eftersom alla levande organismer har utvecklats under den konstanta "1g" av gravitationskraften. Men vi måste också ta reda på hur tyngdlöshet påverkar vår uppfattning och vårt beteende. Utan att gå till den internationella rymdstationen (ISS), det bästa sättet att göra detta är på en tyngdkraftsfri flygning. Under dessa flygningar, ett ombyggt Airbus A310-flygplan följer en parabels bana. Detta innebär att det växlar mellan stigningar och nedgångar, vid 45° lutningsvinkel.

Varje parabel börjar med en "uppdragande" accelerationsfas där gravitationsbelastningen är dubbel jordgravitation (hypergravitation, 2 g). Detta varar cirka 20 sekunder. Piloterna lät sedan flygplanet falla i "fritt fall". Under de kommande 20 sekunderna, allt och alla ombord på flygplanet är utsatta för viktlöshet (mikrogravitation, 0g). När farkosten når en viss lutningsvinkel, piloterna utför en "pull-out" acceleration, där gravitationen återigen är dubbel. Detta upprepas upp till 30 gånger och hela flygningen tar cirka tre timmar.

Buig åktur

Att göra vetenskap på dessa berg-och-dalbana paraboliska flygmanövrar är mycket utmanande. Det finns svåra tidsbegränsningar. Oavsett vad experimentet kräver, det måste utföras på cirka 20 sekunder.

Eftersom flera experiment måste gå upp tillsammans, utrymmet är också trångt. Så, glöm bekvämligheten av ett labb. Istället, visualisera en 1,5 x 1,5 meter tilldelad livsmiljö – där din utrustning, experimenterare och deltagare behöver alla passa. Du kan inte riskera misstag så varje experimentsteg, även varje rörelse, måste planeras perfekt. Dessa rörelser måste också vara perfekt synkroniserade med fall och lyft av planet. Som en dans, vi koreograferar och repeterar dagarna innan lyft.

Till mig, den verkliga utmaningen med att göra vetenskap på en parabolisk flygning är att hantera åksjuka. Det är inte av en slump att parabolflyg har fått smeknamnet "Vomit Comet".

På jorden, vi har ett system i vårt inneröra som talar om för oss riktningen och mängden av gravitationskraften, i förhållande till våra huvudens position (det vestibulära systemet). I viktlöshet, 1g-draget vi har upplevt hela vårt liv försvinner. Det vestibulära systemet kan inte längre fungera som det ska, leder ofta till rymdåksjuka (som efterliknar en allvarlig åksjuka), illamående och kräkningar.

Vetenskapen

Varför ge sig ut på ett sådant äventyr? Detta är den ultimata gränsen för att förstå hur hjärnan kan anpassa sig till nya miljöer och krav inom mikrogravitation. På ett praktiskt plan, att förstå hjärnans svar på viktlöshet är nödvändigt för att säkerställa framgång och säkerhet för framtida bemannade rymduppdrag.

Vi har också undersökt gravitationens inverkan på uppfattningen av vår egen kroppsvikt. Hittills har forskningen till stor del tittat på hur samhälle och kultur påverkar kroppsviktuppfattningen. Och vi vet att kroppstillfredsställelse, kroppsuppfattning och risk för ätstörningar spelar roll.

Dock, den verkliga vikten av vår kropp – som alla andra föremål på jorden – beror på tyngdkraften. På grund av detta, vi förutspådde hur vi uppfatta vår egen kroppsvikt skulle också vara beroende av tyngdkraften. Vi bad deltagarna att uppskatta vikten av sin hand och deras huvud både i normal jordbunden gravitation och under exponering för mikrogravitation och hypergravitation på en European Space Agencys parabolflygkampanj vid German Aerospace Center (DLR Cologne).

Vi visade att gravitationsförändringar gav snabba förändringar i upplevd vikt:det fanns en ökning av upplevd vikt under hypergravitation, och en minskning under mikrogravitation.

Även om detta kan tyckas självklart – vår faktiska vikt ändras därefter – är det viktigt, eftersom uppfattningar om vår kroppsvikt, form och position är avgörande för framgångsrik rörelse och interaktion med vår omgivning. Det faktum att vi forskar om så grundläggande saker visar bara hur lite vi faktiskt vet om det. Tänka, till exempel, att du är en astronaut som styr spakar för att styra en robotisk rymdarm. Att missförstå vikten av din egen arm kan få dig att dra för hårt, svänga armen in i sidan av din rymdfarkost.

I sista hand, vi strävar efter att förstå hur den mänskliga hjärnan bygger en representation av gravitationen och använder den i kognition för att styra beteendet. Vi har tidigare visat att gravitationen kan påverka hur vi fattar beslut, med brist på det kan göra oss mer riskvilliga. This sort of research has never been more timely and it yields advantages for enhancing human performance in upcoming space exploration.

We may have underestimated the effects of gravity on our cognition so far because gravity is so stable on Earth. It is arguably the most persistent sensory signal in the brain. I predict the next couple of decades will reveal a lot about how gravity has been affecting the way we think, feel and act—without us even noticing.

In the meantime, I am enjoying the ride—weightlessness is the best experience I have ever had. The pilots announce "3, 2, 1, INJECT, " and there you are floating. There are no bodily constraints, just effortless movements and unpredicted movements of your limbs that lead to euphoria, excitement and enhanced awareness of your body. It is very hard to sum up experience—I can only say it's a feeling of awe and freedom.

Den här artikeln är återpublicerad från The Conversation under en Creative Commons-licens. Läs originalartikeln.