Manusia modern Homo sapiens yang muncul pertama kali muncul di Afrika Timur pada 300.000 tahun lalu maupun kera besar genus Homo yang jadi nenek moyang manusia hadir di Bumi 2,3 juta-2,4 juta tahun lalu, tumbuh di lingkungan dengan tarikan gravitasi normal di permukaan Bumi. Manusia tak pernah berevolusi di udara, apalagi di luar angkasa.
Karena itu, sejak manusia berencana terbang menuju orbit pada dekade 1950an, banyak ketakutan membayangi manusia tentang apa yang bakal terjadi pada tubuh mereka di lingkungan dengan gravitasi mikro.
Apa yang akan terjadi pada manusia saat mengalami kondisi tanpa bobot? Selain tubuh menjadi melayang-layang, apakah gravitasi mikro akan membuat tulang hancur dan otak manusia meledak?
Ketidaktahuan itu akhirnya membawa manusia menerbangkan sejumlah binatang uji ke orbit. Ada tikus, lalat buah, hingga anjing yang dijadikan percobaan demi membuktikan bahwa hewan-hewan tersebut mampu bertahan di luar angkasa.
Meski sebagian binatang itu akhirnya mati saat kembali ke Bumi, pengetahuan yang diperoleh dari binatang uji itu menjadi bekal manusia untuk pergi ke luar angkasa.
Sejak Yuri Gagarin menjadi manusia pertama yang berhasil mengorbit Bumi pada 1961 hingga kini, nyatanya manusia tidak hanya bisa hidup di luar angkasa, tetapi juga semakin berkembang.
Karena itu, orbit rendah Bumi yang sudah jadi tempat langganan manusia di luar angkasa saja tidak cukup. Sekarang, manusia ingin memastikan kembali kehadirannya di Bulan secara berkelanjutan. Bahkan kini, manusia pun bersiap menuju Mars.
“Ada banyak adaptasi yang dilakukan dan semua itu seperti bertransformasi,” kata astronot Badan Antariksa Eropa (ESA) Luca Parmitano kepada wartawan Inggris Richard Hollingham pada 2019. Kemampuan beradaptasi itu pula yang membuat akhirnya manusia dan nenek moyangnya mampu bertahan di Bumi hingga jutaan tahun.
Parmitano yang kini berusia 49 tahun, seperti ditulis Hollingham di BBC, 8 Juli 2026, pernah bertugas di Stasiun Luar Angkasa Internasional (ISS) selama sekitar enam bulan pada 2013 dan 2019-2020.
Kini dia bersiap menjadi salah satu awak dalam misi Artemis III pada 2027 yang akan menguji sistem dan operasi wahana serta pakaian untuk pendaratan manusia di Bulan yang akan dilakukan dalam misi Artemis IV pada tahun 2028.
Dengan gravitasi mikro, maka tubuh tidak perlu lagi mengatasi gaya gravitasi normal dalam setiap gerakan seperti yang terjadi di Bumi.
Setelah beberapa hari tiba di luar angkasa, tulang antariksawan akan kehilangan kalsium dan ototnya mulai memburuk, termasuk otot yang ada pada jantung. Kepala mereka akan kian bulat dan kaki mengecil akibat cairan tubuh bergerak ke tubuh bagian atas sebagai konsekuensi dari gravitasi mikro. Pada saat bersamaan, sinus jadi lebih mudah tersumbat.
Dengan gravitasi mikro, maka tubuh tidak perlu lagi mengatasi gaya gravitasi normal dalam setiap gerakan seperti yang terjadi di Bumi. Akibatnya, dalam beberapa minggu saja, tulang akan keropos karena tidak lagi menahan berat badan dan otot menyusut karena tidak digunakan lagi untuk berjalan, berlari, atau membawa dan mengangkat barang.
Semua perubahan itu tak akan menjadi masalah selama antariksawan menghabiskan sisa hidup di luar angkasa. Masalahnya, mereka harus kembali ke Bumi dan beradaptasi dalam lingkungan dengan gravitasi normal kembali. Antariksawan butuh empat tahun agar tulang mereka bisa beradaptasi kembali seperti sebelum mereka pergi ke luar angkasa.
Segala perubahan pada tubuh manusia setelah ke luar angkasa itu terdokumentasi rapi selama lebih 60 tahun perjalanan manusia ke luar angkasa. Namun dampak gravitasi mikro pada otak belum sepenuhnya dipahami. Padahal, otak merupakan organ terpenting pada tubuh manusia.
“Jika antariksawan tidak membawa otak yang efektif ke luar angkasa dan otak yang mampu berfungsi dengan baik di luar angkasa, maka semuanya akan sia-sia,’ kata dokter bedah penerbangan ESA Alessandro Alcibiade.
Penelitian tentang dampak penerbangan luar angkasa pada otak masih terbatas. Salah satunya pada ‘Studi Kembar’ yang membandingkan kondisi otak astronot Amerika Serikat Scott Kelly yang menghabiskan waktu satu tahun di ISS pada Maret 2015-Maret 2016 dengan saudara kembarnya Mark Kelly yang tetap berada di Bumi.
Kemampuan kognitif Scott selama berada di ISS tidak banyak berubah dibanding Mark yang tetap di Bumi. Namun setelah enam bulan kembali ke Bumi, kemampuan berpikir atau kognitif Scott justru lebih turun dibanding Mark.
Hasil studi yang dipublikasikan di jurnal Science, 12 April 2019 menunjukkan kemampuan kognitif Scott selama berada di ISS tidak banyak berubah dibandingkan Mark yang tetap di Bumi. Namun setelah enam bulan kembali ke Bumi, kemampuan berpikir atau kognitif Scott justru lebih turun dibandingkan Mark.
Studi terbaru yang dilakukan tim dari Birkbeck College, Universitas London, Inggris dan diunggah di jurnal Frontiers in Psychology, 30 April 2026, menunjukkan paparan gravitasi mikro mengubah struktur dan fungsi otak.
Riset tersebut dilakukan dengan mengumpulkan 15 penelitian yang merekam citra otak terhadap 377 responden, baik antariksawan maupun sukarelawan simulasi penerbangan luar angkasa yang ada di Bumi.
Perubahan itu, menurut peneliti utama studi tersebut yang merupakan profesor ilmu saraf kognitif Elisa R Ferrè, merupakan bentuk neuroplastisitas alias sifat dari otak yang mudah berubah. Sama seperti tubuh yang beradaptasi di luar angkasa, otak juga melakukan hal sama.
Otak beradaptasi dengan menyusun ulang dirinya dalam lingkungan yang baru. Perubahan itu terjadi di bagian otak yang mengendalikan gerakan, keseimbangan, hingga kesadaran tubuh.
Perubahan yang lain terjadi di bagian operkulum, yaitu bagian dari korteks (lapisan tipis yang menjadi permukaan luar otak besar) yang berfungsi sebagai ‘penutup’ atau ‘pelindung’ otak, tempat semua sinyal dari seluruh tubuh bertemu dan diproses secara multisensori.
Berbagai perubahan itu menunjukkan otak manusia berevolusi terhadap gravitasi. Masalahnya, “Kita tidak merasakan gravitasi dengan cara sama seperti kita merasakan perubahan warna, cahaya, suhu, atau suara. Gravitasi adalah fitur konstan dari lingkungan yang diterima dan diproses oleh otak manusia,” tambah Ferrè.
Gravitasi merupakan sinyal pertama yang diterima janin saat mereka masih berkembang. Saat manusia tumbuh, mereka akan otomatis mengkompensasi gravitasi Bumi yang mereka rasakan melalui gerakan otot yang menyesuaikan dengan tarikan gaya gravitasi tersebut.
Hal ini berarti, meski otak manusia tidak beradaptasi di luar angkasa, risiko mereka mengalami cedera akan senantiasa ada sebagai respon dari gerakan mereka terhadap gravitasi Bumi.
Paparan gravitasi mikro itu mengubah struktur dan fungsi otak.
Masalahnya, seberapa cepat perubahan struktur otak itu merespon perubahan kondisi yang terjadi?
Tengoklah astronot Apollo yang berjalan di permukaan Bulan. Rekaman videp jelas menunjukkan buruknya postur tubuh mereka akibat beratnya pakaian antariksa yang mereka kenakan dan sulitnya mereka menjaga keseimbangan dan pergerakan tubuh akibat gravitasi di Bulan hanya seperenam dari gravitasi di Bumi.
Otak sebenarnya bisa melakukan kalibrasi ulang atas perubahan besaran gravitasi yang terjadi, tetapi semua itu butuh waktu dan sumber daya. Proses kalibrasi yang membutuhkan waktu itu terlihat dari bagaimana antariksawan harus beradaptasi sejak baru tiba di ISS, tinggal di ISS selama beberapa bulan, hingga kembali lagi ke Bumi.
Saat antariksawan baru tiba di ISS, mereka umumnya akan mengalami kecanggungan pada beberapa hari pertama bertugas di ISS hingga mereka akan sering menabrak dinding kabin atau ragu dalam memindahkan barang-barang. Sebab, tindakan tersebut bisa dilakukan tanpa mengeluarkan tenaga.
Selanjutnya, mereka pun beradaptasi hingga bisa melakukan berbagai gerakan dengan aman di ISS. Namun ketika balik ke Bumi, mereka pun harus beradaptasi lagi dengan gravitasi normal Bumi.
Persoalannya, bagaimana jika misi ke luar angkasa itu berlangsung dalam jangka panjang? Di masa depan, tujuan penjelajah manusia yakni pergi ke Bulan dan Mars yang kini sudah jadi target AS maupun China. Untuk misi yang memakan waktu bertahun-tahun itu, antariksawan perlu melakukan transisi dari kondisi dengan gravitasi dan tanpa gravitasi terus menerus.
Sebagai gambaran, untuk misi ke Mars, setidaknya butuh waktu sekitar sembilan bulan untuk perjalanan dari Bumi ke Mars, 18 bulan tinggal di Mars, dan sembilan bulan untuk perjalanan kembali. Selama di perjalanan, antariksawan akan beradaptasi dengan kondisi gravitasi mikro.
Setiba di Mars, mereka akan menyesuaikan lagi dengan gravitasi Mars yang mencapai sepertiga gravitasi Bumi. Selanjutnya, mereka harus beradaptasi lagi dengan gravitasi mikro selama perjalanan pulang dan menyesuaikan dengan gravitasi penuh Bumi saat tiba kembali di Bumi.
Otak sebenarnya bisa melakukan kalibrasi ulang atas perubahan besaran gravitasi yang terjadi, tetapi semua itu butuh waktu dan sumber daya.
Otak membutuhkan waktu untuk beradaptasi. Jika selama ini otot dan tulang bisa dilatih agar tetap dalam kondisi prima, namun otak yang mengendalikan gerakan itu tidak mungkin dilatih lebih dulu.
“ Manusia bisa memiliki roket yang luar biasa, tetapi jika tidak mampu mengemudikannya, tidak mampu membuat keputusan yang tepat akibat perubahan sensorimotor, maka itu bisa menjadi masalah,” tambah Ferrè.
Karena itu, antariksawan perlu didukung dan difasilitasi sehingga bisa melakukan proses adaptasi. Untuk bisa beradaptasi dengan perubahan gravitasi, solusi yang sering muncul yakni dengan membangun pesawat antariksa yang mampu menumbukan dengan gravitasi buatan.
Model pesawat antariksa tersebut mirip seperti dalam cerita atau film fiksi ilmiah yaitu pesawat yang memiliki banyak roda raksasa dan bisa menggabungkan banyak gaya sentrifugal.
“Itu adalah solusi terbaik karena bukan hanya membantu mengatasi masalah kehilangan massa tulang dan otot, tetapi juga membantu mengondisikan otak,” kata Alcibiade. Namun, sejauh ini solusi terbaik itu belum bisa diwujudkan karena biayanya sangat mahal.
Untuk mengatasi tantangan biaya itu, Ferrè mengembangkan teknikbaru menggunakan arus listrik kecil guna menstimulasi bagian-bagian penting di otak yang merasakan gravitasi. Dengan demikian, fleksibilitas antariksawan saaat beradaptasi dengan gravitasi bisa senantiasa di jaga.
Jika rancangan solusi itu nantinya bisa diwujudkan, termasuk temuan-temuan lain untuk mengatasi dampak perubahan gravitasi pada tubuh manusia, maka akan mendorong manusia untuk menjelajah lebih jauh ke berbagai penjuru Tata Surya.
