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最危险的职业!长期生活在太空中的宇航员身上发生的一些可怕变化

时间:2017-11-02 来源:互联网 作者: 标签:太空   宇航员   

对人体来说,太空飞行造成最严重影响的器官也许是大脑。

本文引用地址: http://www.21ic.com/chongdian/crazy/2017-11-02/743184.html

根据从国际空间站返回的宇航员身上所提取的数据,宇航员在太空面临的最大问题之一是,他们的肌肉和骨骼会发生退化。由于微重力环境下,宇航员不需要像在地面上那样,经常性地用到肌肉——比如站立时需要使用的背部或腿部肌肉——因此它们会迅速退化。事实上,美国宇航局(NASA)的记录显示,有的宇航员在抵达国际空间站的短短11天时间里,肌肉质量就萎缩了20%。为了抵御太空环境中的肌肉和骨骼退化,美国宇航局启动了“数字宇航员项目”,使用计算机模拟技术来提高本已十分严格的宇航员训练强度。

此外,当宇航员生活在低重力环境中时,他们的体液也会受到显著影响。人体约有三分之二的成分是水,正如你在很多视频中看到的,宇航员有时会在太空中摆弄悬浮的水滴,失重状态下的水的确会表现出奇特的样子。虽然视频看上去很有趣,但这会对人体调节体内重要生理过程的能力造成严重影响。当宇航员初次抵达国际空间站时,他们会出现类似于普通感冒的症状(面部浮肿和鼻塞),这是因为他们的体液转移到了身体的上半部分。

随着宇航员的身体渐渐适应失重环境,他们的体液分布会变得更加均匀,身体也不再需要那么费力地去调节血压。虽然这听起来像是好消息,但事实证明,它可能带来一些非常不利的副作用,比如血容量减少20%,这可能导致心脏功能退化,因为它能泵的血量变少了。

尽管科学家还发现了其他一些有趣的生理现象(比如,一位宇航员无法流泪,因为眼泪会凝聚成一个水球;或是有人失去了味觉),但对人体来说,太空飞行造成最严重影响的器官也许是大脑。虽然进入太空能够带来一些积极的心理影响(比如“总观效应”,或是从太空俯瞰地球所产生的内心平和感),但通常来说,宇航员总是处于持续的高压状态。

虽然在失重状态下翻跟头听起来很好玩,但我们必须考虑到,宇航员生活在充满未知的高风险环境中,这意味着,最细微的错误也可能关乎生死。即使做了万全准备,国际空间站也曾出现过一些险情。

2013年,意大利宇航员卢卡·帕米塔诺(Luca Parmitano)在执行太空任务时,不得不提前终止太空行走,因为他航天服中的水开始向头盔渗漏,险些将他淹死。帕米塔诺日后回忆起这段经历时说,当水开始渗漏到头盔时,他感觉自己就像是“鱼缸里的一条金鱼”。

由于液体在微重力环境中的运动方式会发生改变(它们会凝聚成球,四处飘浮),因此,当水渗漏到头盔后,帕米塔诺一方面要保持呼吸,另一方面还不能让水进入自己的眼睛、鼻子和嘴巴。虽然他最终安全返回了国际空间站,但他使用的航天服去年再次成为一起类似事故的罪魁祸首——一位宇航员为了保命,也不得不提早终止了太空行走任务。

国际空间站运行初期,曾有一位宇航员在进行太空行走时,身上被附着了一层约2.5厘米厚的有毒冷冻氨。他不得不待在空间站外,绕着地球转了一圈,直至航天服上的冷冻氨蒸发掉。那原本是一次例行的太空行走任务,当时,美国宇航员罗伯特·柯比姆(Robert Curbeam)正在处理空间站的冷却系统。由于氨的冰点较低,冷却系统使用了氨。然而系统发生故障,氨开始从管道中泄露,这时,空间站的每个人都知道,有麻烦了。三分钟后,柯比姆成功关闭了发生泄漏的阀门,但此时,他的整个航天服都被冷冻氨覆盖住了。据当时与柯比姆一同执行太空行走任务的另一名宇航员说,他当时看起来就像一个雪人。

为了把航天服上的有毒化学物质清除掉,柯比姆不得不待在空间站外,绕着地球转了一圈(大约90分钟),以便阳光能融化那些氨晶体。等到安全返回气闸内之后,他和其他宇航员不得不戴上氧气面罩约半个小时,好让空间站滤掉内部空气中的毒素。

柯比姆的“惊魂记”也让人想起了两位苏联宇航员曾经历的那场险情。1990年,“和平号”空间站的气闸出现故障,两名宇航员被拒之门外,在氧气即将耗尽的情况下,他们不得已启动了紧急入舱程序。此前,他们进行太空行走是为了修复返回舱的隔热层,这个故障对他们返回地球造成了威胁。经过五个小时的太空行走后,宇航员成功修复了飞船,这时他们发现,空间站的气闸门未能正常关闭,舱室无法增压。在氧气已经严重不足的情况下,两名宇航员不得不启动了紧急入舱程序,最终回到加压舱。不过,至于他们是如何做到的,苏联方面的记录仍然是一个谜。

至于他们是如何做到的,苏联方面的记录仍然是一个谜。

1997年,“和平号”空间站还发生了其他一些险情。当年2月,用来制造氧气的一个高氯酸锂罐发生泄露,空间站随之起火,好在只过了一分半钟,宇航员就将火扑灭了。可仅仅几个月后,俄罗斯“进步号”货运飞船撞上了“和平号”空间站的一个模块,并在后者身上撞出一个洞,致使舱室开始降压。这原本很容易演变为一场致命的事故,但得益于宇航员的迅速反应(其中有一位是来自美国宇航局的访问宇航员),他们切断了一些防止舱口关闭的线缆,成功密封了发生泄漏的模块,将其与空间站其余部分隔绝开来,从而化解了这场险情。

人类在空间站中曾经历过大大小小许多次事故,以上这些只是其中的一部分而已。这很好地提醒了我们,即便做了最充分的准备,人为错误永远也都是我们需要考虑的一个因素。尽管如此,考虑到各方面的情况,如果宇航员感到压力过大, 我们也很难去责怪他们,尤其是要知道,很多宇航员在太空中会长期遭受睡眠不足的困扰。(当你在国际空间站上,每天要看到15次日出时,入眠可能会变得有点难。)

然而,尽管我们已经知道了太空飞行对人体造成的种种不利影响,这些认知全都是基于在短期内收集而来的数据(最长为六个月),根本不足以让我们了解火星之旅(将耗时一年半以上)可能对人体造成的影响。为应对这种情况,美国宇航局去年启动了一项前所未有的实验——“双胞胎研究”。它把斯科特·凯利(Scott Kelly)送上国际空间站,让他在那里待上一整年,而他的孪生兄弟马克·凯利(Mark Kelly)则留在地面,研究长时间太空飞行对人体造成的影响。

虽然这项长达一年的实验的首批成果刚刚开始披露,美国宇航局已经发现了一些有趣的现象。首先,一项关于太空飞行与人体老化关系的研究发现,斯科特的端粒(DNA中一个会随着年龄增长而缩短的区域)在太空飞行期间出现了增长。研究人员将此归因于斯科特在太空中做了更多的运动,以及饮食中的热量减少了。此外,另一项研究发现,斯科特返回地球后,其心智能力并未受到明显影响。

还有一项研究仍在进行中,它将对凯利兄弟进行完整的基因组测序。研究人员在他们各自的基因组中发现了数百个独特的突变(这在意料之中),与此同时,研究人员还发现,凯利兄弟体内大约有20万个RNA分子呈现出不同的表达方式。这是否表明,斯科特在国际空间站期间激活了某种“太空基因”,我们还有待观察。

数十年来,登陆月球和火星的载人太空任务第一次被提上日程,在这种情况下,了解如何在太空这个最后的疆界中生存,就变得比以往任何时候都更加迫切。得益于数十位宇航员多年来的开拓性工作(他们成为了地球轨道上的“小白鼠”),如今,对于如何在微重力环境下生存,我们已经了然于心。载人火星任务将带来一系列新的生理挑战(比如辐射的威胁),但如果没有这些初步性的实验,火星之旅是不可能实现的。在微重力环境下生存始终是一项挑战,但有了不断进步的技术,以及在地球和近地轨道所学到的经验教训,人类演进为跨行星物种的可能性将超过以往任何时候。

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