文｜創(chuàng)瞰巴黎 PIERRE HENRIQUET（核物理學(xué)博士）

導(dǎo)讀

太空環(huán)境嚴(yán)酷惡劣，人類不借助外力無法在太空中生存。極端太空環(huán)境對(duì)人類帶來的危險(xiǎn)究竟有哪些，該如何應(yīng)對(duì)呢？太空中發(fā)生事故的可能性有多大？遠(yuǎn)距離太空航行對(duì)人體有什么負(fù)面影響呢？

一覽：

• 人體不適應(yīng)外太空環(huán)境生存，不借助外力，無法抵御太空的種種危險(xiǎn)因素。
• 得益于科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在的航天設(shè)備先進(jìn)、方便了許多。
• 在太空中，人體會(huì)出現(xiàn)一系列癥狀：鼻塞、味覺下降、肌肉萎縮、骨質(zhì)疏松。
• 暴露在宇宙射線下，還會(huì)造成白內(nèi)障、患癌概率上升、不孕不育等。
• 要為人類創(chuàng)造適合長(zhǎng)期生存的太空環(huán)境，我們?nèi)杂泻荛L(zhǎng)的路要走。

太空環(huán)境嚴(yán)酷惡劣，人類不借助外力無法在太空中生存。探索浩瀚星海，需要最先進(jìn)的技術(shù)，還需要經(jīng)過多年訓(xùn)練、身心素質(zhì)過硬的航天員。第一個(gè)進(jìn)入太空的人類是蘇聯(lián)宇航員加加林。1961年4月12日，他乘坐東方一號(hào)進(jìn)入地球軌道，順利環(huán)繞地球一周。

曾經(jīng)，人類難以頻繁開展太空活動(dòng)。但在過去的二十年間，得益于國(guó)際空間站的建成，太空中持續(xù)活躍著人類的身影，各國(guó)宇航員們輪流前往空間站進(jìn)行艙內(nèi)工作、太空行走。

極端太空環(huán)境對(duì)人類帶來的危險(xiǎn)究竟有哪些，該如何應(yīng)對(duì)呢？太空中發(fā)生事故的可能性有多大？遠(yuǎn)距離太空航行對(duì)人體有什么負(fù)面影響呢？

01 一段充滿“驚險(xiǎn)時(shí)刻”的歷史

太空環(huán)境的危險(xiǎn)因素諸多，稍有不慎，宇航員便會(huì)面臨生命危險(xiǎn)。早在航天時(shí)代早期，人類就深刻體會(huì)到了這一道理。

太空中第一次“驚險(xiǎn)事件”發(fā)生在加加林航行后的第四年。1965年，蘇聯(lián)宇航員列昂諾夫完成了史上首次太空行走（加加林航行全程未離開飛行器）。他在艙外停留了十余分鐘，即將結(jié)束行走時(shí)發(fā)現(xiàn)航空服因異常加壓膨脹了起來，無法進(jìn)入氣閘艙的門，只好冒著血管氣體栓塞的危險(xiǎn)，給航空服“放氣”，將服內(nèi)壓降至1/3個(gè)大氣壓，才終于得以返回艙內(nèi)。如今的宇航服材質(zhì)更硬，不易膨脹，而且內(nèi)充的是純氧氣，這樣即能維持較低的服內(nèi)壓，又不會(huì)引發(fā)血管氣體栓塞，故列昂諾夫當(dāng)年的驚險(xiǎn)事件現(xiàn)在肯定不會(huì)重演了！

圖片來源：NASA-歐洲航天局宇航員托馬斯·佩斯凱給國(guó)際空間站安裝新太陽能板。

不過，宇航服（美國(guó)稱之為EMU，艙外機(jī)動(dòng)套裝；俄羅斯稱之為Orlan“海鷹太空服”）的功能不僅限于提供氧氣和安全的氣壓，還能在太空的極寒極熱中維持穩(wěn)定的溫度。

太空是真空，沒有任何氣體作為溫度升降的“緩沖介質(zhì)”，所以晝夜溫差巨大，太陽直射下溫度可高達(dá)120℃，而黑暗處則低達(dá)-100℃。鑒于此，宇航服里專門設(shè)計(jì)了一層水循環(huán)管線系統(tǒng)，促進(jìn)熱量散發(fā)，均勻分布，維持服內(nèi)正常溫度。不過，一旦水循環(huán)系統(tǒng)漏液，麻煩就大了。

2011年7月16日，意大利宇航員盧卡·帕爾米塔諾在國(guó)際空間站外執(zhí)行太空行走任務(wù)時(shí)，突然感到脖子背后一陣濕潤(rùn)。失重條件下，水會(huì)縮成一個(gè)個(gè)圓潤(rùn)的液體珠，漂浮在空中，但一旦接觸到皮膚，就會(huì)在表面張力的作用下變成水膜附著在皮膚上。水膜可以用毛巾擦掉，但是帕爾米塔諾當(dāng)時(shí)穿著宇航服，根本無法觸摸自己的臉部。水膜越積越多，眼看著就要徹底覆蓋他的眼睛、鼻子和頭盔玻璃，讓他無法呼吸。

所幸，指揮處見狀立即終結(jié)了任務(wù)，帕爾米塔諾在搭檔的協(xié)助下閉著眼睛返回了空間站。由于頭盔內(nèi)積水太多，對(duì)講系統(tǒng)已經(jīng)失靈。氣閘艙加壓畢，其余機(jī)組人員立即趕到帕爾米塔諾身邊，幫他取下頭盔，這才擦掉了臉上的水。事后調(diào)查顯示，水的確是從宇航服的水循環(huán)系統(tǒng)漏出來的。

02 太空環(huán)境對(duì)人體的影響

即使在國(guó)際空間站內(nèi)部的安全環(huán)境中，人體及其器官、細(xì)胞和基因仍會(huì)因身處太空而發(fā)生一系列變化。宇航員一到達(dá)空間站，立刻便會(huì)感到不適。我們的心臟習(xí)慣于克服引力，將血液自下而上輸送，即使在失重環(huán)境中也是如此，從而導(dǎo)致頭部紅腫——典型的低重力不適癥狀。

圖片來源：歐洲航天局-歐洲航天局宇航員托馬斯·佩斯凱在地面和在國(guó)際空間站的照片對(duì)比。

頭部充血，鼻粘膜也會(huì)腫脹，引發(fā)鼻塞、呼吸不暢、嗅覺不靈，而人吃東西時(shí)很大程度上靠嗅覺感受風(fēng)味，所以給宇航員的配餐往往會(huì)更“重口味”。

“宇航員日常的肌肉使用率比地球上低許多，若不每天堅(jiān)持運(yùn)動(dòng)兩小時(shí)，抵御或減緩肌肉萎縮，回地球后后果可能會(huì)很嚴(yán)重?！?/p>

但失重還會(huì)給身體帶來其他更嚴(yán)重的副作用。在空間站，只需輕輕一推墻壁，就會(huì)因反作用力彈開好一段距離。宇航員日常的肌肉使用率比地球上低許多，若不每天堅(jiān)持運(yùn)動(dòng)兩小時(shí)，抵御或減緩肌肉萎縮，回地球后后果可能會(huì)很嚴(yán)重。

宇航員不僅會(huì)肌肉萎縮，還會(huì)骨質(zhì)疏松——地球上只有老人才會(huì)面臨的病變。雖然返回地面后可恢復(fù)，但一份針對(duì)14名男性宇航員和3名女性宇航員的研究[1]顯示，即使經(jīng)過了一整年的復(fù)健，脛骨骨量流失仍未徹底停止。而且，在太空待的時(shí)間越長(zhǎng)，返回后恢復(fù)的時(shí)間也相應(yīng)越久。

03 太空射線對(duì)人體的影響

雖然失重環(huán)境產(chǎn)生的生理副作用有很多（內(nèi)耳不平衡導(dǎo)致頭暈、眼壓變化乃至視網(wǎng)膜脫落、尿滯留、腎結(jié)石等），但除此之外，太空還有一項(xiàng)不容忽視的危險(xiǎn)因素：輻射。

太空射線含有大量致電離粒子。長(zhǎng)期暴露在射線中，宏觀上會(huì)出現(xiàn)皮膚灼傷、白內(nèi)障，微觀上會(huì)導(dǎo)致基因突變、生育能力下降、患癌概率上升。太空射線粒子以光子、電子、原子核為主，太陽發(fā)射的是低能射線，而巨型恒星爆炸、黑洞吞噬物質(zhì)則會(huì)發(fā)射高能射線。

“科學(xué)家們正緊鑼密鼓地研究如何保護(hù)宇航員不受宇宙輻射的威脅?！?/p>

地球上的人不用擔(dān)心太空射線，因?yàn)榈厍虻妮椛鋵幽軐⑵浯蟛糠址瓷渥?，其余的基本上?huì)被大氣層阻隔在外。一旦飛離地面一定高度，離開了大氣層，就失去了它的保護(hù)。國(guó)際空間站距離地面僅450公里，還未離開輻射層的保護(hù)范圍，但如果人類要開拓月球乃至更遙遠(yuǎn)的火星，輻射的危險(xiǎn)就要更加重視了。

鑒于此，科學(xué)家們正緊鑼密鼓地開展兩方面的研究，保護(hù)宇航員不受過度輻射是一方面，而開發(fā)測(cè)量日常輻射暴露量的工具、探索輻射的生理作用則是另一方面。

2015年，學(xué)者們以馬克·凱里和斯考特·凱里雙胞胎兄弟為對(duì)象，開啟了一項(xiàng)獨(dú)特的實(shí)驗(yàn)[2]：宇航員斯考特前往太空，停留了340天，馬克則待在地面上——這可謂是最全面的航空對(duì)人體影響的研究?？茖W(xué)家們?cè)敿?xì)對(duì)比了這兩位基因組成一模一樣的受試者，以分析太空環(huán)境在生化、免疫、基因和生理層面究竟造成了什么影響。

圖片來源：Garrett-Bakleman et al-針對(duì)雙胞胎航天員兄弟馬克和斯考特的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了25個(gè)月，期間斯考特在國(guó)際空間站運(yùn)行軌道上停留了12個(gè)月。

課題得出的結(jié)論是，太空航行會(huì)顯著地改變?nèi)梭w功能，雖然返回地面后大部分能恢復(fù)，但若要為人類創(chuàng)造適合長(zhǎng)期生存的太空環(huán)境，我們?nèi)杂泻荛L(zhǎng)的路要走。

作者

Pierre Henriquet

編輯

Meiater Xia

參考資料

1. Incomplete recovery of bone strength and trabecular microarchitecture at the distal tibia 1 year after return from long duration spaceflight – Scientific Reports volume 12, Article number: 9446 (2022) – https://www.nature.com/articles/s41598-022–13461 1

2. The NASA Twins Study: A multidimensional analysis of a year-long human spaceflight” – SCIENCE – 12 Apr 2019 Vol 364, Issue 6436 –https://www. science.org/doi/10.1126/science. aau8650