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                    《科學24小時》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    旨在向全國廣大群眾,特別是具有中等文化程度的廣大青年,普及科學技術知識,繁榮科普創作,啟迪思想,開拓視野。

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                    忙碌的太空生活

                    2017-12-12 21:13:00

                      進入太空后,針對宇航員進行的種種訓練就會結束嗎,他們會輕松很多嗎?當然不!事實上,宇航員在太空中只會更加忙碌。除了進行日常的訓練和規定的科學活動外,他們還要接受周密的監測,而參與許多具有高科技含量的實驗則更是宇航員的家常便飯。當然,這些監測和訓練的數據不僅能支持未來的宇航員走得更遠,也能為我們普通人提供幫助。

                      本文借歐洲航天局(ESA)幾名宇航員在空間站所做的幾個實驗項目,為讀者展示一下宇航員忙碌的太空活動及其科學價值。

                      呼吸道監測

                      2014年7月2日,在美國宇航局約翰遜航天中心9號樓,來自歐洲航天局的宇航員薩曼莎·克里斯托弗里蒂,接受了使用航天器宇宙飛船模擬設施(SVMF)的訓練。訓練包括約200個不同的科目,為宇航員在軌道上應對任何問題或緊急情況做好各種準備。

                      人類在呼吸時會釋放出一些一氧化氮微粒,它們的數量變化可以作為檢測肺部炎癥的指標,但這種方法的原理尚未完全弄清楚。為此,此次新設的呼吸道監測實驗項目,增加了對宇航員呼出一氧化氮數據的采集。薩曼莎和其他宇航員呼吸時將佩戴分析微粒的便攜式防毒面具,測試太空中一氧化氮的含量變化,評估其作為診斷工具的價值。

                      有人擔心,灰塵可能會危及宇航員在其他行星或月球上活動時的健康。例如,“阿波羅計劃”的登月宇航員就表示,月塵無孔不入,它們會粘附在設備和衣服上,被帶入航天器。于是該實驗不但要在國際空間站的正常壓力下進行,而且為了模擬月球基地環境,還會將其置于探索密閉艙半壓力的環境里面,這也是探索密閉艙第一次被用于科學研究。

                      這些有關呼吸道監測的實驗,將為未來宇航員登上月球或其他星球鋪平道路。

                      軟骨訓練

                      人體的軟骨可以吸收震動,減少骨關節的摩擦,為骨骼提供必要的保護。但人體自身不會修復受損的軟骨,因此會出現關節疼痛和關節炎等病癥。

                      不過在太空生活時,微重力環境不會對宇航員的關節產生什么壓力,因此科學家判斷,人體骨骼中的鈣質會不斷流失,甚至還會自行減少一些軟骨。為了檢驗這一理論,在執行宇航任務的前后,科學家會分別用核磁共振成像掃描宇航員的膝蓋,以記錄他們軟骨的變化。

                      為了保證軟骨健康,適應重返地球后的生活,宇航員通常會接受軟骨訓練。這種訓練的相關指標非常精細,負載不能太重,以防挫傷軟骨、損害運動組織;也不能太輕,太輕無法達到訓練效果。

                      事實上,軟骨訓練不僅對宇航員非常有用,而且對那些長期臥床的患者也會有很大幫助。訓練可以研究防止軟骨損傷的方法,提高對關節炎的認識。

                      生物周期節律

                      人體的生物鐘會跟隨地球的24小時周期運轉,并對陽光做出反應,讓我們在白天精神抖擻,在夜晚昏昏欲睡。

                      但在宇宙空間中,比如在國際空間站環繞地球時,宇航員每24小時會經歷16次日出和日落,這就打破了人體原有的生物周期,但同時也成了一個研究生物周期節律的寶貴機會。

                      生物周期節律的實驗將測量宇航員的體溫和褪黑激素,后者是一種與睡眠相關的激素。在測量宇航員的體溫等數據時,科學家會使用一種名叫Thermolab的新傳感器。依據檢測信息,生物學家可以為宇航員提供有效的休息解決方案,盡量降低在宇宙空間中混亂生物周期造成的影響,并讓宇航員在關鍵時刻保持警覺,打起精神。

                      其實目前關于生物周期節律的實驗對于下一代宇航員,以及在地球上工作不定時的醫生和急救人員等都很有意義,特別是在南極康科迪亞研究基地工作的研究人員,他們一年中有近4個月的時間見不到陽光。

                      這些實驗數據將被共享,與ESA“火星500計劃”等單獨進行的研究相比較,幫助我們了解人體的生物鐘奧秘。

                      皮膚-B實驗

                      在國際空間站執行任務期間,薩曼莎參與了皮膚-B實驗。皮膚能夠保護肌體,調節溫度,還能讓我們感知物體。但隨著年齡的增長,我們的肌膚會變得脆弱,損傷后需要花更長的時間愈合。特別是在宇宙空間中,宇航員會失去更多的皮膚細胞,導致肌膚迅速衰老。皮膚開裂、起皮疹、皮膚發癢等是所有宇航員都會遇到的問題。

                      該實驗旨在收集關于皮膚結構、氧化作用、水合作用和彈性的數據,目標是建立皮膚如何變老的計算機模型,這將有助于探究保護人體皮膚的有效方法。

                      太空頭痛

                      近四分之三的宇航員在太空患頭痛病,最初的幾個星期常常更糟糕。這種頭痛于我們在地球上的感覺不同,一些宇航員將其描述為“爆炸般的疼痛”。

                      針對太空頭痛現象,科學家采用了最常規的問卷調查,以了解宇航員所經歷的頭痛情況和頻率,分析太空頭痛出現的真正原因——難道和在微重力環境里流體向頭部運動有關?地面上和太空中的頭痛之間有沒有什么必然聯系?

                      在2012年執行任務時,ESA宇航員安德烈·庫伊佩爾斯成為了第一個調查對象。研究人員會根據頭痛疾病的國際分類,對宇航員的太空頭痛進行歸類和分析。目前,所有宇航員都將定期填寫一份問卷,供研究人員進行數據收集。

                      能量監測

                      對于宇航員來說,如何保證他們在執行任務時擁有充足的能量非常重要。以探索火星的任務為例,到達火星需耗時18個月,在只有一定載重量的前提下,我們又該如何確保宇航員充足的食物呢?

                      能量監測實驗要解決的主要問題,就是了解宇航員在這18個月里需要多少食物。想象一下,在火星著陸這種關鍵時刻,如果宇航員能量耗盡,那么后果將非??膳?。

                      來自ESA的宇航員安德烈·庫伊佩爾斯、盧卡·帕米塔諾和亞歷山大·格斯特,都參與了這項復雜的實驗。工作人員既要規劃足夠的食物供宇航員的能量消耗之需,又不能供應過量。如同大多數生理學實驗一樣,測量要貫穿于飛行之前、期間和之后的全過程,這是記錄在地球和在微重力環境里生活差異的唯一方式。

                      實驗的太空部分總計持續了11天,宇航員將食用專門包裝的太空食品,包裝袋上會有條形碼,讓宇航員了解其具體成分。在太空中,宇航員還會飲用含有氘同位素的水,并定期收集水及尿液樣本同位素能幫助科學家研究宇航員在11天中的能量水平是如何變化的。

                      靈巧測試

                      在過去15年的20多項試驗中,一組科學家一直在跟蹤了解宇航員在太空中是如何抓緊物體的,借此了解失重環境會對人體的抓握產生何種影響。宇航員經常會在太空艙內進行抓取小物體的精準練習,因為在不允許有任何閃失的環境里,宇航員對精細運動的控制至關重要。

                      2017年下半年,薩曼莎還將在國際空間站執行相似任務。在靈巧測試中,她將在失重環境下手握一個特制傳感器,準確抓取漂浮的球狀物體。該項測試的數據還將實時傳回地球,幫助工程師設計假肢。

                      骨質疏松檢測

                      宇航員在進行太空飛行前后,一定會接受骨質早期檢測。醫生通過研究宇航員的血液和尿液指標,配合X線斷層掃描,來了解其骨骼結構的變化。

                      事實上,宇航員在微重力環境下的骨量流失非常嚴重,所有宇航員在太空中每個月損失的骨量至少達到1%,極易患上骨質疏松癥。目前,人類的活動范圍還只限于月球,未來倘若要前往更加遙遠的行星或天體,執行耗時更長的任務,那么保證宇航員的身體健康就會更加關鍵。當前,醫生主要會靠改進飲食等手段來保持宇航員的骨質,但他們希望找到一個更有效、人體更易于吸收的方法。為此,研究人員將24小時監測宇航員體內的骨質變化情況,以了解造成骨質流失的最大“兇手”。

                      一旦科學家找到了行之有效的解決方法,那不僅能為將來的深空探測打好基礎,還能為普通人進入老齡階段后的骨質流失提出解決方案。免疫實驗

                      太空是一個極其微妙的環境,在太空中生活也是一個非常有趣的體驗。然而,這一切并不見得美好,除了要忍受劇烈頭痛等問題外,宇航員還會面臨各類身體損害,有超過一半的宇航員在完成國際空間站任務后,會患上多種疾病。

                      科學家猜測,是否是太空的特殊環境破壞了人體的免疫系統,從而導致了宇航員患病率的爆發。為此,免疫實驗將全面觀測微重力環境會如何影響人類的免疫系統。工作人員將使用腦部掃描、呼吸監測、宇航員頭發樣本分析等方法,來了解宇航員的免疫系統變化。也有人認為,此類免疫實驗的研究結果極有可能有助于防治艾滋病。宇航員的日常生活雖然機械、枯燥、無趣,但他們卻承擔無比重要的任務。也許在未來的某一天,我們普通人所享受的某個科技成果,正是源于宇航員在太空中的繁復實驗。

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