‌·

时刻准备着

美国宇航局进行“一年实验”和“双胞胎实验”,为火星旅行奠定基础

来源:南方都市报     2015年10月21日 10:49        版次:GB07    作者:Dawn

    在太空中,宇航员的骨骼、肌肉、心脏、感官系统都会受到影响,锻炼、睡眠、饮食方式也相应发生改变。

    在太空中,宇航员的骨骼、肌肉、心脏、感官系统都会受到影响,锻炼、睡眠、饮食方式也相应发生改变。

    在太空中,宇航员的骨骼、肌肉、心脏、感官系统都会受到影响,锻炼、睡眠、饮食方式也相应发生改变。

    在太空中,宇航员的骨骼、肌肉、心脏、感官系统都会受到影响,锻炼、睡眠、饮食方式也相应发生改变。

    在太空中,宇航员的骨骼、肌肉、心脏、感官系统都会受到影响,锻炼、睡眠、饮食方式也相应发生改变。

    在太空中,宇航员的骨骼、肌肉、心脏、感官系统都会受到影响,锻炼、睡眠、饮食方式也相应发生改变。

    在太空中,宇航员的骨骼、肌肉、心脏、感官系统都会受到影响,锻炼、睡眠、饮食方式也相应发生改变。

    在太空中,宇航员的骨骼、肌肉、心脏、感官系统都会受到影响,锻炼、睡眠、饮食方式也相应发生改变。

    在太空中,宇航员的骨骼、肌肉、心脏、感官系统都会受到影响,锻炼、睡眠、饮食方式也相应发生改变。

    美国宇航员斯科特·凯利前往国际空间站,与留在地球的双胞胎兄弟、前宇航员马克(左)参加对比实验。

    斯科特·凯利终于找到一种特别方法,可以让自己比双胞胎兄弟马克更加年轻。今年3月,他出发前往国际空间站,将在那里待上一年。按照爱因斯坦的相对论,在这12个月里,他将比留在地球的马克老得慢。

    “这就是著名的双胞胎悖论。”马克说。他对此导致的年龄差并不担心,时间膨胀造成的影响只在飞船接近光速飞行时才变得显著,而国际空间站相对地球的速度只有27000公里/小时。这样飞行一年之后,2016年3月斯科特回到地球时,只会比留在地球的马克小三毫秒左右。奇妙之处在于他们可以亲身检验爱因斯坦和其他科学家的设想,“爱因斯坦当初产生这个想法时,应该没有料到不久真的会有双胞胎践行这件事。”

    太空病人

    斯科特参与的是N A SA的“一年使命”(O ne- Y earM ission)实验,该实验旨在研究长途太空飞行中宇航员面对的医疗、心理和生理挑战,为未来的火星之旅做准备。参与者除了斯科特,还有俄罗斯宇航员米哈伊尔·科尔尼延科。在此之前,俄罗斯已有四名宇航员在太空生活超过一年,但美国宇航员的太空居留时间平均为6个月,51岁的斯科特将是第一位在太空停留超过一年的美国宇航员,而他和马克则是第一对“太空双胞胎”。两人1964年2月出生于新泽西,父母都是警察。两兄弟在学校表现都很好,后来成为美国海军试飞员,再后来加入N A SA.斯科特1999年先上太空,两年后马克去了空间站,两人后来都做过飞船指挥长。斯科特在太空总计度过180多天,马克不到60天。上次斯科特上太空时(2011年1月),马克的妻子、民主党议员加布里埃尔·吉福兹在亚利桑那图森市遭遇枪击,斯科特每天从太空打两次电话给弟弟询问情况。之后马克又执行了一次任务,带着“奋进号”飞了最后一次,旋即退休,说要帮妻子康复。马克虽然告别了N A SA,仍是其铁杆粉丝,特别是登陆火星这样的远征计划。

    作为同卵双胞胎,他们的参与有重要科学意义。这意味着斯科特对于各种太空现象———比如失重和高辐射———产生的反应,都可以与地球上另一个基因相同的个体比较。研究者已经知道轨道生活会对宇航员产生很多影响,双胞胎实验可以提供更详细的对比。此外,研究者还将比较两人的免疫系统、心脏表现等,定期抽取斯科特的血液和尿液样本,对他进行M R I检查,对他消化道中的数万亿细菌进行抽样分析,类似的检查也会在地球上的马克身上进行。

    太空生活对宇航员的影响一直是重要的研究课题。2003年到2010年,10名美国宇航员在空间站里“上班”时为人类学家杰克·斯塔斯特主持的一项人研究写下了大约30万字的日记,讲述了太空生活的感觉,有兴奋,有无聊,也有愤怒。这些日记认为,虽然最初的体验是激动,但是在太空待上6个月已经算是很长时间,因为远离亲人和朋友,缺乏新鲜食物,感觉不到阳光雨露和被重力拖拽的快乐。哪怕换个灯泡也得先戴上安全眼镜,备好真空清洁器,换之前还得按程序先给灯泡拍个照,这让一些人感到厌烦,而他们最不厌烦的活动是看地球。

    在太空中,牛顿定律支配着生活。在电脑上打个字,都会被弹开飘走,得用脚使劲定住自己,有人甚至大脚趾上生出老茧。因为失重,人体可能遭遇多重伤害。体内液体流向头部、鼻窦,会导致头昏脸肿,更严重的是骨质流失。重力环境下,骨质会根据人体活动需要再生,失重时它们制造新鲜细胞的频率降低,骨头变细变弱。地球上的绝经妇女可能一年流失1%的骨质,宇航员无论男女一个月就丢这么多。简单地说,在失重环境下生活就像住了很久的院,你会失去肌肉群和力量感。对策就是进行大量锻炼。宇航员每天要锻炼两个半小时,每周六天,但大部分人七天都锻炼。N A SA把这一要求放入了工作日程。此外,零重力还会影响到视力———体液从后面推挤眼球让它变平,很多宇航员在轨道慢慢变成远视,而且回到地球之后,不能完全恢复。宇航员需要精确、可靠的视力,所以这不是小问题。

    科学未来关注的重点就是保持宇航员的健康。N A SA关心两件事,一是宇航员回到地球之后的恢复能力;二是长途旅行———两年或更久———的宇航员如何管理健康,他们的身体变化对空间站的运行有何影响。如果在漫长的飞行之后变成了病人,那宇航员下去以后还能干什么呢?

    宇航员的独立

    提到星际旅行,另一个值得关注的问题就是宇航员的自主性。目前宇航员在任务中并无多少自主性,国际空间站每天的生活都以连通控制中心的DPC(日常规划会议)开始和结束。宇航员以27000多公里的时速绕着地球旋转,但分布在全球的五个控制中心才是放风筝的人。

    尽管宇航员在空间站里工作和生活,但他们并不操控空间站,那是休斯顿(美国地面控制中心)和莫斯科(俄罗斯地面控制中心)的事。控制中心监控着空间站在太空中的位置,必要时加以调整,监控着空间站里所有系统———电子、生命维持、信息、通讯。这支地面队伍非常庞大,天上每位宇航员有1000多名地面人员支持。当宇航员开始一天,步调和节奏也完全由地面控制,一张电子表格严格规定了他们每一分钟要做的事,点击表格上的时间块,它就会展开,显示相应任务的所有步骤。

    对于俯首听命的宇航员来说,这是一种自由,但它其实也是一种独裁。

    当然太空生活极为复杂,如果宇航员过于自主,地面就要承担大量劳动———光是为美国方面的宇航员建那个电子日程表,就需要一个50人的全职团队。但无论如何,目前来说,受过高等教育、充满工作热情的宇航员只能被动执行一个又一个任务,有些任务富有挑战性,比如像斯科特那样,跟地面合作研究(虽然也是在地面指导下进行);有些则显得无聊(比如销毁垃圾前记下商品序列号)。前述宇航员日记中对此颇多抱怨,人类学家分析发现,日记中出现最多的词儿是工作(w ork),其次就是日程(schedule)。

    如今火星旅行话题炙手可热,细想这个话题,我们就会意识到目前的太空项目还不够“成熟”———被送往太空的人没有真正的自主权,因为设计空间站的时候,没人想到宇航员还要自主行动。但如果去的是遥远的火星,宇航员恐怕要更加独立。眼下这一点还不是N A SA的优选项,因为执行起来不便、低效。但是如果我们对人类探险有更大野心,就得让执行任务的人负起更多责任。这和解决技术难题一样重要———自主性问题不仅影响着宇航员的心理和任务的规划,也决定着太空船本身的设计。

    编译:Dawn

返回奥一网 意见反馈