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為什麼太空旅行如此危險?

編譯:李風華


原文:Dara O Briain


來源:BBC iWonder

太空:一個不自然的居住場所


1969年7月人類第一次踏上月球。這是人類第一次冒險走出了這個我們叫做家的地球,觸摸世界之外的可能性。


但是我們太空旅行的野心似乎停滯在20世紀70年代和20世紀80年代。三十多年來,我們幾乎沒有比先驅們再前進一步。隨著更多的宇航員在各種空間站上呆的時間不斷延長,他們的健康問題尤為值得關注。


最近的一些悲劇性事件表明,太空旅程中最危險的部分已經開始了。試圖達到擺脫地球引力所需速度的行為充滿了危險。但是,即使在他們到達太空後,宇航員也並沒有脫離危險。相反,他們面臨著一系列新的風險,而關於這些風險,人類才剛剛開始理解。

生活在太空究竟是怎樣的體驗


宇航員克里斯·哈德菲爾德長期生活在國際空間站。在這裡,他描述了零重力如何改變了他的身體以及他如何受到高速微小隕石的不斷威脅。


克里斯·哈德菲爾德:


偶爾你會聽到一塊隕石彈回到太空站外面的聲音。你聽到一聲爆炸或巨響或者撞擊聲就像有什麼進入空間站一樣,這就是提示你現在空間站裡面。


當你在一個建築物裡面時,你覺得你應該是防彈的。但是當你聽到這些爆響時,你意識到你實際上是在一個鋁泡裡面。但就像在其他任何地方一樣,你習慣於你所生活的地方,並且你只關注它的現實。

我們非常擔心對空間站逐漸增加的輻射。我們在空間站總是比人們在地球上遭受更多的輻射,就像生活在高海拔地區的人們一樣。但是當太陽尤為活躍的時候,如有必要,我們可以撤退到部分擁有更好保護的空間站。


我增加了肌肉質量、減脂,保持除臀部和股骨上段之外的骨密度,這樣我丟掉了大約8%的體重。遺憾的是,我丟掉了8%的抗衝擊的柔軟的骨小梁。所以當我回到地球的時候,我很容易患髖部骨折,這大約需要一年時間才能恢復以及保持我的骨骼生長。


要可靠地離開地球軌道,我們有一系列的問題需要解決。其中一個問題就是骨質流失。隨著醫學研究的進步,我們已經解決了很多幾年前遺留的問題,但我們必須解決骨質流失的問題。


輻射、發電、導航、現場資源管理——這些問題也都需要解決,但是骨質流失是其中的一個問題。


我們生活在地球上,而不是生活在極端條件下的太空中。所以當像克里斯·哈德菲爾德等宇航員離開地球時,他們的身體不得不適應新的環境。這就是為什麼他們需要穿特別設計的太空服的原因,宇航服的作用不僅僅在於把宇航員從地球大氣層中隔離出來。多年來,宇航服的設計已經進化到能夠在嚴酷的太空中保護人類。

如何免遭嚴酷太空的傷害


在地球軌道上,宇航員可能經歷的溫度低至-129攝氏度(-200華氏溫度)和高達121攝氏度(250華氏溫度)。宇航服被設計得很巧妙,以保護我們免受這些極端條件的傷害。它們還提供空氣壓力來努力阻止我們的體液在高真空的太空中沸騰。

為什麼太空旅行如此危險?


但是,宇航員們穿著現在的宇航服只能旅行到目前為止最遠的地方。甚至我們最好的宇航服也無法穿越「近地軌道」。要想深入太陽系,我們將需要一套新的宇航服——一套能保護我們免受太空深處致命危險的宇航服。但即使這樣,我們的身體強健到足以完成很長一段時間的任務嗎?


失重的生活


國際空間站的宇航員使用專業的抗阻訓練器材訓練,防止在太空中肌肉流失。宇航服雖然可以在外部保護我們,但太空環境可以對人體的內部運作有毀滅性的破壞。


在地球上,我們已經進化到利用重力來工作。我們的肌肉和骨骼發展需要保持強壯和健康。在太空中,宇航員失重般地漂浮著。這看起來似乎很有趣,但長時間暴露於微重力環境對人體是有潛在危害的。


太空旅行嚴重破壞我們的血液循環。人類心血管系統的設計用於穩定地運輸血液到我們全身以對抗地球的重力,它通常把血液向我們腳的方向運輸。但在太空微重力的環境中,血液向上流入胸部和頭部,使得宇航員臉部發脹、血壓升高。


太空旅行也威脅到我們的肌肉組織。如果不需要對抗重力,人體肌肉就有些浪費,這增加了患上肌腱炎和脂肪積累的風險。


失去重力甚至使宇航員站起來高達兩英寸,他們背部的脊椎在沒有重力壓縮的情況下會分離,從而導致痛苦的背痛。


長遠來看,宇航員骨質流失會有毀滅性的後果。微重力導致身體失去鈣和磷,骨骼逐漸減弱,增加骨質疏鬆症的風險。宇航員的骨質流失可以高達每月最高值的1.5%,在太空呆6個月大約流失10%,返回地球後的復甦則至少需要3到4年。為了解決這一問題,生活在國際空間站的宇航員必須保證每天2.5小時、每周6次的鍛煉。


輻射問題


我們使用微希弗(mSv)來測量輻射的生物效應。


不管你生活在地球上哪個地方,你每天都會收到一個小劑量的輻射,但生活在國際空間站的宇航員接收到的輻射超過地球上的80倍。如果進一步深入太空,這一數字會上升到致命的程度(請參見下表)。

為什麼太空旅行如此危險?



人類在太空的無形威脅


宇宙射線是空間輻射的一種形式。它們對我們身體的破壞不同於我們所知道的其他形式。科學家海倫·切爾斯基曾前往美國宇航局的空間輻射實驗室,察看宇宙射線是怎樣限制人類在太空中的停留時間。


在地球上,我們免受宇宙射線的輻射,因為地球磁場可以作為我們的盾牌,但缺乏大氣空間意味著宇航員暴露在破壞性的自然狀態中。僅僅一個粒子就有可能穿過人體組織來破壞我們的DNA,這可能導致細胞突變和癌症。


科學家正在研發新的技術來減少接觸輻射,比如用水來屏蔽航天器。但是鑒於去火星上完成任務而發展晚期癌症的幾率可能高達30%,除非我們可以完全保護自己,我們可能不會去任何地方。


(本圖文來自於BBC iWonder,由太空聯盟編譯,內容有刪節)


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