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想移民火星那么容易?跳高旋转或成"火星人"日常

[ 来源:网易科技 | 作者:本站 | 发布时间:2019-10-08 | 浏览:185次 ]

空间站上的宇航员每天要花费数小时保护他们的身体免受微重力的不良影响,而前往火星的任务又给我们带来了一个全新的挑战。

NASA宣布,准备在本世纪30年代中期向火星发射第一批人类。尽管已经有许多机器人前往火星执行任务,但要揭开火星上是否曾经存在生命这个谜题,仍然需要人类亲自探索。

人体严重依赖于重力

事实上进入太空并不像听起来那么有趣,因为它会让人体付出高昂的代价。人类依赖地球引力来维持每个身体器官和系统的正常功能。特别是,骨骼肌系统和心血管系统的正常功能高度依赖于重力。

我们每走一步,都要对抗重力才能把身体抬起来。我们与地面的接触则为我们的脚提供了反作用力。这些力都是必要的,它们足以帮助我们保持腿部和臀部的骨骼肌系统的活性和相对强壮。

此外,在太空中呆很长时间的人会变高,这是因为地球引力不再保持脊柱的受压状态。虽然听起来很有吸引力,尤其是对身高有点自卑的人,但是这个过程实际上是痛苦的,而且会增加椎间盘突出的患病风险。

太空低引力环境有害健康

我们在地球上总是在躺、坐和站这三种姿态之间切换,由于重力的作用,每一种姿势都会改变我们血液的位置。当我们站起来的时候,我们身体里的血液会流到我们的腿上,这意味着心脏必须努力把血液泵回我们的头部,这样我们才不会晕倒。

在太空中,我们的身体呈一种漂浮的状态,大部分血液都悬在我们的胸部和头部周围。这意味着心脏不再需要像以前那样努力工作。因此,当宇航员从太空返回时,他们就很容易产生晕厥感。

低引力环境不仅会影响他们的生理机能,还会影响他们在执行太空任务时做出关键决策的能力。然而,我们也可以通过一些方法帮助他们减少回到地球后恢复正常生活所需的时间。

国际空间站目前的对策

一、体育锻炼

宇航员每天要进行近2小时的锻炼,其中一半是阻力训练,另一半是有氧训练。他们使用先进的阻力健身装置(ARED)进行力量锻炼,还会借助CEVIS(固定式健身脚踏车)和T2(带有安全带的跑步机)进行有氧运动。

二、补充营养及药物

考虑到空间站的宇航员没有直接暴露在阳光下,因此他们每天需要补充钙和维生素D。没有维生素D,我们的身体就不能有效地吸收钙,而钙对保持强壮健康的骨骼至关重要。

在地球上,骨骼是通过成骨细胞与破骨细胞之间的平衡来保持健康的。在太空中,人体似乎趋向于产生更多的破骨细胞。宇航员会服用一种叫做双磷酸盐的药物,它可以减少破骨细胞,帮助人体恢复两者之间的平衡。

三、特制服装

在太空中“成长”会带来问题,比如说,宇航员会因为长高无法坐入联盟号航天飞机的座位里。俄罗斯发明了一种“企鹅”套装,这是一种借助松紧绳给身体加压的服装。宇航员在离开空间站前都会穿上,来帮助他们压缩脊柱。

有研究表明,这套衣服有助于增强腿部肌肉的活动,并且增加氧气消耗。这表明松紧带对骨骼肌系统和心血管系统提供了额外的“压力”刺激。

未来火星任务需要考虑的对策

空间站这些应对措施对宇航员的健康都至关重要,但目前宇航员在空间站的停留时间一般不超过6个月。如果美国宇航局打算把人类送上火星,他们将不得考虑如何更长时间地抵抗微重力的不利影响。

此外,空间站及其所有组成部分大约有足球场那么大,而飞往火星的宇宙飞船将会小得多。这意味着飞船上不太可能拥有像空间站上那样的传统锻炼设备。

锻炼是必不可少的

在未来所有前往其它星球的任务中,锻炼无疑必将占据重要位置。但什么才是保持宇航员健康的最有效锻炼方式,目前仍有争议。

今年早些时候研究人员发现,在火星引力环境下跳跃高度超过15厘米时,双脚与地面的作用力与在地球上奔跑时相同。这足以帮助宇航员们达到保持骨骼和肌肉健康的目的。

人造重力与离心力

解决重力缺乏的最好方法就是重新创造重力。欧洲航天局此前开展的卧床休息运动的研究表明,每天在1g离心力下待30分钟,可保持腿部肌肉的力量,并且能够将卧床休息5天后站立时的头晕感向后推迟。

虽然这一研究结论给我们带来了非常有希望的数据,但是携带一台离心机进入宇宙的后勤工作仍然具有挑战性。科学家们将继续探索如何才能更好的将离心机集成到火星探测器上。

可穿戴技术

虽然我们不能通过衣服来重建重力,但我们可以借助企鹅服一样的衣物或装置提供阻力和压力刺激。除了俄罗斯的企鹅装,欧洲航天局也研发了一款“紧身衣”。 这种紧身衣由麻省理工学院的工程师设计,比企鹅装更舒适,并能为身体提供更多的弹性阻力。

神经肌肉电刺激

这个听起来可不怎么吸引人。但是考虑到神经肌肉电刺激装置紧凑、便于携带的特点,它也成为科学家们研究的课题。最近的一项研究发现,每天接受两次时长40分钟的电刺激能够保持大腿肌肉的正常大小。

任重而道远的防辐射研究

除了重力降低之外,主要的问题就是宇宙辐射,其辐射量可能高达地球的700倍,这会导致人们的癌症风险显著增加。目前在空间站上,宇航员通常会受到保护远离辐射伤害,这是因为空间站仍然在地球磁层内。

欧洲航天局声称,我们对空间辐射的风险仍然缺乏了解,其长期影响仍然未知。毫无疑问,我们需要将各种措施结合起来才能保证宇航员的健康,这也是未来科学家们将继续探索的课题。