想移民火星那麼容易?跳高和旋轉或成”火星人”日常

空間站上的宇航員每天要花費數小時保護他們的身體免受微重力的不良影響,而前往火星的任務又給我們帶來了一個全新的挑戰。
NASA宣布,准備在本世紀30年代中期向火星發射第一批人類。盡管已經有許多機器人前往火星執行任務,但要揭開火星上是否曾經存在生命這個謎題,仍然需要人類親自探索。

人體嚴重依賴於重力

事實上進入太空並不像聽起來那麼有趣,因為它會讓人體付出高昂的代價。人類依賴地球引力來維持每個身體器官和系統的正常功能。特別是,骨骼肌系統和心血管系統的正常功能高度依賴於重力。

我們每走一步,都要對抗重力才能把身體抬起來。我們與地面的接觸則為我們的腳提供了反作用力。這些力都是必要的,它們足以幫助我們保持腿部和臀部的骨骼肌系統的活性和相對強壯。

此外,在太空中呆很長時間的人會變高,這是因為地球引力不再保持脊柱的受壓狀態。雖然聽起來很有吸引力,尤其是對身高有點自卑的人,但是這個過程實際上是痛苦的,而且會增加椎間盤突出的患病風險。

太空低引力環境有害健康

我們在地球上總是在躺、坐和站這三種姿態之間切換,由於重力的作用,每一種姿勢都會改變我們血液的位置。當我們站起來的時候,我們身體里的血液會流到我們的腿上,這意味着心髒必須努力把血液泵回我們的頭部,這樣我們才不會暈倒。

在太空中,我們的身體呈一種漂浮的狀態,大部分血液都懸在我們的胸部和頭部周圍。這意味着心髒不再需要像以前那樣努力工作。因此,當宇航員從太空返回時,他們就很容易產生暈厥感。

低引力環境不僅會影響他們的生理機能,還會影響他們在執行太空任務時做出關鍵決策的能力。然而,我們也可以通過一些方法幫助他們減少回到地球後恢復正常生活所需的時間。

國際空間站目前的對策

一、體育鍛煉

宇航員每天要進行近2小時的鍛煉,其中一半是阻力訓練,另一半是有氧訓練。他們使用先進的阻力健身裝置(ARED)進行力量鍛煉,還會藉助CEVIS(固定式健身腳踏車)和T2(帶有安全帶的跑步機)進行有氧運動。

二、補充營養及藥物

考慮到空間站的宇航員沒有直接暴露在陽光下,因此他們每天需要補充鈣和維生素D。沒有維生素D,我們的身體就不能有效地吸收鈣,而鈣對保持強壯健康的骨骼至關重要。

在地球上,骨骼是通過成骨細胞與破骨細胞之間的平衡來保持健康的。在太空中,人體似乎趨向於產生更多的破骨細胞。宇航員會服用一種叫做雙磷酸鹽的藥物,它可以減少破骨細胞,幫助人體恢復兩者之間的平衡。

三、特製服裝

在太空中「成長」會帶來問題,比如說,宇航員會因為長高無法坐入聯盟號航天飛機的座位里。俄羅斯發明了一種「企鵝」套裝,這是一種藉助松緊繩給身體加壓的服裝。宇航員在離開空間站前都會穿上,來幫助他們壓縮脊柱。

有研究表明,這套衣服有助於增強腿部肌肉的活動,並且增加氧氣消耗。這表明松緊帶對骨骼肌系統和心血管系統提供了額外的「壓力」刺激。

未來火星任務需要考慮的對策

空間站這些應對措施對宇航員的健康都至關重要,但目前宇航員在空間站的停留時間一般不超過6個月。如果美國宇航局打算把人類送上火星,他們將不得考慮如何更長時間地抵抗微重力的不利影響。

此外,空間站及其所有組成部分大約有足球場那麼大,而飛往火星的宇宙飛船將會小得多。這意味着飛船上不太可能擁有像空間站上那樣的傳統鍛煉設備。

鍛煉是必不可少的

在未來所有前往其它星球的任務中,鍛煉無疑必將占據重要位置。但什麼才是保持宇航員健康的最有效鍛煉方式,目前仍有爭議。

今年早些時候研究人員發現,在火星引力環境下跳躍高度超過15厘米時,雙腳與地面的作用力與在地球上奔跑時相同。這足以幫助宇航員們達到保持骨骼和肌肉健康的目的。

人造重力與離心力

解決重力缺乏的最好方法就是重新創造重力。歐洲航天局此前開展的臥床休息運動的研究表明,每天在1g離心力下待30分鍾,可保持腿部肌肉的力量,並且能夠將臥床休息5天後站立時的頭暈感向後推遲。

雖然這一研究結論給我們帶來了非常有希望的數據,但是攜帶一台離心機進入宇宙的後勤工作仍然具有挑戰性。科學家們將繼續探索如何才能更好的將離心機集成到火星探測器上。

可穿戴技術

雖然我們不能通過衣服來重建重力,但我們可以藉助企鵝服一樣的衣物或裝置提供阻力和壓力刺激。除了俄羅斯的企鵝裝,歐洲航天局也研發了一款「緊身衣」。 這種緊身衣由麻省理工學院的工程師設計,比企鵝裝更舒適,並能為身體提供更多的彈性阻力。

神經肌肉電刺激

這個聽起來可不怎麼吸引人。但是考慮到神經肌肉電刺激裝置緊湊、便於攜帶的特點,它也成為科學家們研究的課題。最近的一項研究發現,每天接受兩次時長40分鍾的電刺激能夠保持大腿肌肉的正常大小。

任重而道遠的防輻射研究

除了重力降低之外,主要的問題就是宇宙輻射,其輻射量可能高達地球的700倍,這會導致人們的癌症風險顯著增加。目前在空間站上,宇航員通常會受到保護遠離輻射傷害,這是因為空間站仍然在地球磁層內。

歐洲航天局聲稱,我們對空間輻射的風險仍然缺乏了解,其長期影響仍然未知。毫無疑問,我們需要將各種措施結合起來才能保證宇航員的健康,這也是未來科學家們將繼續探索的課題。

來源:cnBeta