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在外层空间,没人能听见你打喷嚏。
航天员在地球上空飞行已超过半个世纪,研究人员还在研究外层空间对航天员身体和心理健康的影响。航天员必须面对高度压力、骨骼和肌肉变得脆弱,还有无所不在的辐射危害,如果人类想继续到外层空间冒险,就必须克服这些障碍。
人类习惯居住在不断被地心引力拉扯的环境,搭乘火箭到太空站、在无重力环境里四处飘浮的航天员似乎无忧无虑,但就像青少年一样,他们的身体要经历种种尴尬的变化。一些长期的问题──如骨质流失和辐射──似乎使定期的星际之旅变得不可行,至少现在是如此。不过许多研究人员,如美国国家航天医学研究中心的医学研究员,都致力寻找抗衡与治疗这些疾病的方法。
在太空飞行呕吐
就像水手要适应大海,航天员也需要一段时间适应太空飞行,在适应无重力环境的过程中,许多航天员会出现包括晕机、错觉、方向错乱的症状。
大约一半航天员会出现类似症状,不过严重程度不一。1985年,犹他州参议员杰克·岗恩搭乘航天飞机时,在适应无重力状态的过程中显然经历了最严重的呕吐和不适,从此之后这些症状就被人打趣的以“Garn scale”分级。虽然症状通常过了几天就会减缓,但是为了避免危险,航天员必须服用抗恶心药物,因为在宇宙飞行服里漂浮的呕吐物可能害航天员窒息。
现在开始有私人公司提供太空之旅,让游客体验无重力的环境,所以“晕机”问题可能影响到更多人,毕竟有谁愿意在时尚的维珍银河太空舱,和一堆乘客与飞来飞去的呕吐物一起飘浮?
脚皮脱落
经过初期调整后,航天员的身体还是持续经历奇怪的变化,无重状态导致体液冲到上半身和头部,使得航天员脸部浮肿、模样怪异,也可能出现鼻塞等等不适。
在太空待了几个月后,航天员的姿势通常会弯成像胎儿一样,需要不断提醒自己才能保持“抬头挺胸”,而且十分费力。最奇怪的现象之一是脚皮开始脱落,如同航天员唐·皮蒂特所形容的:“好像爬虫类脱皮。”留下粉嫩的肌肤,这种现象通常发生在任务中期,因为航天员不用在地面上行走,脚上的茧渐渐失去效用。无重力也会导致腹部肌肉松驰,出现很多太空屁。
太空虫
地球每一个角落都可以找到微生物,这种生物显然也攻占了太空,经过测试发现,有234种细菌与真菌和航天员一起住在俄国和平号太空站,虽然大部分是良性的,甚至对人体有益,不过总会有少数害群之马。
1995年至1998年间,许多在和平号太空站工作的航天员遭到微生物感染,包括结膜炎、急性呼吸道疾病和牙齿感染,医学测试结果显示,在外层空间需要更高浓度的抗生素,而且药效比在地球使用时微弱,最令人忧心的发现也许是鼠伤寒沙门杆菌病原体在微重力的环境下会变得更致命。
时间较长的任务,像是火星之旅,更会增加组员感染严重传染病的机会,更麻烦的是,太空飞行会破坏航天员的免疫系统,使他们更容易遭受微生物感染,在此期间,研究人员希望抗氧化剂能够有效治疗这些疾病。
骨质及肌肉流失
失重状态最有名的影响也许是肌肉和骨质流失,在地球上,人类靠着这些器官支撑身体,在无重力状态中,它们突然少了很多作用。在外层空间,航天员平均一个月流失1~2%的骨质,促使美国太空总署将骨质流失列为长期太空飞行的主要伤害,同样的,航天员肌肉萎缩的速度也高达每个礼拜5%。
更糟的是,骨头的钙渗入血液,增加肾结石风险,可能带给航天员极大痛苦。缺乏钙的骨骼变得非常脆弱,很可能断裂,使执行长期任务的航天员变得衰弱。航天飞机降落地面时,有些航天员甚至得用担架抬离。
这些都只是平均数字,实际影响则因人而异,有些航天员在六个月内骨质流失高达20%,其它人则比较幸运。在外层空间待了438天的俄国航天员瓦列里·波利亚特服是到目前为止在太空时间最长的记录保持人,他返回地球后,还能从太空舱走到旁边的椅子。一名美国航天员说,看起来“很强壮”,好像“可以和熊摔跤”。
一旦回到地球,骨骼和肌肉就会渐渐回复正常,研究人员建议在外层空间待几天,就要在有引力的地球休养同样天数才能回复。医生也致力帮助航天员对抗这个问题,像是透过荷尔蒙治疗,这种疗法也许同样能治疗地球上的骨骼退化患者,例如患有骨质疏松症的病人。
到目前为止,在外层空间最能有效维持飞行前体力的方式是透过持续运动。国际太空站的航天员把自己绑在跑步机上运动,这种经过特别设计的机器为了不影响国际太空站敏感的微重力研究,把振动减到最低。跑步机叫做Combined Operational Load Bearing External Resistance Treadmill,简称COLBERT,因为搞笑艺人史蒂芬·科尔伯特在美国太空总署命名比赛时请观众投票选他的名字。
超级太阳风暴与辐射
阿波罗16号从月球返回地球大约3个月后,太阳表面发生大爆炸,朝地球喷发辐射和好几十亿个带电粒子,这是太空时代以来最大也最危险的太阳风暴,还好阿波罗16号和四个月后升空的阿波罗17号都没有遇到这场风暴。
太阳风暴和其散发的辐射是长期太空任务最大的障碍之一,离开保护地球的磁场后,航天员接收到超乎平常的辐射量,太阳表面散发的日焰产生大量危险的X光以及带有重电的粒子,会渗透生物细胞,破坏DNA,增加罹患癌症风险。
假如航天员在1972年“超级风暴”(或是1956年和1989年类似事件)时正在飞行或是在月球表面,就会接收到大量辐射,皮肤将遭到灼伤、起水泡、脱皮,穿透骨头的辐射会引起恶心和呕吐,甚至很可能造成死亡。
美国太空总署依法必须保护航天员避开这类事件及外层空间辐射造成的长期影响,在低地球轨道累积的辐射量甚至高于在核电厂反应炉旁工作的员工,增加罹癌风险。因为只有24人曾经飞到低地球轨道之外,所以在地球磁层外被辐射照射的长期影响仍是未知数。 根据美国太空总署规定,男性在外层空间的时间不能超过268天,女性不能超过159天,一生罹患癌症的机率才不会高于3%。不过执行火星任务来回就至少要520天,很可能遇到危险的日焰现象。
在上个世纪,大型太阳风暴还算少见,不过未来的情况未必相同,根据极地冰层数据显示,目前是太阳活动相对温和时期,以后很可能变得更频繁,甚至出现大规模的太阳风暴,超越有记录以来最大太阳风暴──1859年的卡林顿事件,那场风暴比1972年致命的风暴强了大约四倍。
天文学家一直努力找出更好的预测模型,计算机速度加快与增加监测让我们可以在几个礼拜前就预测到太阳风暴,如果月球之旅变成常态,这种数据应该非常有用。
太空失明症
也许有一群勇敢的航天员克服万难,完成危险重重的8个月火星之旅,但在他们进入地球轨道之后,很可能发现他们的驾驶及每名组员都看不清楚控制键。因为缺乏更好的词汇,我们估且称这种症状为“太空失明症”。许多航天员表示他们出现视力持续退化的现象,而且在外层空间待愈久,比例似乎愈高。大约30%执行短期任务的航天员表示他们的视力变得模糊,执行长期任务的比例则多了一倍。这个症状最近才为人所知,因为上个世代的航天员担心遭到停飞而不敢报告。到目前为止,研究人员还不知道航天员为什么出现这些症状,有些人认为是因为脑压升高,造成视神经压迫眼球,这种疾病称为视乳突水肿,很可能导致视力永久丧失。失明当然是最糟的情况,不过视力模糊对航天员已经是很严重的影响,导致他们不适合飞行,尤其是时间较长的星际航行。
太空心理学
在外层空间工作生活有很大的压力。航天员搭乘如同超大爆竹的火箭,经过急遽加速和减速后抵达太空站,到了太空后,又要过着与家人朋友隔绝、幽闭简陋的生活。在过去,任务控制中心帮航天员安排的时间表十分紧密,经常引起不满。导致罢工,抗议他们的待遇,根据调查,他们对指挥官有很深的敌意和攻击性。在外层空间,心理作用也会影响到身体,俄国航天员描述他们经历长时间太空飞行后,出现各种心理症状,有些人觉得疲劳、精神萎靡、担心得盲肠炎、梦到牙痛之后真的牙痛,还有人担心阳痿。经分析这种情况通常发生在历时超过四个月的任务。不过,太空飞行也会带来相反的心理影响,在外层空间时,航天员会出现如作家福兰克·怀特所说的“概观效应”,即对宇宙满怀惊奇和敬畏、得到启发和顿悟,例如觉得超然、与大自然融为一体和世界大同,外层空间会让人有这种神奇的体验。美国太空总署心理学家经过研究后,发现从国际太空站拍照对航天员的心理有正面影响。这种正面效应似乎能够持续,这些回到地球的航天员,相对不会焦虑、猜疑、沮丧或有攻击性,看来在艰困环境待过的航天员,面对挑战和压力之际,能够发展出适应的技巧,并且把这种技巧带回地球。
有毒灰尘
太空飞行的问题多半来自于无重力,一旦到了有引力的岩石表面,像是月球或火星,航天员就能稍获抒解,至少不会受到辐射危害。当然这些地方也有奇怪的危险,主要来源是灰尘。月球表面覆盖古代火山爆发和陨石撞击所形成的月土,大约80%的月土是由微米大小的尘粒组成,很容易沾黏到任何表面。月球灰尘的性质和碎石英或硅石十分相近,阿波罗号航天员很快就发现灰尘覆盖登月舱和他们的身体、头发和宇宙飞行服,如果人类想再度登月,就必须面对被尘埃颗粒刺激、磨擦眼睛和皮肤的问题,更糟的是吸入肺里。我们对于月球灰尘的毒性还缺乏了解,不过地球的硅尘可导致严重疾病,也就是硅肺病。这种疾病一度是美国历史上最严重的职业伤害。细小的石英颗粒很容易吸进肺部,即使咳嗽也很难咳出,此外,人体的天然抗体白血球还会在清理灰尘时死亡。而月球的引力较小,尘埃更容易飘浮,所以更容易吸入,停留在肺部时间更长。1972年,月球灰尘进入阿波罗号太空舱后,航天员哈里森·施密特出现鼻塞症状,称得了“月球灰尘热”,研究人员怀疑月球灰尘就像石棉纤维,长期吸入后罹患癌症的风险也会增加。
航天员在地球上空飞行已超过半个世纪,研究人员还在研究外层空间对航天员身体和心理健康的影响。航天员必须面对高度压力、骨骼和肌肉变得脆弱,还有无所不在的辐射危害,如果人类想继续到外层空间冒险,就必须克服这些障碍。
人类习惯居住在不断被地心引力拉扯的环境,搭乘火箭到太空站、在无重力环境里四处飘浮的航天员似乎无忧无虑,但就像青少年一样,他们的身体要经历种种尴尬的变化。一些长期的问题──如骨质流失和辐射──似乎使定期的星际之旅变得不可行,至少现在是如此。不过许多研究人员,如美国国家航天医学研究中心的医学研究员,都致力寻找抗衡与治疗这些疾病的方法。
在太空飞行呕吐
就像水手要适应大海,航天员也需要一段时间适应太空飞行,在适应无重力环境的过程中,许多航天员会出现包括晕机、错觉、方向错乱的症状。
大约一半航天员会出现类似症状,不过严重程度不一。1985年,犹他州参议员杰克·岗恩搭乘航天飞机时,在适应无重力状态的过程中显然经历了最严重的呕吐和不适,从此之后这些症状就被人打趣的以“Garn scale”分级。虽然症状通常过了几天就会减缓,但是为了避免危险,航天员必须服用抗恶心药物,因为在宇宙飞行服里漂浮的呕吐物可能害航天员窒息。
现在开始有私人公司提供太空之旅,让游客体验无重力的环境,所以“晕机”问题可能影响到更多人,毕竟有谁愿意在时尚的维珍银河太空舱,和一堆乘客与飞来飞去的呕吐物一起飘浮?
脚皮脱落
经过初期调整后,航天员的身体还是持续经历奇怪的变化,无重状态导致体液冲到上半身和头部,使得航天员脸部浮肿、模样怪异,也可能出现鼻塞等等不适。
在太空待了几个月后,航天员的姿势通常会弯成像胎儿一样,需要不断提醒自己才能保持“抬头挺胸”,而且十分费力。最奇怪的现象之一是脚皮开始脱落,如同航天员唐·皮蒂特所形容的:“好像爬虫类脱皮。”留下粉嫩的肌肤,这种现象通常发生在任务中期,因为航天员不用在地面上行走,脚上的茧渐渐失去效用。无重力也会导致腹部肌肉松驰,出现很多太空屁。
太空虫
地球每一个角落都可以找到微生物,这种生物显然也攻占了太空,经过测试发现,有234种细菌与真菌和航天员一起住在俄国和平号太空站,虽然大部分是良性的,甚至对人体有益,不过总会有少数害群之马。
1995年至1998年间,许多在和平号太空站工作的航天员遭到微生物感染,包括结膜炎、急性呼吸道疾病和牙齿感染,医学测试结果显示,在外层空间需要更高浓度的抗生素,而且药效比在地球使用时微弱,最令人忧心的发现也许是鼠伤寒沙门杆菌病原体在微重力的环境下会变得更致命。
时间较长的任务,像是火星之旅,更会增加组员感染严重传染病的机会,更麻烦的是,太空飞行会破坏航天员的免疫系统,使他们更容易遭受微生物感染,在此期间,研究人员希望抗氧化剂能够有效治疗这些疾病。
骨质及肌肉流失
失重状态最有名的影响也许是肌肉和骨质流失,在地球上,人类靠着这些器官支撑身体,在无重力状态中,它们突然少了很多作用。在外层空间,航天员平均一个月流失1~2%的骨质,促使美国太空总署将骨质流失列为长期太空飞行的主要伤害,同样的,航天员肌肉萎缩的速度也高达每个礼拜5%。
更糟的是,骨头的钙渗入血液,增加肾结石风险,可能带给航天员极大痛苦。缺乏钙的骨骼变得非常脆弱,很可能断裂,使执行长期任务的航天员变得衰弱。航天飞机降落地面时,有些航天员甚至得用担架抬离。
这些都只是平均数字,实际影响则因人而异,有些航天员在六个月内骨质流失高达20%,其它人则比较幸运。在外层空间待了438天的俄国航天员瓦列里·波利亚特服是到目前为止在太空时间最长的记录保持人,他返回地球后,还能从太空舱走到旁边的椅子。一名美国航天员说,看起来“很强壮”,好像“可以和熊摔跤”。
一旦回到地球,骨骼和肌肉就会渐渐回复正常,研究人员建议在外层空间待几天,就要在有引力的地球休养同样天数才能回复。医生也致力帮助航天员对抗这个问题,像是透过荷尔蒙治疗,这种疗法也许同样能治疗地球上的骨骼退化患者,例如患有骨质疏松症的病人。
到目前为止,在外层空间最能有效维持飞行前体力的方式是透过持续运动。国际太空站的航天员把自己绑在跑步机上运动,这种经过特别设计的机器为了不影响国际太空站敏感的微重力研究,把振动减到最低。跑步机叫做Combined Operational Load Bearing External Resistance Treadmill,简称COLBERT,因为搞笑艺人史蒂芬·科尔伯特在美国太空总署命名比赛时请观众投票选他的名字。
超级太阳风暴与辐射
阿波罗16号从月球返回地球大约3个月后,太阳表面发生大爆炸,朝地球喷发辐射和好几十亿个带电粒子,这是太空时代以来最大也最危险的太阳风暴,还好阿波罗16号和四个月后升空的阿波罗17号都没有遇到这场风暴。
太阳风暴和其散发的辐射是长期太空任务最大的障碍之一,离开保护地球的磁场后,航天员接收到超乎平常的辐射量,太阳表面散发的日焰产生大量危险的X光以及带有重电的粒子,会渗透生物细胞,破坏DNA,增加罹患癌症风险。
假如航天员在1972年“超级风暴”(或是1956年和1989年类似事件)时正在飞行或是在月球表面,就会接收到大量辐射,皮肤将遭到灼伤、起水泡、脱皮,穿透骨头的辐射会引起恶心和呕吐,甚至很可能造成死亡。
美国太空总署依法必须保护航天员避开这类事件及外层空间辐射造成的长期影响,在低地球轨道累积的辐射量甚至高于在核电厂反应炉旁工作的员工,增加罹癌风险。因为只有24人曾经飞到低地球轨道之外,所以在地球磁层外被辐射照射的长期影响仍是未知数。 根据美国太空总署规定,男性在外层空间的时间不能超过268天,女性不能超过159天,一生罹患癌症的机率才不会高于3%。不过执行火星任务来回就至少要520天,很可能遇到危险的日焰现象。
在上个世纪,大型太阳风暴还算少见,不过未来的情况未必相同,根据极地冰层数据显示,目前是太阳活动相对温和时期,以后很可能变得更频繁,甚至出现大规模的太阳风暴,超越有记录以来最大太阳风暴──1859年的卡林顿事件,那场风暴比1972年致命的风暴强了大约四倍。
天文学家一直努力找出更好的预测模型,计算机速度加快与增加监测让我们可以在几个礼拜前就预测到太阳风暴,如果月球之旅变成常态,这种数据应该非常有用。
太空失明症
也许有一群勇敢的航天员克服万难,完成危险重重的8个月火星之旅,但在他们进入地球轨道之后,很可能发现他们的驾驶及每名组员都看不清楚控制键。因为缺乏更好的词汇,我们估且称这种症状为“太空失明症”。许多航天员表示他们出现视力持续退化的现象,而且在外层空间待愈久,比例似乎愈高。大约30%执行短期任务的航天员表示他们的视力变得模糊,执行长期任务的比例则多了一倍。这个症状最近才为人所知,因为上个世代的航天员担心遭到停飞而不敢报告。到目前为止,研究人员还不知道航天员为什么出现这些症状,有些人认为是因为脑压升高,造成视神经压迫眼球,这种疾病称为视乳突水肿,很可能导致视力永久丧失。失明当然是最糟的情况,不过视力模糊对航天员已经是很严重的影响,导致他们不适合飞行,尤其是时间较长的星际航行。
太空心理学
在外层空间工作生活有很大的压力。航天员搭乘如同超大爆竹的火箭,经过急遽加速和减速后抵达太空站,到了太空后,又要过着与家人朋友隔绝、幽闭简陋的生活。在过去,任务控制中心帮航天员安排的时间表十分紧密,经常引起不满。导致罢工,抗议他们的待遇,根据调查,他们对指挥官有很深的敌意和攻击性。在外层空间,心理作用也会影响到身体,俄国航天员描述他们经历长时间太空飞行后,出现各种心理症状,有些人觉得疲劳、精神萎靡、担心得盲肠炎、梦到牙痛之后真的牙痛,还有人担心阳痿。经分析这种情况通常发生在历时超过四个月的任务。不过,太空飞行也会带来相反的心理影响,在外层空间时,航天员会出现如作家福兰克·怀特所说的“概观效应”,即对宇宙满怀惊奇和敬畏、得到启发和顿悟,例如觉得超然、与大自然融为一体和世界大同,外层空间会让人有这种神奇的体验。美国太空总署心理学家经过研究后,发现从国际太空站拍照对航天员的心理有正面影响。这种正面效应似乎能够持续,这些回到地球的航天员,相对不会焦虑、猜疑、沮丧或有攻击性,看来在艰困环境待过的航天员,面对挑战和压力之际,能够发展出适应的技巧,并且把这种技巧带回地球。
有毒灰尘
太空飞行的问题多半来自于无重力,一旦到了有引力的岩石表面,像是月球或火星,航天员就能稍获抒解,至少不会受到辐射危害。当然这些地方也有奇怪的危险,主要来源是灰尘。月球表面覆盖古代火山爆发和陨石撞击所形成的月土,大约80%的月土是由微米大小的尘粒组成,很容易沾黏到任何表面。月球灰尘的性质和碎石英或硅石十分相近,阿波罗号航天员很快就发现灰尘覆盖登月舱和他们的身体、头发和宇宙飞行服,如果人类想再度登月,就必须面对被尘埃颗粒刺激、磨擦眼睛和皮肤的问题,更糟的是吸入肺里。我们对于月球灰尘的毒性还缺乏了解,不过地球的硅尘可导致严重疾病,也就是硅肺病。这种疾病一度是美国历史上最严重的职业伤害。细小的石英颗粒很容易吸进肺部,即使咳嗽也很难咳出,此外,人体的天然抗体白血球还会在清理灰尘时死亡。而月球的引力较小,尘埃更容易飘浮,所以更容易吸入,停留在肺部时间更长。1972年,月球灰尘进入阿波罗号太空舱后,航天员哈里森·施密特出现鼻塞症状,称得了“月球灰尘热”,研究人员怀疑月球灰尘就像石棉纤维,长期吸入后罹患癌症的风险也会增加。