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《科学画报》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

由中国科学社于1933年8月创刊,距今已有80年的历史。《科学画报》在80年的办刊历程中,形成了通俗生动、图文并茂地介绍最新科技知识,形式多样地普及科学技术的特点,对提高广大群众的科学水平,启发青年爱好科学、投身科学事业起了很大的作用,当今的不少著名学者、教授、科学家,青少年时代都曾受到它的熏陶和启发。

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躺着进行的太空实验

2022-08-12 17:26:00

  整整两个月都懒洋洋地躺在床上,每天有看不完的电视节目和打不完的游戏,食物给你送到嘴边,也没有任何琐碎事务来烦你——听起来是不是特别诱人?最近,德国航空航天中心就在招募愿意承担这项工作的志愿者。参与实验的志愿者可以得到1.85万美元的报酬,但是有一个条件:整整60天必须全程躺在床上,任何理由都不能成为起床的借口。

  志愿者的吃喝拉撒都要在床上,换衣服和洗澡也要在床上完成。每天,他们之中的一部分人还会被要求躺到一个巨大的离心机上,按照科学家计算好的转速旋转30分钟。

  设计这些实验,是为了在地球上模拟太空条件。在国际空间站工作的航天员处在微重力环境下,他们感受到的重力极其微弱,几乎可以忽略不计,这使得他们行动艰难。长期不能正常行动会对骨骼和肌肉造成伤害。所以,科学家特意设计了这个“床上实验”,要求志愿者也像航天员那样不能随意动弹,这样,志愿者的身体就会出现跟航天员差不多的问题。当然,实验的最终目的不是模拟这些问题,而是找到解决这些问题的办法。

  这项实验是由德国航空航天中心和美国国家航空航天局、欧洲空间局合作开展的。近年来,这种旨在模拟太空条件的研究项目还有很多。科学家希望能从这些实验当中学到一些经验,用来帮助航天员顺利度过漫长的太空航行。“随着太空航行任务的时间越来越长,如何保证航天员的身心健康就显得尤为重要。目前,国际空间站里进行的航天任务通常只持续6~12个月,还不算太久,但是未来的星际航行将会持续相当长的时间,比如,载人登陆火星的航行时间可能要超过3年。”美国国家航空航天局的研究人员布兰登·维西解释道。

  失去重力

  在地球上,不管多么微小的动作,都需要身体克服重力做功,从而让骨骼和肌肉能时时得到锻炼。但是,航天员由于不能正常行动,所以得不到这种持续而微小的锻炼,他们的肌肉和骨骼会开始萎缩,功能也随之退化。

  微重力条件对身体的另一个影响是血液倒流。“在地球上,我们的血液会由于重力的作用流向地面的方向——大多数情况下是流向脚部的。”维西说,“但是一旦进入微重力环境,没有了重力,血液就不会向脚部流动了,而是向着头部流动。”血流方向的变化可能会让航天员的脸部肿胀、视力下降,这些不良影响即使在返回地球之后仍然无法完全消除。

  旋转有用吗

  为了重现缺乏运动导致的生理影响,志愿者被要求不能随意行动;为了达到血液倒流的效果,志愿者躺在床上时,头部会向下倾斜6度。在这样的实验设计下,志愿者会出现跟国际空间站里的航天员差不多的生理问题。这时,科学家就要完成另一个研究目标了——测试离心力能否代替重力,从而抵消微重力条件造成的影响。

  志愿者当中的2/3会同时接受另一个实验,他们每天都有30分钟的时间要躺在一台巨大的离心机上,而且头朝圆心、脚部向外,高速旋转。离心机产生向外的离心力,大小是计算好的,刚好跟重力相等。研究人员想看看,这样做能不能帮助减轻骨骼和肌肉的损伤,同时让血液在离心力的作用下向着脚部流动。

  今后宇宙飞船的设计工作也可能会参考这项研究的结果。一直以来,科学家都认为可以通过离心力人为制造一个“重力”,从而解决由于失重导致的一系列问题。但是,让宇宙飞船在太空中不停地旋转显然是不可行的,搭载一台离心机倒可能是更好的方法——就像“床上实验”这样,把航天员放在一台特制的离心机上。

  用途还有很多

  模拟研究项目不仅能用来测试人体的各项生理功能,还能用来测试设备的功能。例如,火山口附近或者沙漠里的一些地方跟火星表面很接近,科学家就可以在那里测试火星探测器上的设备能否正常运行。维西说:“如果探测器有故障的话,我们就可以让这些问题在地球上暴露出来,然后想办法解决它们。这样,当航天员用到这些设备的时候,它们能真正派上用场,不会掉链子。”

  这些研究得到的经验还可以用于航空航天以外的其他领域。例如,防止骨骼流失的方法也可以用来治疗骨质疏松。所以你看,躺在床上也能为科学事业做贡献呢——整个过程只要躺着就好,什么都不用做,甚至都不需要动一根手指!

本文来自《科学画报》

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