太空旅行五大殺手:從宇宙輻射到病原微生物

2021-01-20 科普北京

一次次載人航天的成功實現,激勵著各領域對太空探索的熱切追求。昨日成功完成的「綠航星際」項目是否讓你開始暢想太空旅行、星際穿越,對黑漆漆宇宙太空最初的畏懼之心也開始慢慢消融?


然而宇宙兇險,太空旅行都有哪些需要克服的危險因素?近日《科學》雜誌列舉了星際旅行中太空人將面臨的五大最嚴重威脅。


很多太空人夢想去往新世界,但這樣的旅程其實充滿了各種威脅生命的因素。圖片來源:NASA

通往另一個星球的途中,太空人將會受到宇宙輻射的狂轟猛擊。

空間穿行的微小的高能原子碎片和宇宙輻射會損傷細胞和DNA。在地球上,地磁場的存在使人類免受宇宙輻射的影響,但在宇宙中,一名不經保護的太空人單程會受到0.3西弗特的輻射,這雖遠低於8西弗特的致命輻射量或是1西弗特的致病輻射量,但研究人員認為這些相當於24次X射線成像的輻射量,足以對腦細胞和其他細胞造成無可逆轉的損傷。

在近日發表於《科學通報》的一項嚙齒類動物研究中,加州大學爾灣分校輻射腫瘤學家 Charles Limoli表示,宇宙射線會在通往其他行星的過程中對太空人造成長期腦損傷,導致痴呆、記憶缺失、抑鬱和決策能力下降等。

「太空人可能會花費兩三年時間往返於火星與地球之間,宇宙輻射的損傷對他們絕不是好事情。」Limoli說。但好在包括Limoli在內的若干研究團隊正在研究一種藥物,可用於保護細胞和DNA免受損傷,其他研究者也在盡力開發能夠對抗宇宙射線的盾牌。

宇宙輻射、來自太陽的帶電原子碎片和銀河系外的超新星均會導致太空人焦慮、抑鬱並影響決策。圖片來源:NASA

太空旅行意味著長時間與單一的幾個人生活在一起,沒有豐富多元的世界,喧鬧的人群,人際關係可能變得異常敏感、緊張。

在長達1年無止無休的深空航行中,每一次小口角都可能引發血案。在今年發表的一項由NASA資助的長途太空飛行研究中,加州聖塔芭芭拉一家私人公司Anacapa Sciences的文化人類學家Jack Stuster寫道:飛往國際空間站執行任務的太空人的首要考慮就是與同行的人好好相處。

雖然他們的日記整體是積極向上的,但還是反映出了這個問題。「我覺得我實在想離開這裡。」一名太空人寫道,「在如此逼仄的空間內與人長時間地生活,即便是那些平常根本不會惹惱你的事情過一段時間之後也會惹惱你……這會讓任何人發瘋。」

而這種情緒還是在太空人可以看到地球的時候產生的,若太空人處在更遠的宇宙空間時,事情或會變得更加嚴酷,Stuster說。儘管這些感覺可以通過保持忙碌和對太空人進行嚴格的心理監測加以限制,然而暴力甚至是暴動的「幽靈」將永遠存在。

NASA太空人Scott Kelly在俄羅斯加加林太空人培訓中心的聯盟號模擬器內。太空人在通往另一顆星球的漫長旅途中需要在這樣狹小的空間內和睦相處。圖片來源:Bill Ingalls/NASA

從視頻中可以看到太空人玩耍浮動水泡或是毫不費力地做空翻,似乎微重力讓太空生活無比勁爆。然而在太空中,現實卻嚴酷得多,重力缺失會導致骨骼和肌肉退化,造成一系列生理問題。國際空間站的太空人需要每天鍛鍊兩小時才能阻止肌肉的流失,但骨密度流失卻不可避免。

微重力還會通過其他不可預測的方式影響肌體。包括Scott Kelly在內的很多太空人回到地球後都出現視力模糊的症狀。據近日北美放射學會年會上的報告,其原因是脊髓液增加壓迫視神經和眼球從而導致遠視。在另一項研究中,科學家發現當國際空間站太空人在太空中時,他們的脊柱肌肉(對於支撐和運動非常關鍵)顯著萎縮——下降了19%。這可能是超過一半國際空間站人員存在脊柱疼痛的原因,也可能是他們比地球居民椎間盤突出比例高出4倍的原因之一。

那麼,解決方法是什麼呢?太空瑜伽!研究人員表示這或有助增加脊柱活動和強度。不過,他們究竟要做哪些瑜伽姿勢尚待確定。

微重力讓太空飲食變得有趣,但它是會導致肌萎縮的。太空人必須每天鍛鍊兩小時才能阻止在軌期間的肌肉流失。圖片來源:NASA

一些微生物可以在微重力、極端氣溫和輻射的太空環境中生存。人們盡最大努力清除飛船上的微生物,卻總是以失敗告終,太空人接觸這些潛在的病原生物體是在所難免的。

今年10月,研究發現一種常見的空氣傳播人體侵入性真菌——煙麴黴菌,在國際空間站可以像在地球上生長得一樣好。研究者認為,如果煙麴黴菌可以在太空中很好地生存,很多其他致命病原體也同樣可以。科學家表示這個問題迫切需要更好的探測和清潔策略,避免進入深空的太空人受到地球病原體的困擾。

煙麴黴菌是導致人體產生侵入性真菌感染的最常見原因。這種在空氣中滋生的微生物在國際空間站也可以生存。圖片來源:Anna_Gavrylova

人非常容易出錯,而在太空中的很小的錯誤都可能會釀成嚴重後果。雖然科幻小說《火星救援》的作者Andy Weir曾描述陷入困境的太空人機智地解決數十個生死存亡問題,現實中太空探索者並不會那麼幸運。

以挑戰者號和哥倫比亞號太空梭為例,兩者均因機械故障解體,導致多名航天員罹難。其中挑戰者號失事的罪魁禍首是O形環橡膠密封圈,故障使得密封圈不能在冷環境中正常密封,導致太空梭在空中解體。

哥倫比亞號則在重新返回時解體,原因是分離自機體的絕緣泡沫塑料隔熱層刺破了飛船左翼前緣。這兩起事故中引起了航天工程管理者充分認識了人為機械問題對太空探索的重要影響。

在長距離太空飛行中,神經可能會處於緊繃狀態,輻射也可能導致不常見的焦慮、抑鬱困擾,很可能會引起如緊急迫降、太空艙漏洞,甚至是缺少飲用水供給等問題。

儘量減少太空危險,從過去的錯誤中汲取教訓,將有助於確保未來安全地飛往其他行星。依靠超人的智慧,我們的太空人也可能在危機時刻像Weir筆下的探險者一樣獲得成功。

中國北京航天飛行控制中心的技術人員在進行飛行任務控制,他們和太空人攜手工作,以確保任務順利進行不出差錯。圖片來源:新華社

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