太空人返回出艙後,為什麼都要坐椅子?科學家:他們站不起來

2020-12-05 李論科學

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要說我們人類各個行業中哪個職業的風險最高、高度最高、速度最快,那當然非航天員莫屬,他們的作業高度已經在某種意義上超出了地球,而且速度甚至達到了驚人的7.9公裡/秒,也就是第一宇宙速度。並且航天員也是人類唯一一個需要脫離地球生存環境的職業,不管目前的載人航天設備有多麼的可靠,但是讓一個生物離開自己賴以生存環境本事就是一種冒險。

航天員代表人類探索未知的外太空,在這趟旅程中可能會隨時發生意想不到的危險,所以想要成為一名航天員必須有過硬的心理和身體素質、過人的膽識、視死如歸的精神、以及過硬的專業素養,這樣才能在太空中完成也寫既定的科學考察任務,完成相應的指令操作,遇到突發狀況才能沉著冷靜地應對。所以每一個從太空返回地航天員都是人類的英雄,但是我們也發現這這樣的現象,也就是各國的航天員在地面出艙後都是首先坐在椅子上,接受人們的歡迎,那這是為什麼呢?這其實跟太空和地面環境的差異有關。

地球軌道附近的微重力環境

在地球表面上存在的任何物體,包括所有的生物,自從誕生就一直處在了1G的重力環境下。不僅如此,我們生物界的祖先在進化的過程中也是在這樣的環境下繁衍的。所以我們身體的各項機能都適應了這樣的重力環境。而且重力的存在還給了我們人類方向感,以及平衡感。我們認為下,永遠都指向了重力的方向,而上正好和重力相反,有了上下於是就有了前後左右。

相信你也聽說過「失重」這個概念,其實就是在一個物體不會受到任何的加速度,也就是他沒有受到任何的淨外力,愛因斯坦的等效原理告訴我們重力其實跟加速度是一樣。但是我們在地球上或者在人類所能及的宇宙中很難找到完美失重的地方。多多少少都會感受到微弱的加速度,所以我們稱其為微重力環境。

一般我們人類想要創造微重力環境一般有四種方法:落塔、飛機、火箭和太空飛行器。落塔其實就是一種自由落體運動,由於距離的限制一般以秒計時,目前最長的時間為10秒,能夠產生10^-4~10^-6G的微重力水平;飛機可以選擇飛行拋物線,來產生微重力環境,首先向上爬升,飛機內的所有人員會感受到2G的加速度,然後平飛最後向下俯衝這樣就可以產生20秒。10^-2G的微重力水平,火箭其實跟飛機原理是一樣的。

最後一種繞地球軌道的太空飛行器是我們人類最理想的微重力實驗環境,持續時間長,而且感受到的重力加速度較低,你可能想問:太空飛行器為何在地球軌道會產生微弱的加速度呢?也就是它為什麼會感受到力呢?不是引力和離心力(慣性力)相互平衡了。其實在太空的真空環境下也很難有十分完美的環境,太空飛行器在地球軌道附近運行期間也會受到大氣阻力、以及其他天體引力的攝動,這就會給太空飛行器產生一個微小的加速度,導致太空飛行器失去運行速度,這就是為什麼我們定期要給運行在地球軌道附近的太空飛行器提供動力的原因。

微重力環境對人的影響

其實上文已經稍微提到了重力對生命的重要性,人體在重力混亂的情況下就會出現各種難受、噁心、頭疼的表現,例如你坐過山車,在不停地改變運動姿態的情況下,重力加速也會發生改變,時而超重、時而失重。最後的結果就是,導致人的重力感受系統和平衡系統發生紊亂,大腦以為身體中毒了,於是就發出了嘔吐的指令。

不過這種失重環境是航天員所必須適應的,因為他們要在這樣的環境下吃穿住行,轉幾圈就暈的人肯定不適合開飛機、更不適合當航天員。除了這些,微重力環境還會對人的身體產生不良的影響,包括:

對血液和體液循環的影響:我們身體內各種液體的流動已經適應了1G的重力環境,也就是說,人的循環系統就是為這樣的重力環境進化來的。如果失去重力,大量的血液和體液就會衝向上半身,尤其是脖子、頭部。造成鼻竇充血,不通氣、面部腫脹虛胖、脖子靜脈膨脹。長期這樣就會造成頭暈、頭痛、目眩。

對骨骼的影響:長期處在微重力環境下,就會使得人體發生代謝紊亂,一些蛋白質的合成降低,造成免疫力下降,並且影響人體對鈣的吸收,並且還會導致骨骼中鈣的流失,所以長期在微重力環境下的人骨密度就降低,容易發生骨折。

對肌肉的影響:這個最好理解,微重力環境下你完全感受不到你的體重,也感受不到自己手臂和腿的重量,在太空艙內只需輕輕地扒著內壁就可以快速移動,肌肉長期的完全放鬆狀態,就會導致肌肉萎縮,無力,酸軟。

為什麼做凳子呢?

其實最主要的還是長途奔波,從一個微重力的環境到重力的環境的一個適應過程。正常的人在床上躺幾天,完全放鬆,剛一起床猛地站起來也腿發軟,並且頭暈。更別說太空人在太空呆了幾天返回地球時的感覺了,他們需要被人攙扶出倉,並且趕緊坐下,站著真的可能會腿一軟摔倒或者暈倒。

尤其是那些在國際空間站長時間工作的太空人,雖然他們會在太空艙內用器械鍛鍊肌肉強度,但剛回地球也需要坐椅子,並且被抬走,立即送到醫院進行康復治療。所以不是太空人想坐,而是實在是站不起來,或者站著實在是太累了。

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