探索险象环生的外太空，人体会经历哪些变化？
PIERRE HENRIQUET
核物理学博士、瞰创新专栏撰稿人
太空环境严酷恶劣，人类不借助外力无法在太空中生存。极端太空环境对人类带来的危险究竟有哪些，该如何应对呢？太空中发生事故的可能性有多大？远距离太空航行对人体有什么负面影响呢？
人体不适应外太空环境生存，不借助外力，无法抵御太空的种种危险因素。
得益于科学技术的发展，现在的航天设备先进、方便了许多。
在太空中，人体会出现一系列症状：鼻塞、味觉下降、肌肉萎缩、骨质疏松。
暴露在宇宙射线下，还会造成白内障、患癌概率上升、不孕不育等。
要为人类创造适合长期生存的太空环境，我们仍有很长的路要走。
太空环境严酷恶劣，人类不借助外力无法在太空中生存。探索浩瀚星海，需要最先进的技术，还需要经过多年训练、身心素质过硬的航天员。第一个进入太空的人类是苏联宇航员加加林。1961年4月12日，他乘坐东方一号进入地球轨道，顺利环绕地球一周。
曾经，人类难以频繁开展太空活动。但在过去的二十年间，得益于国际空间站的建成，太空中持续活跃着人类的身影，各国宇航员们轮流前往空间站进行舱内工作、太空行走。
极端太空环境对人类带来的危险究竟有哪些，该如何应对呢？太空中发生事故的可能性有多大？远距离太空航行对人体有什么负面影响呢？
01
太空环境的危险因素诸多，稍有不慎，宇航员便会面临生命危险。早在航天时代早期，人类就深刻体会到了这一道理。
太空中第一次“惊险事件”发生在加加林航行后的第四年。1965年，苏联宇航员列昂诺夫完成了史上首次太空行走（加加林航行全程未离开飞行器）。他在舱外停留了十余分钟，即将结束行走时发现航空服因异常加压膨胀了起来，无法进入气闸舱的门，只好冒着血管气体栓塞的危险，给航空服“放气”，将服内压降至1/3个大气压，才终于得以返回舱内。如今的宇航服材质更硬，不易膨胀，而且内充的是纯氧气，这样即能维持较低的服内压，又不会引发血管气体栓塞，故列昂诺夫当年的惊险事件现在肯定不会重演了！
图片来源：NASA-欧洲航天局宇航员托马斯·佩斯凯给国际空间站安装新太阳能板。
不过，宇航服（美国称之为EMU，舱外机动套装；俄罗斯称之为Orlan“海鹰太空服”）的功能不仅限于提供氧气和安全的气压，还能在太空的极寒极热中维持稳定的温度。
太空是真空，没有任何气体作为温度升降的“缓冲介质”，所以昼夜温差巨大，太阳直射下温度可高达120℃，而黑暗处则低达-100℃。鉴于此，宇航服里专门设计了一层水循环管线系统，促进热量散发，均匀分布，维持服内正常温度。不过，一旦水循环系统漏液，麻烦就大了。
2011年7月16日，意大利宇航员卢卡·帕尔米塔诺在国际空间站外执行太空行走任务时，突然感到脖子背后一阵湿润。失重条件下，水会缩成一个个圆润的液体珠，漂浮在空中，但一旦接触到皮肤，就会在表面张力的作用下变成水膜附着在皮肤上。水膜可以用毛巾擦掉，但是帕尔米塔诺当时穿着宇航服，根本无法触摸自己的脸部。水膜越积越多，眼看着就要彻底覆盖他的眼睛、鼻子和头盔玻璃，让他无法呼吸。
所幸，指挥处见状立即终结了任务，帕尔米塔诺在搭档的协助下闭着眼睛返回了空间站。由于头盔内积水太多，对讲系统已经失灵。气闸舱加压毕，其余机组人员立即赶到帕尔米塔诺身边，帮他取下头盔，这才擦掉了脸上的水。事后调查显示，水的确是从宇航服的水循环系统漏出来的。
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即使在国际空间站内部的安全环境中，人体及其器官、细胞和基因仍会因身处太空而发生一系列变化。宇航员一到达空间站，立刻便会感到不适。我们的心脏习惯于克服引力，将血液自下而上输送，即使在失重环境中也是如此，从而导致头部红肿——典型的低重力不适症状。
图片来源：欧洲航天局-欧洲航天局宇航员托马斯·佩斯凯在地面和在国际空间站的照片对比。
头部充血，鼻粘膜也会肿胀，引发鼻塞、呼吸不畅、嗅觉不灵，而人吃东西时很大程度上靠嗅觉感受风味，所以给宇航员的配餐往往会更“重口味”。
“宇航员日常的肌肉使用率比地球上低许多，若不每天坚持运动两小时，抵御或减缓肌肉萎缩，回地球后后果可能会很严重。”
但失重还会给身体带来其他更严重的副作用。在空间站，只需轻轻一推墙壁，就会因反作用力弹开好一段距离。宇航员日常的肌肉使用率比地球上低许多，若不每天坚持运动两小时，抵御或减缓肌肉萎缩，回地球后后果可能会很严重。
宇航员不仅会肌肉萎缩，还会骨质疏松——地球上只有老人才会面临的病变。虽然返回地面后可恢复，但一份针对14名男性宇航员和3名女性宇航员的研究[1]显示，即使经过了一整年的复健，胫骨骨量流失仍未彻底停止。而且，在太空待的时间越长，返回后恢复的时间也相应越久。
03
虽然失重环境产生的生理副作用有很多（内耳不平衡导致头晕、眼压变化乃至视网膜脱落、尿滞留、肾结石等），但除此之外，太空还有一项不容忽视的危险因素：辐射。
太空射线含有大量致电离粒子。长期暴露在射线中，宏观上会出现皮肤灼伤、白内障，微观上会导致基因突变、生育能力下降、患癌概率上升。太空射线粒子以光子、电子、原子核为主，太阳发射的是低能射线，而巨型恒星爆炸、黑洞吞噬物质则会发射高能射线。
“科学家们正紧锣密鼓地研究如何保护宇航员不受宇宙辐射的威胁。”
地球上的人不用担心太空射线，因为地球的辐射层能将其大部分反射走，其余的基本上会被大气层阻隔在外。一旦飞离地面一定高度，离开了大气层，就失去了它的保护。国际空间站距离地面仅450公里，还未离开辐射层的保护范围，但如果人类要开拓月球乃至更遥远的火星，辐射的危险就要更加重视了。
鉴于此，科学家们正紧锣密鼓地开展两方面的研究，保护宇航员不受过度辐射是一方面，而开发测量日常辐射暴露量的工具、探索辐射的生理作用则是另一方面。
2015年，学者们以马克·凯里和斯考特·凯里双胞胎兄弟为对象，开启了一项独特的实验[2]：宇航员斯考特前往太空，停留了340天，马克则待在地面上——这可谓是最全面的航空对人体影响的研究。科学家们详细对比了这两位基因组成一模一样的受试者，以分析太空环境在生化、免疫、基因和生理层面究竟造成了什么影响。
图片来源：Garrett-Bakleman et al-针对双胞胎航天员兄弟马克和斯考特的实验进行了25个月，期间斯考特在国际空间站运行轨道上停留了12个月。
课题得出的结论是，太空航行会显著地改变人体功能，虽然返回地面后大部分能恢复，但若要为人类创造适合长期生存的太空环境，我们仍有很长的路要走。
作者
Pierre Henriquet
编辑
1. Incomplete recovery of bone strength and trabecular microarchitecture at the distal tibia 1 year after return from long duration spaceflight » – Scientific Reports volume 12, Article number: 9446 (2022) – https://www.nature.com/articles/s41598-022–13461‑1
2. « The NASA Twins Study: A multidimensional analysis of a year-long human spaceflight” – SCIENCE – 12 Apr 2019 Vol 364, Issue 6436 –https://www. science.org/doi/10.1126/science. aau8650
