自从1961年尤里·加加林(Yuri Gagarin)首次进行了两小时的太空之旅以来,载人太空旅行的诱惑对科学家、企业家和娱乐界人士都是不可抗拒的。今天,随着科技的发展,载人火星之旅变得越来越有可能,好莱坞对人类未来的太空飞行充满了想象《星际迷航》普罗米修斯星球大战, 乃至墙墙),许多关于空间的谬误已经出现。外部空间通常被描绘为薄膜,作为寒冷,惰性的地方,其中暴露于永久的真空会使你的血液煮沸和你的身体爆裂;或者,如果这些事情都没有发生,你必须立即冻结到人冰皮中。同时,许多这些相同的电影方便地忽略了稍微更微妙的,即使在正常大气压下的封闭血管中也甚至长时间的空间的微妙且高度相关的危害。

急性暴露于空间的真空:不,你不会冻结(或爆炸)

一个常见的误解是外太空是寒冷的,但实际上,空间本身没有温度。在热力学术语中,温度是给定的物质中热能的函数,并且定义的空间没有质量。此外,由于在无数问题的情况下,由于三种传热(传导和对流方法中的三种方法中的两种方法中,传热不能出现相同的方式。

没有太空仪的空间中的人是什么意思?Because thermal radiation (the heat of the stove that you can feel from a distance, or from the Sun’s rays) becomes the predominant process for heat transfer, one might feel slightly warm if directly exposed to the Sun’s radiation, or slightly cool if shaded from sunlight, where the person’s own body will radiate away heat. Even if you were dropped off in deep space where a thermometer might read 2.7 Kelvin (-455°F,“宇宙微波背景”的温度离开了渗透宇宙的大爆炸),你不会立即冻结,因为传热不能通过辐射迅速发生。

对于一个暴露在太空真空中的人来说,缺少正常大气压力(在地球表面发现的空气压力)可能比温度更令人担忧。在真空中突然减压时,如果不立即呼出空气,肺部空气的膨胀很可能导致肺破裂和死亡。减压还可能导致一种可能致命的疾病,称为热胀症,环境压力降低,降低体液的沸点温度,并启动血液和软组织中的液态水转化为水蒸气[2]。至少,由于皮下水汽的形成,热胀会导致组织肿胀和擦伤;在最糟糕的情况下,它会引起栓塞,或由于血液中的气泡而导致血管堵塞。

我们对持续供应氧气的依赖是限制人类在完全真空中存活时间的更大因素。与肺在大气压下的功能相反,氧气是扩散的肺部暴露在真空中时血液的一部分。这会导致缺氧或缺氧。在15秒内,缺氧的血液开始被输送到大脑,因此失去意识会导致[1]。来自动物实验和训练事故的数据表明,一个人可以在没有意识的情况下在真空中至少再活一分钟,但活不了多久[3,4]。

空间旅行的长期影响

虽然空间诉讼故障或减压对人体的影响很重要,但对于识别,空间的长期后果可能更相关(图1)。太空飞行的许多直接生理冲击归因于微匍匐性,这是指非常小的引力力的术语。因为地球上的生命已经发展到地球的重力下,所以可以说所有人体系统都受重力的影响。身体具有高度适应性,可以适应引力环境的变化,但这些生理适应可能具有病理后果或导致健身减少,这挑战了空间旅行者在返回地球时正常运行的能力。

图1。与太空旅行相关的生理危害。暴露于具有微匍匐和电离辐射的空间中的环境可以扰扰心血管,排泄,免疫,肌肉骨骼和神经系统。(由Mark Springel的插图,由Hannah Somhegyi编辑)

在地球上,心血管系统抵抗重力,以防止血液在腿部汇集,因此微匍匐导致从腿部的剧烈再分布到上半身,仅在失重的几何时刻[5]。这种现象是以宇航员称为“浮脸”或“鸟腿”,参考突出的面部肿胀和腿周长10-30%的减少。虽然液体在12小时内恢复到稍微正常的分布,但宇航员往往抱怨延长停留在空间[6]中抱怨鼻腔漏洞和眼睛异常,这可能增加颅内压的症状,或头骨内的压力。此外,由于对心血管系统的要求抵消重力,因此由于对心血管系统的需求较低而减少了血容量,红细胞量和心脏输出。这种适应性在生理学上是正常的,并且在空间内没有功能局限性,但在返回地球的重力后,每四个宇航员中的一个都无法达到10分钟而不会经历心悸或晕厥[5,7]。

由于人体超过一半的肌肉在地球上抵抗重力,肌肉骨骼适应微重力会导致严重的肌肉萎缩,在长期执行任务[5]的过程中,一些宇航员的肌肉质量会减少50%。宇航员的肌肉萎缩与卧床不起的病人的肌肉萎缩极为相似,而且在返回地球后,一些宇航员甚至难以保持直立的姿势。如股骨、胫骨、骨盆带和脊柱等承重骨的空间负担减少,也会导致骨骼脱矿和骨密度降低,或骨质减少。钙和其他与骨骼相关的矿物质通过尿液排出,因此微重力环境不仅使人有骨折的风险,还会导致肾结石和[8]。

前庭和传感器系统,我们的身体的感官网络分别有助于平衡和电机协调的感觉,也受到微匍匐的影响。大多数宇航员在太空中的前几天遇到了一些空间晕车或迷失方向,而这些症状通常随着身体适应[5];然而,一些宇航员在返回地球后仍然令人震惊的月份[9]。此外,正常的睡眠周期似乎受到影响,因为宇航员始终睡眠较少,并且在空间中经历比在地球上更浅,并且在空间中的睡眠[10]。这可能是由于微重力的组合或空间中改变的光暗循环。许多宇航员抱怨明亮的闪光,在试图睡觉时围绕着他们的愿景,归因于高能量宇宙辐射[11]。

地球的大气层充当盾牌来阻挡许多有害类型的空间辐射,但人类危险地暴露于外层空间的这种辐射(图2)。来自太阳的紫外线(UV)辐射主要受到地球大气层的吸收,并且从未达到其表面,但在空间中未受保护的人类在几秒钟内将遭受紫外辐射的晒伤。UV rays can be blocked with specially designed fabric in spacesuits and shielding on spacecraft, but higher energy ionizing radiation and cosmic rays—high-energy protons and heavy atomic nuclei from outside our Solar System—can penetrate shielding and astronauts’ bodies alike, potentially having severe health implications [6]. Damaging radiation of this type can cause radiation sickness, mutate DNA, damage brain cells, and contribute to cancer [12]. Several studies also suggest that cosmic radiation increases risk of early-onset cataracts [13], and contributes to astronauts’ increased likelihood of acquiring viral and bacterial infections due to immune system suppression [5].

这对未来的太空任务意味着什么?

行星期际任务的前景化合物已知的健康问题关于太空旅行的问题。凭借我们目前的技术,对火星的一个载人的使命需要两年多的时间,通过保守估计,简单地前往火星可能需要6到8个月。美国宇航局在运输到火星期间记录的辐射测量结果表明,随着当今的技术,宇航员在往返过程中将暴露在最少660±120毫米(辐射剂量)中的时间[14]。由于NASA的职业暴露限制宇航员的曝光率仅在1000毫秒略有较大,这最近的数据是非常关注的原因。

图2。地球和太空中几种情况下的近似辐射剂量。与火星往返有关的辐射暴露是根据火星空间实验室(MSL) /好奇号漫游者最近的数据推断出来的。能源部,能源部;国际空间站[14]。(图片摘自美国宇航局/喷气推进实验室摄影杂志:PIA02570 & PIA02004;http://photojournal.jpl.nasa.gov)

最近的辐射数据抛开,人类在空间中连续连续连续留在438天[15],而且还没有完全理解人体如何回应火星和背后的旅行。长期空间的影响可能非常细微,这呼吁新的学科可以解决使人类适应我们不打算忍受的条件的问题。频繁的运动,适当的营养和药理治疗是三种策略,用于打击脱墨过程,但健身的一些减少是不可避免的。

设计未来空间任务的科学家面临的基本挑战之一是开发新技术,可以适应人类在空间中旅行的生理局限性,无限期。今天重视研究是开发技术,以更快地进行火星,产生人为重力,减少辐射曝光。虽然流行文化对太空旅行的描绘可能很大程度上是虚构的,但有一天使人类能够冒险进入“最终的前沿”,而且可能是科幻小说。

马克·斯普林格尔(Mark Springel)是波士顿儿童医院病理科的研究助理。

参考:

[1] Kanas N, Mansey D.《人类适应太空飞行的基本问题》。空间心理和精神病学,DONDRECHT:Springer Netherlands,2008. 15-30。打印。

[2] Czarnik,TR。在100万英尺处沸腾:在快速/爆炸减压中幸存http://www.sff.net/people/Geoffrey.Landis/ebullism.html”

[3]调查组DJ。载人航天中的灾难与事故,Springer-Praxis在天文学和空间科学中的书籍:Chichester英国,2000。

[4] Roth Em(1968)。快速(爆炸性)减压紧急情况紧急受试者。NASA CR-1223.NASA合同REP NASA CR。,11月1日:1-125。

[5] Williams D,Kuipers A,Mukai C,Thirsk R(2009)。太空飞行期间的适应:对人体生理的影响。CMAJ 180(11):1317-1323。

[6] Setlow RB(2003)。太空旅行的危险。4(11): 1013-1016。

[7] Mader Th,Gibson Cr,Pass AF,Kraimer La,等。(2011)。光盘水肿,全球扁平化,脉络膜折叠和远期空间飞行后观察到的远程移位。眼科118(10):2058-2069。

Pietrzyk RA, Jones JA, sam CF, Whitson PA(2007)。宇航员肾结石形成。航空空间环境医学78(4增刊):A9-13。

宇航员说在几个月的失重状态下他仍然摇摆不定。纽约时报,1998年2月2日。http://www.nytimes.com/1998/02/02/US/Altronaut-says-he-s-still-wobbly-after-months-of-weightlessness.html“

[10]外层空间的宽阔醒来(NASA):http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2001/ast04sep_1//

[11] Narici L, Bidoli V, Casolino M, De Pascale MP等(2004)。ALTEA/ALTEINO项目:研究微重力和宇宙辐射的功能效应。Adv空格Res 33(8): 1352-7

[12] Townsend LW(2005)。空间辐射环境对深层空间探索的影响。radiat prot剂量仪115(1-4):44-50。

[13] Chylack LT, Peterson LE, Feiveson AH, Wear ML等(2009)。NASA宇航员白内障研究(NASCA)。报告1:空间辐射暴露与晶状体不透明风险关系的横断面研究。辐射分辨率172(1):10-20

[14] Zeitlin C,Hassler DM,Cucinotta FA,Ehresmann B(2013)。马斯科学实验室在马斯迁移到火星的能量粒子辐射测量。科学340(6136):1080-1084。

[15]留在地球上,由Michael Schwirtz迈向火星。纽约时报。2009年3月30日。http://www.nytimes.com/2009/03/31/science/space/31mars.html

额外的资源:

竞争火星:人体上长期空间飞行的已知影响(发现频道):http://www.racetomars.ca/mars/article_effects.jsp.

Kerr Ra(2013)。辐射将使宇航员的旅行甚至冒险。科学340(6136):1031

研究表明(Space.com)的宇航员的愿景空间不好:http://www.space.com/14876-astronaut-spaceflight-vision-problems.html

研究表明,空间旅行对大脑有害,可以加速阿尔茨海默氏症(Spaceref)的发作:http://spaceref.com/news/viewpr.html?pid=39650

Cherry JD,Liu B,Frost Fl,Lemere Ca,等。(2012)。银河系宇宙辐射导致认知障碍并增加aβ阿尔茨海默病小鼠模型中的瘟疫积累。PLO一7(12):E53275

Buckey JC。空间的生理、纽约:牛津大学出版社,2006年出版社。

克莱门特G。太空医学基础知识, microuniverse出版社,Dordrecht;波士顿:Kluwer学术出版社,2003年。打印。

17关于“人体在太空中:从小说中区分事实

  1. 如果我们在辐射水平的随后增加,我们有一旦我们在空间中留在空间超过438天的人,我想知道。我几乎可以肯定的是,当我们技术和向外进入太空时,载人的空间任务将继续增长。我很兴奋,但仍然对潜在的后果威胁。漂亮的文章!

  2. “在地球上,人体一半以上的肌肉会抵抗重力,肌肉骨骼对微重力的适应会导致严重的肌肉萎缩,一些宇航员在长期的任务过程中会失去50%的肌肉质量。”
    是真的吗?我从没想过会发生这种事……

  3. 作为医生,我可以评估这篇文章是完整的废话:
    1) Double - speaking about no space issues (no space -vacuum issues vs.deadly radiation)双关语
    (做sh!T up)学说和鹦鹉学舌类似的咆哮。
    3)没有采用科学方法(假设有自变量、因变量、控制等)
    4)肯定结果谬论:“人类进化了”
    5)古代宗教信仰在天空真空中

    1. 你能详细解释一下你的答案吗?因为如果你对这个话题有更好的科学正确的认识,并且对这里讨论的与作者解释不符的具体事实有同行评议的论文,我很愿意听你说。然而,你的措辞只会让你看起来像一个一无所知的被触发的巨魔。

      所以,请停止侮辱,提供信息。

    2. 这句话对我来说似乎不像是鬼话。这篇文章说我们在电影中看到的并不完全准确,但仍然有危险。这不是夸夸其谈。请详细说明一下“真空”。重复措辞使其听起来更愚蠢是懒惰的做法,而且对清晰表述没有任何帮助。我不知道你在暗示什么。
      2)具体的地方?此外,“鹦鹉类似咆哮”是什么意思?谁是鹦鹉,类似于什么?
      3)我认为这篇文章销售为科学方法支持的一项研究。鉴于我们不想开始将人们射入太空,看看是什么杀死他们,似乎这篇文章在基于轶事证据和观察(这就是我们真正拥有的一切)来分享这些东西的最佳猜测
      4)我猜你指的是这样一个论点:既然人类是伴随着重力进化的,那么如果没有重力,他的器官可能都表现不佳。我同意这不是一个可靠的论点,但它似乎是一个很好的假设起点。
      5)什么?请讲清楚一点。同样,你的轻蔑/侮辱性的企图正在剥夺你陈述的清晰度和可信度。你的意思是说太空(接近)真空是一种基本的宗教信仰吗?哪个宗教?请详细说明,因为这是一个有趣的要求。

    3. 最后,我正在阅读一些有意义的东西......从美国国家航空航天局出来的每一条信息都可能出现在一个孩子的童话故事中

    4. UHM,没有。本文以kine为单位,假设效果以及哈斯迈向俄罗斯。做你的研究。您的批评没有显示科学方法或理性亲博士学位方程。

  4. “空间没有温度”。是的,它确实如此。在太阳系中,它以太阳辐射的辐射能量形式 - 这是一种电磁辐射的形式,可以穿过甚至完美的真空(顺便提及,它甚至没有甚至是深空的,它的密度相当于周围的密度1氢原子/ m ^ 3)。

    1. 不,辐射能会一直持续,直到找到可以加热的物体。它在穿越不完美的真空空间的过程中不会失去任何能量,直到它找到质量,试图与尘埃云、气体云、行星达到热平衡。当空间的不完全真空的温度与其他与它达到热平衡的物体相比较时,那几个相距遥远的氢原子通常不会被计算在内。
      哦,我的意思是它来自一个想要来的人,并且具有非常技术(且很大的无关)点的东西的东西,但是,尽管你的设置,但空间真的没有可衡量的临时。

  5. 如果我说错了请纠正我今天从地面发射的宇宙飞船只有最少的屏蔽。它们本质上就是锡罐,因为重量和质量一直是飞行控制系统的一个问题你是否能成功地让飞船安全离开地面。
    我想要解决辐射问题,他们最有可能在轨道上建造/组装船舶,就像他们用斯那样充分屏蔽它来往返火星的往返。如果不是不可能的话,从地面发射这样的船可能是极其困难的。

  6. 优秀和翔实的文章。不知道"医生"在吼什么。对我来说,这似乎是一篇写得很好的引用文章。谢谢你的见解。

  7. 尽管偶尔的曼持者,这篇文章完全符合所有物理学家和宇航员假设(包括在空间暴露于真空中的俄罗斯人)。
    谢谢,漂亮的文章。

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