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2021 年 12 月 07 日 星期 放大 缩小 默认  
科普中国

微重力环境
导致航天员“吃胖了”

  近期,正在中国空间站上执行任务的三位航天员因为表演朗诵节目再度出镜。细心的网友发现三位航天员都变“胖”了,尤其是脸部,肉眼可见圆了一圈。难道是由于空间站的伙食太好了,他们都吃胖了?虽然中国空间站的伙食确实不错,但导致航天员“长胖”的原因却并非食物,而是太空中的微重力环境。

  微重力环境不等于失重

  众所周知太空中会“失重”,但其实失重这个说法并不严谨。

  失重,是指物体失去了重力场的作用,不受任何外界重力场影响。但根据万有引力定律,即使物体的距离达到无穷大,引力作用也是不为零的,只能无限趋近于零。所以失重只是一种理想的情况,宇宙空间或不存在绝对的失重状态。

  微重力是指受到的重力作用很小,但仍然受到不同方向、不同大小的引力作用。如人造卫星、空间站等就仍然受到来自地球、月球、太阳的引力作用,其中来自地球的引力作用最强,所以人造卫星和空间站会依然围绕地球运转,其受力是平抛运动的惯性力和地球引力的矢量合成,严格讲是指g×10-6的有效重力加速度。这种在轨运行时会受到地球引力以外的各种干扰力的作用,接近失重又达不到完全失重的状态,就称为微重力。微重力下的环境,就是微重力环境。

  微重力环境下的“浮肿”

  在微重力环境中,物品的状态是飘浮的。从瓶中倒出来的水会形成一个圆圆的水球,不会散开。如果在空间站上点上一支蜡烛,火焰也是呈圆球状。同样,在太空中,人体的体液也是均衡分布的。

  在地球上,体液会受到重力的作用而集中在下面的腿脚部位,导致头部的体液内压比脚部小。而在空间站微重力环境中,体液会重新均匀分布于全身各处,头部的体液内压和脚部是相等的。这个时候航天员的血液,包括10%的水分将涌向大脑和上身,从而导致面部浮肿,甚至是头部发胀的情况。时间长了之后,看上去就会显得比较胖,这种现象通常叫作“太空浮肿”或者月亮脸(moon face)。同时,因为下半身的大量体液涌向了上半身,航天员的腿部还可能会变得更细长。

  这是特定环境下体内血液再分布的正常现象,不是病理性的,与地面浮肿有本质区别。

  微重力环境的其他影响

  微重力环境不仅仅会让人形成“太空浮肿”,还可能影响航天员健康的多个方面,包括骨丢失、肌肉组织代谢与形态功能、心血管系统功能、免疫系统及功能等。甚至作为脑功能延伸的视功能,在微重力环境下也会出现相应的改变,如视神经鞘扩张和视盘水肿。

  但微重力环境也是非常珍贵的,因为太空中的物品处于微重力状态,许多物理现象如对流、浮力、流体静压力、沉降等会消失,所以可以开展地面上无法进行的科学研究,比如观测地球上因为大气遮挡而难以观测的星体,利用微重力环境合成合金材料或蛋白质晶体等等。此前,国际空间站就开发并成功运行了冷原子实验室,在微重力环境中利用激光和磁力让“原子云”冷却到接近绝对零度的超冷温度,形成“超流体”物质状态,即玻色-爱因斯坦凝聚态,从而对移动非常缓慢的“原子”进行观察。

  因为鼻腔与声带在微重力环境中受到影响,三位航天员在节目中朗诵时声音略沙哑,像是得了感冒。不过他们显然并不在意。他们专门挑选了巴金的《激流总序》作为读本,以此对每一位心怀梦想的人给予鼓励。

  (综合整理)

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