為什麼在太空中人的身體會長高

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  太空中人的身體會長高的原因

  生活在太空裡的宇航員,會發現自己在太空里長高了,而且非常明顯,最多的可以長高5.5釐米。這是由於太空中的失重在作怪。由於沒有了重力,一切都沒有上下之分,人體脊骨的椎盤會擴充套件,所有的關節也會鬆弛、間隙增大。幾十個關節的微小擴張疊加起來,就會使身體明顯地增高了。不過,這個現象一經回到地面,幾小時後就會消失。

  太空裡的衣食住行

  吃——最容易的事變得複雜奇妙

  吃飯、喝水對於生活在地球上的人來說,是一件再平常不過的事了,但在失重環境下的太空生活,宇航員的飲食就變得十分複雜而且特別奇妙。可以說,宇航員的營養需求、食品製備、供給和他們的進食方式等都有一定的特殊性,與他們在地面生活的飲食有著很大的不同。航天食品從本質上講與地面普通食品是一樣的,都是為人體提供能量和營養。但為了節省飛船的空間和發射時的有效載荷,宇航員攜帶的航天食品應儘可能重量輕、體積小。如營養好的幹化餅乾和幹化香腸,吃時用水泡一下,即可恢復到與新鮮食品相近的味道。航天食品除了要能經受住航天特殊環境因素的影響,如衝擊、振動、加速度等的考驗而不失效外,還必須針對宇航員在失重條件下生理改變的指數對膳食的營養素作適當調整,如肌肉萎縮就要求食品必須提供充足的優質蛋白質;骨質丟失則要求食品提供充足的鈣以及適宜的鈣磷比例和維生素等。

  宇航員在航天飛行活動中如何進食,對他們來說是一個不小的考驗。在失重條件下,一杯盛滿水的杯子朝下朝上放都一樣,杯子裡的水不會自動飄浮或灑落出來,如果放在桌子上,杯子會連同水一起飛起來。所以說,宇航員在地面上原有的吃飯、喝水習慣到了太空就完全不能適用了。一般來講,各種食物、零件、用具等都是固定好了的。宇航員從食品櫃裡拿出食品後,要把裝食品的複合塑料膜袋剪開一個小口,把叉子和筷子伸進口袋裡叉著往嘴裡送。為了防止食品碎屑到處飄飛,影響宇航員或裝置的正常工作,這種食品往往都用小包裝,製成與口大小相近的方塊、長方塊或小球狀的“一口吃”食品,吃時不必再切開。如果宇航員要喝水,吃湯、羹、汁、果醬時,直接從塑料口袋或牙膏狀的軟鋁管裡,一點一點往嘴裡擠就可以了。

  隨著火箭技術的發展,宇航員從地面帶去的食品可以豐富些了。如溼食品或半溼食品的帶汁火雞、牛肉等,它們的水分含量和地面吃的正常食品相同。現在,宇航員們在太空艙裡已經可以使用微波加熱器來烘烤食物了。這種微波加熱器與地面上使用的加熱器有所不同。它上面有一些特製的凹進去的小格。為了防止加熱時食物飄浮起來,需要加熱的食物都必須固定在這些小格內,插上電源後,一會兒就可以將食物加熱到可口的程度。有了它,宇航員們就可以品嚐到熱烘烘、香噴噴的紅燒牛肉、炒蛋、豬排等食物了,其口感與在地面沒有多大區別。

  穿—一件衣服價值千萬美元

  人們對於服裝的認識往往只侷限於其蔽體、保暖、美觀、大方等特點,可是當人類進入太空就會發現,航天服的作用早已超出了傳統範疇。因為,太空接近真空的壓力環境、極端的溫度環境,缺乏生命所需的氧氣,空間隕塵、空間碎片和空間輻射的威脅等,都需要航天服為宇航員在太空的生活和工作,提供一個良好的防護和保障系統。

  航天服按功能可分為艙內航天服和艙外航天服。艙內航天服用於飛船座艙發生洩漏、壓力突然降低時,宇航員及時穿上它,接通艙內與之配套的供氧、供氣系統,服裝內就會立即充壓供氣,並能提供一定的溫度保障和通訊功能,保證宇航員在飛船發生故障時能夠安全返回。而艙外航天服則更為複雜。它是宇航員出艙進入開放的宇宙空間進行活動的保障和支援系統。它不僅需要具備獨立的生命保障和工作能力,包括極端熱環境的防護和人體平衡控制、氧氣供應和壓力控制、服內微環境的通風淨化、測控與通訊系統、電源系統以及宇航員視覺防護與保障,而且還需具有良好活動效能的關節系統以及在主要系統故障情況下的應急供氧系統。艙外航天服結構上由微流量防護層***外罩***、真空隔熱遮蔽層、氣密限制層、通風結構和液冷服等組成,猶如一個獨立的生命保障系統。一套艙外航天服系統通常比一個健碩的人還要重許多。它的價格自然也不菲,目前研製生產一件艙外航天服要花費上千萬美元。

  談到航天服,不能不講一下“太空噴氣揹包”。這種揹包高約1.25米,寬約830毫米,總重150公斤,內裝12公斤液氮,共有24個噴嘴。它像一把沒有坐位的椅子,安在宇航員的背上。宇航員可以通過扶手上的開關控制24個微型噴嘴,噴射出揹包裡的壓縮氮氣,從而形成各個方向大小不同的反推力,實現不同方向的移動。有了這種噴氣揹包,宇航員就能在茫茫太空中隨心所欲地翻筋斗、旋轉,向上、向下、向前、向後地自由移動了。

  住——密艙生活考驗技巧

  宇宙環境是極為惡劣的,對人體有害的主要因素是高真空、高缺氧、宇宙輻射、溫度差異等。在這樣的環境中宇航員是無法生存和工作的。於是,科學家研製出了一種與外界隔絕的密閉環境座艙用來保護宇航員。供宇航員居住、生活和工作的密閉艙是宇宙飛船上的一個主要部分,是保證宇航員身體健康的環境控制與生命保障系統。生命保障系統最為重要的是供水系統。它的主要任務是供給宇航員生活用水和飲食用水。密閉艙是一個狹小的環境,必須對不斷產生的汙染物加以淨化,以維持艙內空氣新鮮,保證宇航員的身體健康。

  由於失重飄浮,宇航員行動起來不像在地面上那樣自如,坐立不穩搖搖晃晃,稍一抬頭仰身就有可能來個大翻身,彎腰時又可能翻筋斗,所以一切動作都得小心翼翼。航天飛行中,睡袋一般固定在飛船內的艙壁上。在失重時分不清上和下,站著躺著睡都一樣,所以宇航員既可以靠著天花板睡,又可以筆直地站著靠牆壁睡,只要他高興。為了防止無意中觸及開關,他們睡覺時必須把雙手束在胸前。宇宙空間中的睡覺姿勢很特殊,失重時,身體完全放鬆會自然形成一種弓狀姿勢。在空間軌道站上,宇航員已可享受分隔式臥室和床,但他們在睡覺時必須把自己捆在床上,以免翻身時因失重而飄離。

  另外,在宇宙中航行的宇航員和地球上的人一樣,也需要有個人清潔衛生的處理,如刷牙、洗臉、洗澡、大小便等等,但這一切都需要有特殊的設施和技巧。比如在失重時刷牙,牙膏泡沫很容易飄浮起來,水珠在艙內飛飄,會影響人的健康和儀器正常運轉。為防止這個問題,美國採用一種特製的橡皮糖,讓宇航員充分咀嚼以代替刷牙,達到清潔牙齒的目的。宇航員洗澡時,需要將耳朵塞上,帶上護目鏡,就像潛水員一樣。當人進入浴室,還要穿上固定的拖鞋,這樣就不會飄浮起來了。美國“奮進”號太空梭上裝備有一種太空馬桶,造價高達2340萬美元。這種馬桶可貯存處理更多糞便,有獨立的尿液分離器,可將尿和糞便分開處理。馬桶上的氣流導引裝置,解決了失重條件下人體排洩的困難。

  行——防止成為茫茫太空的人體衛星

  1965年3月18日,蘇聯宇航員列昂諾夫離開“上升”2號飛船密閉艙,繫著安全帶第一次到茫茫太空中行走,開創了人類太空行走的先例。然而太空行走與人們在地面上的行走不能相提並論,其困難程度是常人難以想像的,需要諸多的特殊技術保障措施。

  由於太空處於真空狀態,沒有大氣層的保護,溫度變化也很大,太陽照射時溫度可高於100℃,無陽光時溫度可低於-200℃,同時還存在著能傷害人體的各種輻射和微流星體,因此在太空行走時,必須身穿特製航天服。同時,由於宇宙飛船、空間站、太空梭這些載人航天器密閉艙內的人造氣壓、空氣組成基本與地面相同,故人體內吸有一定量的氮氣,而航天服內的氣壓較低,僅為大氣壓的27.5%,宇航員如果猛然出艙,遇到低的氣壓後血液供應會較差,溶解在脂肪組織中的氮氣遊離出來卻不能通過血液帶到肺部排出而形成氣泡,因此可能造成氣栓堵塞血管,引發嚴重疾病。所以宇航員出艙前需要吸取純氧將體內氮氣排出,以免隱患。

  在太空行走的宇航員圍繞地球高速執行時,在廣袤的空間中沒有參照物,無法分清物體的遠近大小、速度快慢,如無保險措施,就可能會丟失在茫茫太空中而成為人體衛星。再加上載人航天器和自己都在運動,宇航員有時會被搞得暈頭轉向,亦有可能出現危險,所以太空行走需要採取保險措施———身系安全帶。安全帶猶如嬰兒的臍帶將宇航員與航天器連線起來,以防宇航員在太空中走失。1984年2月7日,美國的“挑戰者”號太空梭在進行第11次飛行時,宇航員布魯斯·麥坎德里斯穿著一種帶助推裝置的航天服,首次在不繫安全帶的情況下在太空中自由行走了95分鐘,捕獲了已經停止工作的“太陽峰年”號人造衛星,並對其進行修理,排除故障後又將其重新送回軌道。布魯斯完成了太空梭首次捕獲衛星的任務。這次太空行走也為人類在太空中的活動開創了新的天地。但為了保險起見,現在宇航員仍被要求系安全帶。萬一宇航員不能自己走回太空梭,可以用牽引纜索把他拉回來。

  太空生活看似有趣,實際上是對宇航員生存技巧的一大考驗。看來要做個太空人,享受一下與地球人不一樣的生活,還真不是件容易事。

  太空中的環境

  自宇宙大爆炸以後,隨著宇宙的膨脹,溫度不斷降低,當前,太空已成為高寒的環境,平均溫度為零下270.3℃。

  在太空中,各種天體也向外輻射電磁波,許多天體還向外輻射高能粒子,形成宇宙射線。如太陽有太陽電磁輻射,太陽宇宙線輻射和太陽風,太陽宇宙線輻射是太陽在發生耀斑爆發時向外發射的高能粒子,而太陽風則是由日冕吹出的高能等離子體流。

  許多天體都有磁場,磁場俘獲上述高能帶電粒子,形成輻射很強的輻射帶,如在地球的上空,就有內外兩個輻射帶。由此可見,太空還是一個強輻射環境。

  太空還是一個高真空,微重力環境。重力僅為百分之一到十萬分之一g ***g-重力加速度*** ,而人在地面上感受到的重力是1g。

  太空垃圾危害

  自上世紀50年代開始進軍宇宙以來,人類已經發射了4千多次航天運載火箭。據不完全統計,太空中現有直徑大於10釐米的碎片9千多個,大於1.2釐米的有數十萬個,而漆片和固體推進劑塵粒等微小顆粒可能數以百萬計。

  不要小看這些太空垃圾,由於飛行速度極快***6-7公里/秒***,它們都蘊藏著巨大的殺傷力,一塊10克重的太空垃圾撞上衛星,相當於兩輛小汽車以100公里的時速迎面相撞--衛星會在瞬間被打穿或擊毀!試想,如果撞上的是載人宇宙飛船……而且人類對太空垃圾的飛行軌道無法控制,只能粗略地預測。這些垃圾就像高速公路上那些無人駕駛,隨意亂開的汽車一樣,你不知道它什麼時候剎車,什麼時候變線。它們是宇宙交通事故最大的潛在"肇事者",對於宇航員和飛行器來說都是巨大的威脅。

  當前地球周圍的宇宙空間還算開闊,太空垃圾在太空中發生碰撞的概率很小,但一旦撞上,就是毀滅性的。更令航天專家頭疼的是"雪崩效應"--每一次撞擊並不能讓碎片互相湮滅,而是產生更多碎片,而每一個新的碎片又是一個新的碰撞危險源。如果有一天,等地球周圍被這些太空垃圾擠滿的時候,人類探索宇宙的道路該何去何從呢?

  太空垃圾是人類在進行航天活動時遺棄在太空的各種物體和碎片,它們如人造衛星一般按一定的軌道環繞地球飛行,形成一條危險的垃圾帶。太空垃圾可分為三類:一是用現代雷達能夠監視和跟蹤的比較大的物體,主要有種種衛星、衛星保護罩及各種部件等,這類垃圾當前已達8000多個;二是體積小的物體,如發動機等在空間爆炸時產生的,其數量估計至少有幾百萬;三是核動力衛星及其產生的放射性碎片,到2000年,這類衛星送到地球軌道上的碎片達3噸。

  1957年10月4日,前蘇聯成功地發射了第一顆人造地球衛星,揭開了人類空間時代的序幕,同時也為太空送去了第一批垃圾。當時,宇航員完成飛行任務,把衛星的裝載艙、備用艙、儀器裝置及其他遺棄物都留在了衛星軌道上。此後,隨著人類太空史上的一次次壯舉,太空垃圾與日俱增。人類先後已將4000餘顆衛星送入太空,當前仍在正常運轉的僅有400餘顆,其餘的或墜毀於地球表面,或遺留在太空,成為太空垃圾。據統計,當前約有3000噸太空垃圾在繞地球飛奔,而其數量正以每年2%-5%的速度增加。科學家們預測:太空垃圾以此速度增加,將會導致災難性的連鎖碰撞事件發生,如此下去,到2300年,任何東西都無法進入太空軌道了。

  太空垃圾給航天事業的發展帶來了隱患,它們成為人造衛星和軌道空間站的潛在殺手,使宇航員的安全受到嚴重威脅。要知道,太空垃圾是以宇宙速度執行的。一顆迎面而來的直徑為0.5毫米的金屬微粒,足以戳穿密封的飛行服;人們肉眼無法辨別的塵埃***如油漆細屑、塗料粉末***也能使宇航員殞命;一塊僅有阿司匹林藥片大的殘骸可將人造衛星撞成"殘廢",可將造價上億美元的航天器送上絕路。在人類太空史上,太空垃圾造成的事故和災難屢見不鮮。1983年,美國太空梭"挑戰者"號與一塊直徑0.2毫米的塗料剝離物相撞,導致舷窗被損,只好停止飛行。1986年,"阿麗亞娜"號火箭進入軌道之後不久便爆炸,成為564塊10 釐米大小的殘骸和2300塊小碎片,這枚火箭的殘骸使兩顆日本通訊衛星"命赴黃泉"!1991年9月15日,美國發射的"發現者"號太空梭差一點與前蘇聯的火箭殘骸相撞,當時"發現者"號與這個"不速之客"僅僅相距2.74千米,幸虧地球上的指揮系統及時發來警告訊號,它才免於喪生。據計算,當前太空軌道上每個飛行物發生災難性碰撞事件的機率為3.7%,發生非災難性撞擊事件的可能性為20%。以此計算,今後將每5-10年可能發生一次太空垃圾與航天器相撞事件,到2020年將達到2年一次。


 

太空中人的身體會長高的原因