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宇航员返回出舱后,为什么都要坐椅子?科学家:他们站不起来

宇航员返回出舱后,为什么都要坐椅子?科学家:他们站不起来
2020年04月07日 21:54 新浪网 作者 自驾小玩家

  宇航员返回出舱后,为什么都要坐椅子?科学家:他们站不起来

  本文参加百家号 #科学了不起# 系列征文赛。要说我们人类各个行业中哪个职业的风险最高、高度最高、速度最快,那当然非航天员莫属,他们的作业高度已经在某种意义上超出了地球,而且速度甚至达到了惊人的7.9公里/秒,也就是第一宇宙速度。并且航天员也是人类唯一一个需要脱离地球生存环境的职业,不管目前的载人航天设备有多么的可靠,但是让一个生物离开自己赖以生存环境本事就是一种冒险。

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  航天员代表人类探索未知的外太空,在这趟旅程中可能会随时发生意想不到的危险,所以想要成为一名航天员必须有过硬的心理和身体素质、过人的胆识、视死如归的精神、以及过硬的专业素养,这样才能在太空中完成也写既定的科学考察任务,完成相应的指令操作,遇到突发状况才能沉着冷静地应对。所以每一个从太空返回地航天员都是人类的英雄,但是我们也发现这这样的现象,也就是各国的航天员在地面出舱后都是首先坐在椅子上,接受人们的欢迎,那这是为什么呢?这其实跟太空和地面环境的差异有关。

  地球轨道附近的微重力环境

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  在地球表面上存在的任何物体,包括所有的生物,自从诞生就一直处在了1G的重力环境下。不仅如此,我们生物界的祖先在进化的过程中也是在这样的环境下繁衍的。所以我们身体的各项机能都适应了这样的重力环境。而且重力的存在还给了我们人类方向感,以及平衡感。我们认为下,永远都指向了重力的方向,而上正好和重力相反,有了上下于是就有了前后左右。

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  相信你也听说过“失重”这个概念,其实就是在一个物体不会受到任何的加速度,也就是他没有受到任何的净外力,爱因斯坦的等效原理告诉我们重力其实跟加速度是一样。但是我们在地球上或者在人类所能及的宇宙中很难找到完美失重的地方。多多少少都会感受到微弱的加速度,所以我们称其为微重力环境。

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  一般我们人类想要创造微重力环境一般有四种方法:落塔、飞机、火箭和航天器。落塔其实就是一种自由落体运动,由于距离的限制一般以秒计时,目前最长的时间为10秒,能够产生10^-4~10^-6G的微重力水平;飞机可以选择飞行抛物线,来产生微重力环境,首先向上爬升,飞机内的所有人员会感受到2G的加速度,然后平飞最后向下俯冲这样就可以产生20秒。10^-2G的微重力水平,火箭其实跟飞机原理是一样的。

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  最后一种绕地球轨道的航天器是我们人类最理想的微重力实验环境,持续时间长,而且感受到的重力加速度较低,你可能想问:航天器为何在地球轨道会产生微弱的加速度呢?也就是它为什么会感受到力呢?不是引力和离心力(惯性力)相互平衡了。其实在太空的真空环境下也很难有十分完美的环境,航天器在地球轨道附近运行期间也会受到大气阻力、以及其他天体引力的摄动,这就会给航天器产生一个微小的加速度,导致航天器失去运行速度,这就是为什么我们定期要给运行在地球轨道附近的航天器提供动力的原因。

  微重力环境对人的影响

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  其实上文已经稍微提到了重力对生命的重要性,人体在重力混乱的情况下就会出现各种难受、恶心、头疼的表现,例如你坐过山车,在不停地改变运动姿态的情况下,重力加速也会发生改变,时而超重、时而失重。最后的结果就是,导致人的重力感受系统和平衡系统发生紊乱,大脑以为身体中毒了,于是就发出了呕吐的指令。

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  不过这种失重环境是航天员所必须适应的,因为他们要在这样的环境下吃穿住行,转几圈就晕的人肯定不适合开飞机、更不适合当航天员。除了这些,微重力环境还会对人的身体产生不良的影响,包括:

  对血液和体液循环的影响:我们身体内各种液体的流动已经适应了1G的重力环境,也就是说,人的循环系统就是为这样的重力环境进化来的。如果失去重力,大量的血液和体液就会冲向上半身,尤其是脖子、头部。造成鼻窦充血,不通气、面部肿胀虚胖、脖子静脉膨胀。长期这样就会造成头晕、头痛、目眩。

  对骨骼的影响:长期处在微重力环境下,就会使得人体发生代谢紊乱,一些蛋白质的合成降低,造成免疫力下降,并且影响人体对钙的吸收,并且还会导致骨骼中钙的流失,所以长期在微重力环境下的人骨密度就降低,容易发生骨折。

  对肌肉的影响:这个最好理解,微重力环境下你完全感受不到你的体重,也感受不到自己手臂和腿的重量,在太空舱内只需轻轻地扒着内壁就可以快速移动,肌肉长期的完全放松状态,就会导致肌肉萎缩,无力,酸软。

  为什么做凳子呢?

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  其实最主要的还是长途奔波,从一个微重力的环境到重力的环境的一个适应过程。正常的人在床上躺几天,完全放松,刚一起床猛地站起来也腿发软,并且头晕。更别说宇航员在太空呆了几天返回地球时的感觉了,他们需要被人搀扶出仓,并且赶紧坐下,站着真的可能会腿一软摔倒或者晕倒。

  宇航员返回出舱后,为什么都要坐椅子?科学家:他们站不起来

  尤其是那些在国际空间站长时间工作的宇航员,虽然他们会在太空舱内用器械锻炼肌肉强度,但刚回地球也需要坐椅子,并且被抬走,立即送到医院进行康复治疗。所以不是宇航员想坐,而是实在是站不起来,或者站着实在是太累了。

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