国外科学家谈宇宙飞船论文

文|科学虫洞

宇宙的环境到底有多危险，又会对人体造成哪些影响？《科学进展》上的一篇论文表明，在长期的太空无重力飞行后，11名宇航员的大脑出现了萎缩。

来自澳大利亚、比利时、德国、俄罗斯的科学家，对11位俄罗斯宇航员的大脑结构进行了研究分析。

参与研究的宇航员们，在国际空间站平均停留的时间是171天，将近6个月。虽然他们并非总是暴露在太空中，但在空间站里也会受到影响。

科学家对每位宇航员都进行了3次扩散磁共振成像，上太空前1次，从太空回来后2次。

分析的时候，研究团队留意到，太空飞行前后人类大脑的结构和功能会发生改变。

在零重力的环境下，大脑白质、灰质的分布出现了变化，并且脑室变大、脑脊液变多。 科学家认为，之所以会出现这种变化，是因为神经系统在通过这样的方式适应失重环境。

要说明的是，这些宇航员发生的改变 并不是永久性的 。在他们返回地球生活7个月后，各项指标都恢复如常。

其实在之前，科学家们就探究过太空飞行对人们大脑的影响。 2017年，密歇根大学的一项研究显示，宇航员的大脑在飞行中会出现压缩和扩张。

研究团队分析了26名宇航员的相关数据，这些宇航员回到地球后都接受了脑部核磁共振检查。结果显示，他们大脑不同区域的灰质体积，都出现了增加或减小。

研究人员表示其中大部分灰质体积是减小的，这或许是因为脑脊液在太空中重新分布了。

科学家的研究表明，太空飞行对人体造成的影响很大，并不只有大脑，还有其他很多方面，比如身高和眼睛。

在国际空间站生活一个月，你的个子会微微长高。 失重状态下，太空中的宇航员的身高会增加3%。 如果是一个1米8左右的人，那么他能长高大约5厘米。

宇航员迈克尔·巴瑞特执行太空任务前，看远处的事物需要戴眼镜；但是完成任务回来后，他看近处的事物都要戴老花镜。

不过， 身高和视觉系统的这些变化也不是永久性的。 回到地球生活几个月后，宇航员们的身高就会恢复正常。

此外， 在太空中，人体的部分肌肉会出现肌肉萎缩、变形 ，甚至是组织退化等现象。在太空生活的时间越长，这些肌肉萎缩得就越明显。

NASA曾经进行过一项双胞胎宇航员实验。

计划中，NASA的宇航员斯科特·凯利（Scott Kelly），会在空间站待上一年；而科学家将会收集他的基因、分子、生理学等数据。

斯科特有一个双胞胎兄弟，名为马克·凯利（Mark Kelly），也是一名宇航员，不过已经退役了，在太空中待的时间比他少很多。

科学家收集到斯科特的数据之后，会将其拿来跟马克的数据对比，找到差异，寻找人体应对极端环境的答案。

最终，这个实验收获了10个研究项目，内容包括认知能力以及基因表达的变化等等。

不过，NASA发出的新闻稿，却被部分媒体严重误读，导致了谣言的出现和传播。

在新闻稿中，NASA表示，斯科特回到地球后，93%的基因恢复如常，而其余7%则可能导致与免疫系统、DNA修复、骨骼形成网络、低氧以及高碳血酸症相关的基因，出现长期变化。

新闻稿中未明确说明“基因变化”具体是什么，所以有人认为斯科特有7%的DNA永久性地改变了。

实际上，斯科特被改变的是基因表达，并不是DNA。在意识到自己的新闻稿措辞不够严谨后，NASA更新了新闻稿，强调 斯科特的基因没有出现根本性变化。

并且，这7%的基因表达变化程度很小，处于正常范围之内。

大家都知道，宇宙中的辐射是非常强的，哪怕身处空间站，执行任务的宇航员们也无法完全避免辐射。

以前流传着一个说法，称“女性宇航员返回地球后禁止生育”，这其实是谣言，经不起任何推敲。

事实上，女性宇航员返航后，不仅不会被禁止生育，也没有因为太空飞行而出现生育问题。

举个例子，人类史上第一位女性宇航员，瓦莲京娜·捷列什科娃(Valentina Tereshkova)，结婚时距离进入太空才4个多月时间。

次年，这位宇航员生下一个女宝宝。这个女宝宝不仅漂亮，还十分聪明，后来成为了一名医生。

除了瓦莲京娜之外，我国也有例子能够打破这个谣言，即我国“首位升空女性宇航员”刘洋，她是执行太空任务回到地球后才生育的。

太空对于人类来说并不是个舒适的环境，没有用来呼吸的氧气，微重力环境会消磨骨骼和肌肉，人体还要受到大量高能带电粒子辐射，导致细胞受到损伤。

可以说，宇航员真的是冒着生命危险在进行航天任务，他们之所以能够顺利执行任务和返航，凝聚着无数人的智慧，值得我们敬佩。

在搜集相关资料时，看到有朋友询问：既然这么危险，那为何还要 探索 太空？安心待在地球多好。

虫洞想说的是，载人航天是一项综合性尖端科学技术，对现在世界的经济、科学等方面都有着重要的影响，也是衡量一个国家综合国力的标准之一。

而且，凡是 探索 未知，都势必伴随着可能发生的危险，但我们要做的不是就此停下脚步，而是努力“增加防御力”，尽力去规避风险。

除了 探索 宇宙之外，对于其他方面，我们也要在脚踏实地的同时学会仰望星空，不断向前进步，这样才能有更光明的未来。

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文/思思

万事几时足，日月自西东。无穷宇宙，人是一粟太仓中。——辛弃疾

人类对浩瀚的宇宙，似乎有着无穷无尽的幻想。所以当人类发明天文望远镜以后，便把 探索 宇宙当成了事业， 人类奔赴星空，或许已成 历史 必然 。但人类对于宇宙是渺小的，渺小到就像粮仓中的一粒小米，甚至不能知道自己从哪里来，怎么得来的。

有人说，人类从细胞演化得来。也有人说，人类是太空文明创造的产物。至于哪一种说法是对的，人类现在还无法得知。但对于太空文明是否造访过地球，科学家们似乎得到了一个意想不到的结论。

发表于《 The American Astronomical Society 》（美国天文学会）的一项研究论文中，宾夕法尼亚州立大学的天文学家杰森赖特和哥伦比亚大学的天体生物学家凯莱布沙夫共同指出， 即使以最保守的文明扩张速度来估计，地外文明有可能已经在银河中形成了一个“星际帝国”。

该团队以其在2019年设计的扩张模型为基础，来模拟这个过程。通过可视化的图像，我们能看到一个孤独的 科技 文明在银河星系内部扩张的过程。在该团队提供的图像中，我们能看到 灰色的点代表不稳定的恒星，紫色的点代表稳定的恒星，而白色则是正在飞行途中的星际飞船。

“恒星本身在不断移动，所以一旦你占领了邻近的系统，恒星就会把你带到星系的另一个区域。在那里徘徊着更多的新恒星，使你有机会占领另一个恒星系统。”杰森赖特说道。

在本次模拟中，最初的扩张进展十分缓慢，但在出现指数级增长后，该 科技 文明的扩张速度就加快了许多。扩张速率很大程度上会受到星系中心附近恒星密度的增加和“耐心策略”的影响。在这种扩张策略中，星际文明会耐心等待随着星系绕轴旋转而不断靠近的新恒星。

“这就意味着，我们谈论的不是一个快速或积极扩张的物种，也不需要曲速引擎或其他任何东西。”

也就是说，星际文明哪怕没有研发出曲速引擎，以类似我们地球现有的 科技 ，就能完成银河内星系的殖民扩张。 在这样的扩张策略和条件下，该星际文明殖民整个星系内部，需要长达10亿年的时间。 但对于有着超过100亿年 历史 的银河系来说，这个过程能够完成十次，或许星际文明早在10亿年前就已经造访过地球。

从地理位置上来说，我们地球是在银河系第三旋臂的边缘荒凉区域。如果将银河系当成地球来看待，那么我们的位置就是原始森林里最不起眼的某个洞窟中。而且整个太阳系的恒星并不如银河内部那么密集，星际文明造访地球，或者是造访太阳系的可能性极低。

但地外文明在较为邻近的行星系统上观测人类的可能性，还是比较高的。 上个月发表在《Nature》的一篇科研报告中，天文学家确定了2000多颗恒星，可以在不久前和未来能够探测到地球。 如果有地外文明生活在这些恒星系统中，而且他们有着相似的 科技 水平或者更发达的 科技 ，他们在理论上可能早就发现人类了。 在这些恒星中，还有75颗距离比较近的恒星已经被人类产生的无线电波冲刷过。

杰森赖特的模拟实验虽然只是基于非常简单的假设，但其论文报告却加强了人类对费米悖论的理解。既然太空物种可以在没有曲速引擎这种科幻设定就能完成星际殖民，那人类是否也可以发展成星际文明，从太阳系逐步殖民银河系呢？理论上是可行的。

“星际殖民只需要一些我们可以实际操控的普通飞船，用类似今天的技术就可以设计出来。比如利用激光来推动太阳帆飞船，或者只需要飞船的寿命足够长，能够运行长达10万年的时间，利用常规火箭和巨行星的引力弹弓就能实现扩张。”杰森赖特说道。

也就是说，人类只需要可以持续在太空航行的飞行器，就能实现星际殖民的目标。但这种飞行器即便不需要曲速引擎 科技 ，也有很大的限制条件。

一：飞船需要有可循环供养 科技

星际航行不是一天两天的事情，而是需要几万年甚至更久的时间。 如果奥尔特云的假设成立，那么太阳系的直径在2-3光年之间，也就是说人类想要飞出太阳系，至少要航行1光年。而人类想要脱离地球的引力，则是必须突破第二宇宙速度公里/秒。 以这个速度来计算，人类要航行万年才能飞出太阳系，抵达另一个星系。

如何保障人类在飞行器上的吃穿用度，是令人非常头疼的一件事情。 如果科学家们能设计出可以让人类在漫长旅途中繁衍生息的飞船，并且能将这种“巨无霸”发射到太空，人类才有可能成为星际文明。

二：人类目前还无法解决宇宙辐射

宇宙辐射一直是人类进行太空活动的一大心病。 在NASA准备在2024年进行的阿尔忒弥斯计划中，他们计划重返月球，并且在月球上建立可以永久居住的基地。想要建立这样的基地可不简单，因为月球表面有着极高的宇宙辐射，人类无法长期生活。 这些辐射可以轻松损害人类的脱氧核糖核酸（DNA），稍微严重点就会导致死亡。

为了对抗太空辐射，人类科学家们开始大力研究一种生命力顽强的缓步生物——水熊。 水熊可以在5000Gy伽马射线的辐射环境下生存，还曾在5次大灭绝时间中存活下来。打不死的小强在这位面前，只能算是个弟弟。要知道，一个正常成年人类，能承受的伽马射线只有5-10Gy。所以细心的人就会发现，国际空间站的常客不仅仅是宇航员，还有这种模样十分可爱的缓步生物。

此外，对抗宇宙辐射还能从飞行器的舱壁上入手。 目前，公认最佳抗辐射的物质是氢元素。人类可以在设计飞行器舱壁的时候，使用含有大量氢元素的材质，以此隔绝宇宙辐射的侵害。 或者简单粗暴一点，可以在舱壁内部设置水墙，而水含有大量的氢元素，隔绝宇宙辐射的能力也是颇为不错。

三：能源补充

太空旅行必不可少的还有能源。人类需要在太阳系的 探索 中找到宇宙中存在的能源 ，并且研究出太空能源的开采技术、使用技术。这样才能在漫长的星际航行中，飞到哪补充到哪。例如在月球上含量极高的氦3，就是地球上含量极少的特殊能源。 这种能源只需要20吨，就能够支持14亿中国人用上一整年的电。

而在NASA的阿尔忒弥斯计划中，开采月球的氦3，也是其目标之一。 或许在未来，人类还能在火星等天体上，寻找到更多的能源。

从客观理性的角度来看，人类目前想要实行超深空星际殖民，几乎是不可能的。 因为地球资源有限，人类也不团结，能够支持大量人类繁衍生息的飞船，只存在于科幻电影、小说中。想要实现这种产物，估计还要过上好几千年。

我们知道，人类的家园是地球，而地球的外面覆盖着一层大气，如果没有水和大气以及适宜的温度和环境，生物是很难生存的。通常，在人们的眼中，“天”很高，要想冲出厚厚的大气层，进入太空非常非常困难。其实，与地球相比，大气层是很稀薄的。人们知道，地球的直径大约为12700千米，而大气层的厚度只有100 -800千米。如果将地球比作一个苹果的话，那么，我们可以把大气层看成是苹果的皮，可这层“苹果皮”本身却是变化多端的。比如最贴近地球表面的一层，叫作对流层，其高度从海平面起一直到大约11000米止，其顶界是随纬度、季节等情况而变化的，在赤道地区为17000米，在中纬度地区（如北京、天津地区）为11000米，在地球两极地区则为7000-8000米。对流层的主要特点是，空气温度随着高度的增加而降低，因而又称为变温层，平均而言高度每上升1000米，气温约下降℃。与此同时，气压也随高度的增加而降低。由于地球引力的作用，在 5500米的高度范围内，包含了大气总量的一半，而整个对流层，大约占了全部大气质量的四分之三。由于几乎所有的水蒸气都集中在这一层大气内，再加上大量的微粒，因而，这里也是风云变幻最为剧烈的一层。从大约11000米的高度起，直到 30500米左右，其大气温度基本不变，平均保持在℃上下，因此被称为同温层（实际情况是：在25000米以下，气温随高度的升高而上升。在同温层顶，气温约升至-43至-33℃）。同温层的气温之所以具有这样的特点，是因为该层大气离地球表面较远，受地面温度的影响较小，并且其顶部存在着臭氧，能够直接吸收太阳的辐射热等。同温层所包含的空气质量大约占整个大气的四分之一弱。在这一层大气内，没有上下对流，只有水平方向的风，所以又叫作平流层。另外，该层大气几乎不存在水蒸气，基本上没有云、雾、雨、雹等气象变化的现象，这对飞行器的平稳飞行是非常有利的。不过，由于空气密度很小，飞机在这一高度层上又不适宜机动飞行。人类的航空活动差不多都集中在对流层和同温层内。为了保证飞机和发动机的工作效率，飞机飞行的高度一般不超过30千米的界限。从30千米到80-100千米的高度范围，被称为中间层。这一层空气的特点是：以 45千米为界，温度先升后降。由于大量的臭氧存在，其气温先由同温层顶的-33℃提高到17至40℃左右；从45千米起，随着高度的升高，气温又开始下降，一直降低到℃至-113℃。中间层的空气已经很稀薄了，其空气质量约只占整个大气层的1/3000。在80千米高度上，空气的密度只有地面的五万分之一；而在100千米高度上，空气的密度仅为地面的一千万分之八。由于空气非常稀薄，并且气体开始呈现电离现象，因此，人们一般把飞行高度达到80—100千米的飞行器，看成是不依靠大气飞行的航天器。1967年10月，美国试飞员约瑟夫·沃尔克驾驶X-15A火箭飞机飞出了 7297千米/小时的惊人速度，创造了有人驾驶飞机速度的世界纪录。而且，他还曾多次飞到了80千米以上的高空，成为美国第一个“驾驶飞机的宇航员”。按照美国航空航天局规定：飞行高度超过80千米的飞行员即可称为宇航员.在中间层之上直至800千米高空的范围，称作电离层。其特点是：含有大量的带正电或负电的离子，空气具有导电性。并且，其温度随高度的增大而迅速升高，在200千米高度时，气温可达400℃。所以，这里又被人们叫作“暖层”。在电离层顶端之外，便是大气的最外层——“散逸层”了。由于地球引力的减弱，气体分子和等离子体与地球已若即若离。电离层和散逸层的空气密度极低，对太空飞行器的影响已很小，因此，人类大部分的航天活动都是在它们之内（或之外）进行的。航空与航天的区别:航空与航天是人们经常接触的两个技术名词，两者虽然仅一字之差，却被称为两大技术门类，这是为什么呢？您稍加注意即可发现，航空技术主要是研制军用飞机、民用飞机及吸气发动机，航天技术主要是研制无人航天器、载人航天器、运载火箭和导弹武器，最能集中体现两者成果的是航空器和航天器。从航空器与航天器的重大区别上即可看出两个技术领域的显著差异。第一，飞行环境不同。所有航空器都是在稠密大气层中飞行的，其工作高度有限。现代飞机最大飞行高度也就是距离地面30多千米。即使以后飞机上升高度提高，它也离不开稠密大气层。而航天器冲出稠密大气层后，要在近于真空的宇宙空间以类似自然天体的运动规律飞行，其运行轨道的近地点高度至少也在100 千米以上。对在运行中的航天器来讲，还要研究太空飞行环境。第二，动力装置不同。航空器都应用吸气发动机提供推力，吸收空气中的氧气作氧化剂，本身只携带燃烧剂。而航天器其发射和运行都应用火箭发动机提供推力，既带燃烧剂又带氧化剂。吸气发动机离开空气就无法工作，而火箭发动机离开空气则阻力减小有效推力更大。吸气发动机包括燃烧剂箱在内都可随飞机多次使用，而发射航天器的运载火箭都是一次性使用。虽然航天飞机的固体助推器经过回收可以重复使用20次，其轨道器液体火箭发动机可以重复使用50次，但与航空器使用的吸气发动机比较起来，使用次数仍然是很少的。吸气发动机所用的燃烧剂仅为航空汽油和航空煤油，而火箭发动机所用的推进剂却是多种多样的，既有液体的，也有固体的，还有固液型的。第三，飞行速度不同。现代飞机最快速度也就是音速的三倍多，且是军用飞机。至于目前正在使用的客机，都是以亚音速飞行的。而航天器为了不致坠地，都是以非常高的速度在太空运行的。如在距地面600千米高的圆形轨道上运行的航天器，其速度是音速的22倍。所有航天器正常运行时都处于失重状态，若长期载人会使人产生失重生理效应，并影响健康。正因如此，航天员与飞机驾驶员比较起来，其选拔和训练要严格得多。一般人买票即可坐飞机，而花重金到太空遨游的人还必须通过专门培训。第四，工作时限不同。无论是军用还是民用飞机，最大航程计约2万千米，最长飞行时间不超过一昼夜。其活动范围和工作时间都很有限，主要用于军事和交通运输。虽然通用轻型飞机应用广泛，但每次活动范围相对更小。而航天器在轨道上可持续工作非常长时间，如目前仍在使用的联盟TM号载人飞船，可与空间站对接后在太空运行数月之久。再如航天飞机，能在轨道上飞行7-30天，约小时即可围绕地球飞行一周。载人航天器运行时间最长的当属和平号空间站，它在太空飞行了整整15个年头。至于无人航天器，如各种应用卫星，一般都在绕地轨道上工作多年。有的深空探测器，如先驱者10号，已在太空飞行了32年，正在飞出太阳系向银河系遨游。航空器的优点是能多次重复使用，而航天器除航天飞机外，只能一次性使用，载人宇宙飞船也不例外。第五，升降方式不同。飞机的升空是从起飞线开始滑跑到离开地面，加速爬升到安全高度为止的运动过程。它返回地面降落时只要经过下滑和着陆即可。只有个别飞机如英国的“鹞”型战斗机采用发动机喷口转向的方式使飞机能够垂直起落，但机身并未竖起，仍处于水平位置。而至今为止的航天器发射，包括地面和海上的发射，顶部装着航天器的运载火箭都是垂直腾空的。在完成发射过程中，运载火箭要按程序掉头转向和逐级脱离，最终将航天器送入预定轨道运行。有的航天器发射，中间还要经过多次变轨，情况更为复杂。航天飞机虽然也能施放航天器，但它本身亦是垂直发射升空的。至于返回式航天器，其回归地面必须经历离轨、过渡、再入和着陆四个阶段，远比飞机降落困难。航空器的起飞、飞行和降落与航天器的发射、运行和返回，虽然都离不开地面中心的指挥，但两者的地面设施和保障系统及其工作性能与内容也是大有区别的。世界航空航天大事件:风筝起源古代中国，约14世纪传到欧洲公元前500－400年中国人就开始制作木鸟并试验原始飞行器1909年世界第一架轻型飞机在法国诞生1903年12月14日至17日,由莱特兄弟设计制造的“飞行者”1号飞机，在人类航空史上首次实现了自主操纵飞行.这次试飞成功成为一个划时代的事件，人类航空史从此进入新的纪元1947年10月14日美国著名试飞员查尔斯·耶格尔驾驶X—1飞机实现了突破音障飞行1969年7月20日22时56分20秒，阿姆斯特迈出一小步成为全体地球人类的一大步1957年10月4日前苏联发射世界第一颗人造地球卫星。半年后，美国的人造卫星上天1959年9月12日前苏联发射“月球”2号探测器，为世界上第一个撞击月球表面的航天器1961年4月12日前苏联宇航员加加林成为世界第一位飞入太空的人1969年7月20日美国宇航员阿姆斯特朗乘坐“阿波罗”11号飞船，成为人类踏上月球的第一人1970年12月15日前苏联“金星”7号探测器首次在金星上着陆1971年4月9日前苏联“礼炮”1号空间站成为人类进入太空的第一个空间站。两年后，美国将“天空实验室”空间站送入太空1971年12月2日前苏联“火星”3号探测器在火星表面着陆。5年后，美国的“海盗”火星探测器登陆火星1981年4月12日世界第一架航天飞机---美国“哥伦比亚”号航天飞机发射成功1986年1月28日美国航天飞机“挑战者”号在升空73秒后爆炸1986年2月20日前苏联发射“和平”号空间站，服役已经超期8年，至今仍在运行，是目前最成功的人类空间站1993年11月1日美、俄签署协议，决定在“和平”号空间站的基础上，建造一座国际空间站，命名为阿尔法国际空间站我国航空航天大事件:1956年10月8日，我国第一个火箭导弹研究机构———国防部第五研究院成立。1970年4月24日，长征一号运载火箭在酒泉卫星发射中心成功地发射了东方红一号卫星，我国成为世界上第三个独立研制和发射卫星的国家。1975年11月26日，长征二号运载火箭在酒泉卫星发射中心成功地发射了我国第一颗返回式科学试验卫星，并于3天后成功回收。1984年4月8日，长征三号运载火箭在西昌卫星发射中心成功地发射了我国第一颗地球同步轨道卫星———东方红二号试验通信卫星。1990年4月7日，中国用自行研制的长征三号运载火箭在西昌卫星发射中心成功地发射了亚洲一号通信卫星，这是中国长征系列运载火箭首次发射国外卫星，使我国在世界航天商业发射服务领域占有了一席之地。1999年10月，我国和巴西联合研制的第一颗地球资源卫星顺利升空，并正常运行，这是我国首次在空间技术领域进行的全面国际合作。2003年10月15日，“神舟”五号飞船成功发射，并于2003年10月16日圆满回收，使我国成为世界上第三个独立掌握载人航天技术的国家。2003年12月和2004年7月，我国与欧洲空间局联合研制并发射了“探测一号”和“探测二号”科学卫星，“地球空间双星探测计划”取得圆满成功。2004年1月23日，我国绕月探测工程正式由国务院批准立项。2005年10月12日,神六成功发射.