在太空自由遨翔

在太空自由遨翔

2023年5月14日 To Fly Free in Space Image Credit: NASA, STS-41B Explanation: What would it be like to fly free in space? At about 100 meters from the cargo bay of the space shuttle Challenger, Bruce McCandless II was living the dream — floating farther out than anyone had ever been before. Guided by a Manned Maneuvering Unit (MMU), astronaut McCandless, pictured, was floating free in space. During Space Shuttle mission 41-B in 1984, McCandless and fellow NASA astronaut Robert Stewart were the first to experience such an “untethered space walk“. The MMU worked by shooting jets of nitrogen and was used to help deploy and retrieve satellites. With a mass over 140 kilograms, an MMU is heavy on Earth, but, like everything, is weightless when…

NASA本周速递(20200229)

NASA本周速递(20200229)

Credit:NASA 2月24日,NASA传奇的数学家凯瑟琳•约翰逊(Katherine Johnson)与世长辞。正如《隐藏人物》书中和电影中所述,约翰逊是一位杰出的女性科学家,与其他几位伟大的女性一同完成了NASA最早期、最久远太空飞行的重要计算工作。在2015年,约翰逊被授予了总统自由勋章,美国最高荣誉的文职勋章,由美国总统一年一度颁发,与国会金质奖章并列为美国最高的平民荣誉)。凯瑟琳•约翰逊享年101岁。 2月25日,宇航员安妮•麦克莱恩(Anne McClain)和泽娜•卡德曼(Zena Cardman)进行了一次太空行走训练,为NASA的下一代阿尔忒弥斯时代宇航员展示他们将要接受的部分训练。新一批宇航员还将配合航天器和其他硬件的实体模型进行训练,例如国际空间站以及将要带宇航员登上月球的猎户座飞船。NASA将会于3月2日~31日接受下一批宇航员的申请。 同样在2月25日,诺斯罗普•格鲁曼公司(Northrop Grumman)位于马里兰州埃尔克顿工厂的工程师成功完成了姿态控制发动机(attitude control motor)的第三次也是最后一次测试,姿态控制发动机的作用是控制猎户座飞船发射中止系统的行驶方向。此次测试让姿态控制发动机具备了阿尔忒弥斯2号(Artemis II)、猎户座飞船首次载人任务的资格。 NASA举办了一次公开赛,征集一种特殊传感器的设计思路,要求这种传感器能应用在未来的金星漫游者中,在灼热的表面上也能安全运行。设计思路的提交截止日期为2020年5月29日,最终胜出的传感器设计将会被纳入金星漫游者的设计概念中。更多详细信息请见go.nasa.gov/venusrover。 2月25日,兰利研究中心举办了一项新的NASA航空科学活动预展,这项活动的目的是帮助改善天气和气候预报。大西洋西部上空气溶胶和云的气象学相互作用实验(ACTIVATE)将通过一系列3月底的飞行,收集有关北大西洋西部上空云层过程的大量数据。NASA今年预计进行5项新的主要航空科学研究,这是其中第2项。 以上就是「本周 NASA」的全部内容!更多详细信息请访问 nasa.gov/twan。

NASA 2021年预算创新高 并开启新一轮宇航员招募

NASA 2021年预算创新高 并开启新一轮宇航员招募

Credit:NASA 2月10日,NASA局长吉姆·布里登斯汀(Jim Bridenstine)在斯坦尼斯航天中心讨论了2021财年NASA的财政预算。 NASA 2021财年预算额度高达252.46亿美元,比2020年的225.59亿美元多了近12%,这是NASA历史上预算额度最多的年份之一,并且在下图中我们可以看到,往后四年的预算额度都比2021年多。 NASA 2021财年预算 Credit:NASA 阿耳特弥斯计划时间表 Credit:NASA 从上表中我们可以看到,太空发射系统(SLS)和猎户座飞船无人试飞将在2021年的Artemis 1任务中进行,太空发射系统首次载人飞行将在2022年的Artemis 2任务进行,然后在2024年执行Artemis 3任务,也就是载人登陆月球南极。 月球着陆器的上升飞行器离开月球表面 Credit:NASA NASA将招募新一轮宇航员 Credits: NASA 今年,NASA准备从美国本土使用美国火箭发射美国宇航员前往国际空间站,着眼于月球和火星任务,NASA宣布将在3月2日至31日开启下一代阿耳特弥斯宇航员的招募申请。 Credit:NASA 为应对日益艰巨的太空探索任务,自1960年代以来,NASA挑选了350人作为宇航员候选人进行了培训,目前NASA有48名现役宇航员,还需要更多宇航员乘坐载人飞船前往多个目的地,并作为阿耳特弥斯计划的一部分,推动后续探索任务。想要递交申请的朋友,先看下基本条件,首先必须是美国公民,并在STEM领域获得了硕士学位,这些学科包括工程,生物科学,物理科学,计算机科学或数学。 另外硕士学位的要求还可以通过以下方式满足: 一:两年(36个semester学分或54个quarter学分)STEM领域的博士学位工作。 二:获得医学博士学位或骨科医学博士学位。 三:完成一项国家认可的试点学校项目(或根据目前的入学情况,在2021年6月前完成)。 四:候选人必须具有至少两年相关专业的工作经验,又或者至少1000小时喷气式飞机的飞行时间。 申请地址:https://www.usajobs.gov/ 这批候选人预计在2021年中期选择出来,作为下一代阿耳特弥斯宇航员进行训练。 参考: [1]https://www.nasa.gov/press-release/nasa-administrator-statement-on-moon-to-mars-initiative-fy-2021-budget [2]https://www.nasa.gov/news/budget/index.html [3]https://www.nasa.gov/press-release/explorers-wanted-nasa-to-hire-more-artemis-generation-astronauts

新一批的候选宇航员即将毕业

新一批的候选宇航员即将毕业

经过两年多的训练,新一批的宇航员们将于2020年1月10日毕业,加入现役的宇航员队伍,开启探索事业。他们中的一些人也许会前往国际空间站,参与阿耳忒弥斯计划前往月球,或许有一天前往火星。 从上到下,从左至右分别是,(第一排) Matthew Dominick of NASA, Kayla Barron of NASA, Warren Hoburg of NASA, and Joshua Kutryk of CSA, (第二排) Bob Hines of NASA, Frank Rubio of NASA, Jennifer Sidey-Gibbons of CSA, Jasmin Moghbeli of NASA, and Jessica Watkins of NASA, (第三排) Raja Chari of NASA, Jonny Kim of NASA, Zena Cardman of NASA, and Loral O’Hara of NASA。 Credit:NASA 其中有2名CSA宇航员,11名NASA宇航员,7名男士6名女士,共13人。NASA将于北京时间1月10日23时30分,在约翰逊航天中心直播他们的毕业典礼,他们不戴毕业帽,不穿学位袍,而是宇航服。 直播地址:https://www.nasa.gov/nasalive 以下补充两名加拿大宇航员的资料。 Credit:CSA Joshua Kutryk,加拿大皇家空军中校,1982年出生,今年38岁,拥有机械工程学士学位,并取得空间研究,飞行测试工程和国防研究的硕士学位。在加入加拿大航天局(CSA)以前,在加拿大阿尔伯塔省的冷湖担任试飞员和战斗机飞行员,并负责战斗机的作战飞行测试。 详见:https://www.asc-csa.gc.ca/eng/astronauts/canadian/active/bio-joshua-kutryk.asp Credit:CSA Jennifer Sidey-Gibbons hails,1988年出生,拥有加拿大麦吉尔大学机械工程学士学位,并取得了剑桥大学的工程学博士学位。在麦吉尔大学上学期间,参与研究了微重力环境下火焰传播的研究。 详见:https://www.asc-csa.gc.ca/eng/astronauts/canadian/active/bio-jennifer-sidey.asp

首次全女宇航员太空行走

首次全女宇航员太空行走

来源:NASA TV 北京时间10月18日19时50分,NASA宇航员Christina H Koch和Jessica Meir开始执行空间站首次全女性宇航员太空行走,时长6.5小时,以更换失效的电源控制器。 值得一提的是,Christina Koch和Anne McClain原计划于今年三月执行首次全女宇航员的太空行走,但由于宇航服的尺寸大小不合适,从而放弃了。 来源:NASA video 这段视频回顾了35年前的女宇航员首次太空行走, 1984年,俄罗斯宇航员Svetlana Savitskaya进行了首次太空行走。同年10月,NASA女宇航员Kathy Sullivan进行了太空行走,从此以后,12名美国女宇航员共完成了40次太空行走,这次的太空行走是Christina H Koch第四次太空行走任务,对Jessica Meir来说,则是首次。 任务控制中心 飞行控制人员正在监控内置宇航服内的各种系统。 来源:NASA 来源:NASA 来源:NASA Stephanie Wilson(图左) 来源:NASA 另外今天NASA任务控制中心,与两名EVA宇航员交谈的Stephanie Wilson(上图左),她也是一名女宇航员,曾三次前往太空,共计42天。 为什么这次太空行走意义重大? NASA宇航员Jessica Meir(左)和Christina Koch(右) 来源:NASA 这是空间站执行的第221次太空行走,但这是首次完全由女性执行的太空行走。对Jessica Meir来说,这是她的首次太空行走,她是全球第15位进行太空行走的女宇航员,美国的第14位。 太空行走并不容易,宇航员们通常将其描述为这是最具体力挑战的事情 。 来源:NASA 首次全女性宇航员的太空行走,是一个值得关注关注和庆祝的里程碑,NASA计划通过阿尔特弥斯任务,计划在2024年前将首名女宇航员和一名男宇航员送至月球南极。所以Christina H Koch和Jessica Meir的这次太空行走,能鼓舞很多女性。 如何辨别太空行走的宇航员? Koch穿着带有红色条纹的宇航服,头盔相机编号为18,Meir的宇航服上没有条纹,头盔相机编号为11,直播地址:https://www.nasa.gov/nasalive。 参考 [1]https://www.nasa.gov/feature/fridays-all-woman-spacewalk-the-basics [2]https://www.nasa.gov/astronauts/biographies/stephanie-d-wilson

太空行走第一人阿列克谢·列昂诺夫去世

太空行走第一人阿列克谢·列昂诺夫去世

来自俄罗斯宇航局 俄罗斯宇航局今天发布声明,太空行走第一人阿列克谢·列昂诺夫(Alexei Leonov)在莫斯科去世,享年85岁。列昂诺夫是太空时代最早的宇航员之一,他献身于祖国和事业,列昂诺夫曾两次获得苏联英雄的称号。 俄通社塔斯社报道,列昂诺夫因长期患病在莫斯科Burdenko医院去世,并将于10月15日安葬在联邦军人纪念公墓。 NASA发布推文称,1965年3月18日,宇航员阿列克谢·列昂诺夫成为第一个在太空行走的人,他的冒险开启了人类在太空中的舱外活动,使今天的空间站维护(正在直播)成为可能。 [rml_read_more] 来自NASA TV 历史性的第一次太空行走是如何进行的? 来自Space.com 1965年3月18日,列昂诺夫作为副驾驶,与宇航员帕维尔·贝利亚耶夫Pavel Belyayev执行上升2号任务(Voskhod),Voskhod又称为Sunrise。 Voskhod是Vostok载人舱的改良版,Vostok曾经搭载过尤里·加加林。Voskhod长度5米,可供2至3名宇航员在地球轨道停留14天。 指挥官Pavel Belyayev穿着和列昂诺夫一样的宇航服,停留在增压舱中,以备不时之需。当太空行走12分钟后,列昂诺夫发现他的宇航服因为膨胀而无法返回舱门,在这绝望时刻,列昂诺夫打开了宇航服中的一个阀门以释放气压,最终得以返回舱门。 几个月后,1965年6月3日,美国宇航员埃德·怀特(Ed White)进行了NASA的第一次太空行走。 参考: [1]https://www.space.com/cosmonaut-alexei-leonov-first-spacewalker-dies-at-85.html [2]http://en.roscosmos.ru/21012/ [3]https://www.space.com/28868-how-first-spacewalk-worked-infographic.html

深空中的宇航员,大脑会因辐射出现长期损伤

深空中的宇航员,大脑会因辐射出现长期损伤

在地球保护性大气层之外,没有任何东西可以保护宇航员免受宇宙危险的宇宙辐射。 图片来源:NASA 身处充满无限可能的深空,执行任务的宇航员常常会面对不同程度的危险。在各种好莱坞科幻惊悚片中,这些勇敢的太空探险家与恶意满满的外星人斗智斗勇、与搭错线失去控制的机器来回周旋、在小行星和太空碎片之间追逐躲藏。虽然这些影视中的描述都是可能存在的问题,无论是现在已经遇到的还是未来可能遭受的,但在现实世界里,宇航员们真正最大的危险,实际上可能是一个人眼无法观测到的东西,那就是太空辐射。 我们如今生活的地球,在很大程度上被包裹这颗星球的大气层和磁场保护着,让人类和其他生活在地球上的生命不受宇宙辐射的伤害;当宇航员飞出这层巨大的保护气泡时,被称为“银河宇宙射线”(Galactic Cosmic Rays,GCR)、来自太阳系以外的银河系高能粒子就会带着极大的攻击性轰击他们的身体。目前,科学家认为银河宇宙射线是超新星的残余物,与太阳射出的质子和氦原子核一起,形成了太空之中的辐射环境。 无论是正在进行的阿尔忒弥斯(Artemis)登月计划,还是未来的火星登陆计划,保证宇航员安全执行任务都离不开应对这些高能的宇宙粒子,因此,对于太空辐射的研究也从未止步。来自加利福尼亚大学尔湾分校(University of California, Irvine)和斯坦福大学(Stanford University)的一个研究团队一直致力于研究身处太空辐射环境中,会给宇航员的健康带来怎样的影响,其中令人最为担心的后果,就是这些宇宙辐射会对人类大脑造成负面影响。 在一项发表于eNeuro的最新研究中,该研究团队将小鼠置于模拟的太空环境中,让它们在低剂量的辐射环境里生活了6个月之久,结果表明,宇宙辐射会损害小鼠的大脑功能,阻碍小鼠海马区和前额皮质区细胞的信息交流,导致学习、记忆和情绪障碍。如果这一实验结果适用于人类,则可能影响一个人在意外或压力情况下适应和应对的能力,也就是说,宇宙辐射可能会危及宇航员的安全和任务的成功率。 在地球上模拟太空辐射 加利福尼亚大学尔湾分校的辐射生物学家珍妮特•E•鲍尔奇(Janet E. Baulch)和查尔斯•利莫利(Charles Limoli)表示,他们和其他辐射生物学家一样,特别关注宇航员,因为凭借目前的技术,科学家还没有办法保护他们免受太空辐射的侵害,或将太空辐射完全阻挡。 宇宙中的高能粒子以接近光速的速度穿行于太空之中,如果途中撞上执行任务的航天器,就会碎裂开产生中子等更小的粒子,而这些碎裂产物具有能穿透人体的能量。当中子与人体内其他的原子核相互作用时,就会进一步产生自由基,破坏细胞膜、DNA和器官中的其他精细结构。研究团队认为,对于大脑而言,这些粒子会破坏大脑细胞或神经元的微观结构,包括树突区域、连接其他脑细胞的线状突起、髓鞘和神经突触,而这些结构对于形成大脑网络和交流表达都至关重要。 [rml_read_more] 美国航空航天局(NASA)资助了太空辐射暴露对宇航员影响的研究,已有的研究结果表明,暴露在太空辐射之中会给大脑带来损伤。目前的研究结果将促进研究人员关于太空辐射对大脑功能危害的理解,从而在未来制定相应的策略,来解决或预防这些问题、促进更加安全的人类太空探索。 在深空之中,随着太空旅行的进行,太空辐射其实是一点一点侵入宇航员体内的,而非短时间内就达到高剂量的辐射暴露,直到最近才有数据让研究人员发现这一点。在之前的研究中,辐射暴露在短短几分钟内就传递给了实验用的啮齿动物,而这并不能准确地模拟未来宇航员在火星任务中会经历的情况。 现在,科罗拉多州立大学(Colorado State University)的物理学家已经开发出了一种设备,让研究人员能够给实验动物缓慢地投射深空辐射(1毫克每天),更为准确地模拟宇航员所处的太空环境。 鲍尔奇的研究团队正是使用了这种中子设备,来测量这种模拟的太空辐射暴露对小鼠大脑的影响。 地球磁场保护我们的星球免受来自太阳耀斑(solar flare)和宇宙大爆炸(Big Bang)的宇宙辐射侵扰。 图片来源:Naeblys 神经连接断裂,大脑记忆丢失 研究团队让小鼠在这种低水平的中子辐射环境里待了六个月,然后检查了它们大脑中的神经元。利用电流,这些特殊的神经细胞能在整个大脑中传递信息、存储记忆,他们发现,在“辐射小鼠”的大脑中,连接神经元形成网络的回路出现了问题,不再能够有效地传递信息。这可能是由于神经元上的精细结构遭到了损坏,甚至可能有些神经回路的连接被完全破坏了。这两种损伤都可能对认知功能产生不利影响。 这种深空辐射诱导的神经元变化,可能会进一步引发宇航员在太空任务中的行为表现问题,从而给宇航员带来潜在的危险,因此研究人员还利用这些“辐射小鼠”探究了辐射诱导的神经元变化与行为表现之间的联系。 行为研究的结果表明,在中子辐射中待了六个月的小鼠在学习能力、适应能力和记忆储存方面都存在一定困难。例如,与之前已经见过的玩具相比,这些小鼠对放置在测试台上的新玩具不太容易产生兴趣;而相反地,对照组小鼠在新玩具上花费的探索时间远多于已经见过的旧玩具。另一测试中的情况也很类似,对于一堆玩具中被移动到新位置的那一部分,“辐射小鼠”也不太能表现出兴趣。这些行为都表明“辐射小鼠”的记忆功能受到了损伤。 社交问题 与没有接受辐射的对照相小鼠相比,“辐射小鼠”更倾向于避免进行社交互动,也更难遗忘或走出过去发生的负面事件:这些太空辐射引起的变化表明,小鼠的焦虑水平变高了。 综上所述,将没有暴露在辐射环境中的正常小鼠与接受了六个月中子辐射小鼠的行为进行比较,所发现的大脑功能变化在一定程度上代表了人类大脑在太空辐射中会发生的变化,而现有的结果表明,太空辐射可能会显著削弱宇航员在压力较大下或突发状况时作出反应的能力。实际上,在将啮齿动物的行为研究结果换算成人类的相关风险之后,研究人员预估,如果有5名宇航员乘坐航天器往返火星,那么至少将有1名宇航员在返回地球后表现出严重的认知功能障碍。 目前这项研究只代表了一次的实验结果,还必须进行重复性验证,但它确确实实让我们所知的太空辐射危害性变得更为明晰和严重,暴露在银河宇宙辐射之中可能成为深空旅行的重大障碍。然而,与其他技术挑战一样,我们希望研究人员能够找到相应的解决方案,或许是发展某种新材料,使其能以某种方式保护宇航员免受太空辐射;又或许是特别的饮食调整或药物补充。 参考: [1] https://theconversation.com/astronauts-brains-are-subject-to-long-lasting-damage-due-to-low-dose-space-radiation-121407 [2] http://doi.org/10.1523/eneuro.0444-18.2019 [3] http://doi.org/10.1038/srep34774 [4] https://doi.org/10.1016/j.expneurol.2018.03.009 [5] https://source.colostate.edu/space-radiation-csu-studies-the-risks-for-astronauts-journeying-to-mars/

基因表达发生不可逆变化?NASA“双胞胎研究”揭开太空生活对人体的改变

基因表达发生不可逆变化?NASA“双胞胎研究”揭开太空生活对人体的改变

美国航天航空局(NASA)开拓性的“双胞胎研究”(Twin Study)完成了综合性研究的最后阶段,相关的综合性研究论文已于4月12日发表在同行评议期刊《科学》(Science)上。 双胞胎研究者们 版权:NASA 这一具有里程碑意义的“双胞胎研究”聚集了全球范围内的十个研究团队,共同观察被置于太空飞行风险中时,人类在生理、分子和认知水平上可能发生的变化。通过对比身处太空中的宇航员斯科特•凯利(Scott Kelly,现已退役)和他同一时段身处地球的同卵双胞胎兄弟马克•凯利(Mark Kelly,同为已退役宇航员),这项研究得以圆满完成。 如今已经退休的双胞胎宇航员斯科特•凯利和马克•凯利,他们是NASA“双胞胎研究”的研究对象。斯科特(右)在太空中生活了一年的时间,与此同时马克(左)则作为对照组留在地球上。研究人员调查了太空旅行对人体造成的影响,相关论文现已发表在《科学》上。 版权:德里克•斯托姆(Derek Storm),www.derekstorm.com [rml_read_more] “双胞胎研究”的结果揭示的一些数据颇有趣味、意料之外但又积极乐观,阐明了一名人类个体在极端太空环境中是如何适应的。在国际空间站中度过六个月之后,人类的身体会发生怎样的变化呢?NASA已经对此有了一些了解,然而,斯科特•凯利这一为期一年的任务仅仅只是更长时间太空探险的敲门砖,是为了像往返时间长达3年之久的登陆火星这样的任务所做的研究准备。 NASA将“双胞胎研究”认定为第一项比较同卵双胞胎宇航员分子水平概况的研究;同时,一种整合十个团队研究的方法也得到了建立。同卵双胞胎拥有相同的基因组成,因此双胞胎研究为科学家提供了一种有效的方式,来探索周围环境对我们健康的影响,同时排除来我们大多数人作为个体时自然发生的身体变化的影响。斯科特在这项研究中作为被测试的实验组,而马克则作为基线对照组,用于对比在地球上相应的测试结果。 多个团队对他们进行了对比研究,研究结果显示,在太空飞行任务结束后,Scott Kelly大部分白血细胞中的基因表达恢复到了基准水平,但仍有约7%的基因表达存在变化。 版权:NASA 十个研究团队得出的结果总结如下 这些数据可能会用于未来几十年的太空探索,因为NASA所追求的是确保宇航员的健康和安全,以便更好地克服太空探索带来的挑战。 图片左侧和中部:拥有相同基因组成的双胞胎受试者(分别身处地球和太空),在飞行前(preflight)、飞行中(inflight)以及飞行后(postflight)共接受了25个月的表征,表证范围覆盖了10个广义生物医学性质。 图片的右侧:所有的数据经过整合,作为未来太空任务的各种生物医学指标。(同心圆由内向外依次表示:细胞因子、蛋白质组、转录组、甲基化组。) 版权:DOI: 10.1126/science.aau8650 版权:NASA 端粒(Telomere):每条DNA(也被称作脱氧核糖核酸;细胞染色体中的核酸,含有细胞编码的遗传指令)链的末端都拥有一种被称为端粒的特殊结构,它保护着我们的染色体,就像跳绳两端的塑料手柄保护着跳绳一样。随着我们年龄的增长,端粒的长度往往会越来越短;然而,生活方式、压力以及环境因素也会对端粒缩短发生的概率造成影响。在NASA的“双胞胎研究”中,最引人注目的一个发现就是,太空飞行期间以及着陆后的几天内,斯科特的端粒长度动态发生了改变。这一调查的结果可能有助于评估人类的一般健康状况,并识别出潜在的长期风险。 免疫组织(Immunome):斯科特接种了三次流感疫苗,每隔一年接种一次;第一次接种是在地球上,第二次则在太空中(同时他也是第一名在太空中接种疫苗的宇航员),第三次接种的时候他又回到了地球。这项研究发现,斯科特的身体对疫苗的反应良好;这一发现意义重大,因为这让NASA更加相信,在长时间的太空任务期间,如果接种疫苗是必要的,人类的免疫系统也能在太空中作出适当的反应。 基因表达(Gene Expression):在斯科特执行太空任务之前、期间和之后,所采集的样本揭示了他体内基因表达的一些变化。当然,一直身处地球上的马克也经历了正常范围内基因表达的变化,但他的基因表达变化与斯科特的有所不同。斯科特所经历的变化可能与他在太空中的长期滞留有关:其中大部分(约91.3%)的基因变化在他返回地球后恢复到了基线水平;然而,有一小部分变化过了6个月之后仍然存在。研究人员认为,有些观察到的DNA损伤是处于辐射环境下的结果。基因表达的数据为“双胞胎研究”中的其他发现也提供了证据和支持,包括人体对DNA损伤、端粒变化、骨骼形成以及免疫系统压力的反应。这一系列的发现有助于展现人体对极端太空环境的适应情况和适应能力,同时也能帮助研究人员更好地了解来自环境的压力因素对不同的基因活动会产生怎样的影响,从而更好地了解人类在太空中的生理过程。 认知(Cognition):除了少数的例外情况,身处太空之时,斯科特的认知表现(例如心理警觉、空间方向感、情绪识别)相比身处地球的马克而言基本保持不变,这一点相当重要,因为这表明宇航员可以在持续时间更长的太空任务中保持较高水平的认知能力。然而,在斯科特返回并待在地球的6个月里,他的反应速度和准确度都出现了明显的降低,这一被观测到的认知能力变化,可能是由于斯科特需要对地球重力场重新进行适应和调整,也可能是由于他完成任务之后的日程安排过于繁重。 生物化学(Biochemical):对斯科特的各种体征进行研究后发现,他的体重在太空飞行过程中减轻了百分之七,这可能是由于执行任务时,他的运动量得到了增加、营养饮食也有所控制;然而,他的卡路里消耗却比研究人员预期的低了30%。在斯科特进入太空的头六个月里,他体内骨骼的损坏-再生周期比正常情况下更短,也就是骨骼重塑的速度更快;但当他在后六个月里运动量减少时,骨骼重塑的速度又放缓了。血液和尿液样本的化学性质表明,在地球上时,斯科特的叶酸(folic acid,即维生素B-9)水平较低,但在太空飞行期间他的叶酸水平有了明显上升,这可能是因为太空饮食系统给他提供了更佳的食物选择。叶酸在人体内具有诸多重要的功能,包括支持DNA的合成;实际上,斯科特的叶酸水平与端粒动力学之间存在一定的相关性。这些研究数据证实:不论是在太空还是在地球,营养摄入都在人体健康的各个方面发挥着重要的作用。 版权:NASA 微生物组(Microbiome):高度多样化的微生物组(即肠道中的细菌)通常与人体健康密切相关。研究发现,相对于在地球上,斯科特的肠道菌群在太空飞行期间产生了相当大的变化,这可能缘于在他空间站上摄入的食物[主要是冻干(freeze-dried)或热稳定的预包装食物],当然,其他特定的太空环境因素也可能对此有所影响。当斯科特回到地球时,他的微生物组又恢复到了飞行前的状态,观察到他的肠道菌群逐渐恢复到正常水平着实令人心生宽慰。这项研究的结果或许能让研究人员更好地了解如何去改善宇航员整体健康状况,例如进一步调整他们的饮食,给有益的肠道细菌提供更好的生长环境。 表观基因组学(Epigenomics):这项研究考察了双胞胎宇航员身处的环境对体内DNA甲基化(DNA methylation)的影响,DNA甲基化是表观遗传(epigenetic)的现象之一,对人体内许多的生化反应都有重大影响。研究人员发现,斯科特的表观遗传现象在太空飞行期间发生了变化,但相对于身处地球上的马克来说,变化的程度相差不大。此外,斯科特体内大部分的表观遗传变化都发生在飞行任务的后六个月里,并且,在时间较短的任务中观察不到这些变化。斯科特的白细胞(white blood cell)状况表明,在某些基因上,或者说遗传物质所处的某些区域中,DNA甲基化在太空飞行期间发生了改变,而在他返回地球时又回到了基线水平;这些区域与在马克身上确认的区域不尽相同,这有助于研究人员找出对太空环境最为敏感的基因。这些结果为宇航员在长时间太空任务重的表观遗传测量开启了大门,或许还能判别太空飞行相关的身体变化是短暂的还是长期的,甚至能有助于确定出更好保护宇航员健康的预防措施。 代谢组学(Metabolomics):代谢组学的研究探寻了两人动脉粥样硬化(atherosclerosis,由斑块积聚导致的动脉壁内部变窄)的迹象,这种病变可能由太空飞行期间的炎症和氧化应激(oxidative stress)所引起。利用劲动脉的超声波成像以及血液和尿液的采样,研究人员在斯科特执行太空任务期间和之后发现了炎症和颈动脉内壁增厚的迹象,而在马克体内则没有观察到这种变化;这一适应性变化是否可逆仍有待考察。这项研究的结果有助于研究人员更好地了解长时间太空飞行对心血管系统的影响。 蛋白质组学(Proteomics):蛋白质组学研究团队研究了两人体内液体的转移变化、眼睛结构以及尿液中的蛋白质。人体内液体的转变会引起蛋白质通路的变化,研究人员借此来考察这种变化是否会导致宇航员的某些视力问题。他们发现,相比于留在地球上的马克,在太空中时,斯科特蛋白质AQP2的水平有所上升,AQP2调解着人体内水的重吸收(reabsorption,人体尿生成过程的第2个过程,即经由肾小球滤过的原尿在肾小管内被进一步吸收的过程),是判断水合状态或脱水状态的一个有效指标。这些结果有助于解决太空飞行中带来的视力问题之谜。 整合组学(Integrative Omics):最后,纵向整合的多层组学分析团队检查了从其他九个研究团队收集来的所有生物医学和分子数据,用来总结出一条最全面的观点,以描述太空飞行对人体的影响。研究人员发现,斯科特身上产生了三种强烈的炎症迹象,而有趣的是,其中有些迹象的水平在马克的身上也有所上升。 研究成果一瞥 版权:NASA “双胞胎研究”证明了:在适应太空飞行环境引发的多种变化时,人体具有坚韧且回复性强的适应能力。研究人员发现,在研究结束时,斯科特的许多人体反应都恢复到了太空飞行前的水平,包括免疫反应、表观遗传、肠道细菌、体重指标以及血清代谢物(serum metabolite);有些指标在返回地球之后才受到了影响,包括炎症和免疫反应的一些指标;还有一小部分生理因素在实验结束时仍未恢复太空飞行前的水平,包括一小部分基因表达、端粒动力学、DNA损伤、颈动脉增厚、眼部变化以及一些认知功能。 地球上同样存在许多与压力相关的健康风险,“双胞胎研究”的结果可以用于为与之相关的疾病开发新的治疗方法和预防措施。例如,端粒研究或许有助于延缓减轻衰老和疾病的影响;蛋白质组学可能对创伤性脑损伤(traumatic brain injury)的研究带来新思路;对宇航员的研究也能让我们深入了解身体变化与疾病风险之间的相关性:这些还只是太空飞行研究能有利于我们人类的一小部分。 版权:NASA NASA对执行太空任务的宇航员有着极其严格的培训过程,会为他们在太空中的生活方式和工作方案进行全面的规划,在他们返回地球时还会提供顶级的康复和恢复计划。正是由于NASA采取了这些措施,宇航员也顽强地完成了它们,所以即使在太空中度过了一年的时间之后,宇航员的身体仍保持着坚韧和强大的适应能力。具有里程碑意义的“双胞胎研究”,或许能为NASA接下来几年的人体研究计划(Human Research Program)提供指导,因为宇航员在航天飞行任务中的健康和安全一直是NASA的优先考虑因素,特别是在执行国际空间站、月球、火星甚至更广阔宇宙中的长期任务时。 NASA的人体研究计划(Human Research Program,HRP)致力于发展最佳的方法和技术,以支持安全有效的人类太空旅行。HRP使用地面研究设施、国际空间站和模拟环境,来降低宇航员健康和表现的风险。探索性生物医学计划因此得以开发和实施,计划的重点是:揭示人类健康、状况和可居住性的标准; 制定应对对策和风险缓解措施; 先进的可居住性技术和医疗支持技术。 HRP共提供了300多项研究资助来支持创新的、科学的人体研究,资助的对象是来自著名高校、医院以及NASA研究中心的200多名研究人员,地理范围覆盖了美国的30多个州。 参考: [1]https://www.nasa.gov/feature/nasa-s-twins-study-results-published-in-science-journal [2]https://science.sciencemag.org/content/364/6436/eaau8650 [3]https://www.nasa.gov/twins-study/meet-the-researchers [4]https://www.nasa.gov/twins-study/fun-facts-and-shareables