20年近3000项实验,宇航员在国际空间站研究了啥?

来源:Nature自然科研

一张图告诉你谁在国际空间站上做了什么研究。

二十年前的本周,即2000年11月2日,三名宇航员打开了新建成的国际空间站的大门,漂浮了进去,从此开启了人类在这个太空前哨上的长期生活和工作。

2019年,宇航员Christina Koch在国际空间站上进行太空行走。来源:NASA/Alamy。2019年,宇航员Christina Koch在国际空间站上进行太空行走。来源:NASA/Alamy。

在此期间,国际空间站上的宇航员进行了大约3000次科学实验,研究涵盖一系列学科,包括基础物理学、地球观测和生物医学研究(见“在轨研究”)。国际空间站上的科学研究一度被批评为意义相对不大,与地球上人们的生活没什么关系,但随着宇航员投入更多的时间,国际空间站上的科学研究已经开花结果。成果包括深入认识了人类和动物是如何适应长时间的空间飞行的;材料在空间中的表现(见“高空飞行科学”)。

如今,国际空间站上挤满了现代化的研究设备,包括最近安装的一台顶级共聚焦显微镜。10月30日,目前在国际空间站上的美国宇航局宇航员、生物学家Kate Rubins在接受媒体提问时,在接近零重力的环境中漂浮着说:“这就像把一整个世界一流的大学缩小到空间站的大小。”在过去的一周里,Rubins在空间站上研究了一个植物生长室,并在开展一项物理学实验,测试液滴在微重力下如何与表面相互作用。  

空间站上的大多数科学实验旨在研究物体在微重力下的不同运作方式,如火焰燃烧的方式或小鼠细胞的发育方式,以了解这些经验是否可以应用于地球上的新技术或药物。其他实验则利用空间站在低地轨道上的位置,俯瞰地球或眺望太空。

高空飞行科学

国际空间站上的一些著名实验:

冷原子实验室。物理学家今年报告说,他们利用这一设施首次在太空中创造了一种被称为玻色-爱因斯坦凝聚(Bose–Einstein condensate)的异常物质状态。他们研究了原子集体在微重力下的表现。 

阿尔法磁谱仪。这个附在国际空间站外部的宇宙射线探测器,可以搜寻暗物质粒子。2019年,宇航员不得不进行一系列难度很大的太空行走,以修复这项耗资20亿美元实验的损坏的冷却泵。

啮齿类研究。无数的小鼠和大鼠已经飞上了空间站。在2019年的一项研究中,日本研究人员报告说,雄性小鼠在国际空间站的笼子里漂浮了35天后,仍然可以生育健康的后代。

太空中的植物。美国宇航局的宇航员Don Pettit于2012年在国际空间站上记录了西葫芦在太空的生长。更重要的是,宇航员已经能够种植生菜和其他蔬菜,以改善他们在太空中长时间驻留期间的饮食。

双胞胎研究。美国宇航局利用拥有同卵双胞胎宇航员的优势,监测太空飞行对人体造成的变化。2015-16年,Scott Kelly在国际空间站上度过了近一年的时间,而他的兄弟Mark则留在地球上。目前已发现待在空间站上的双胞胎出现了基因表达变化。 

轨道碳观测卫星-3。该仪器安装在空间站外,指向地球,在绕地运行的过程中跟踪二氧化碳的排放情况。

“我最喜欢的实验其实与人类健康有关,”美国宇航局前首席科学家、美国国家航空航天博物馆馆长Ellen Stofan说,“很多人并不知道宇航员在国际空间站上,围绕人类健康做了多少研究。”

从国际空间站项目的最初阶段开始,科学家们就研究了宇航员在太空的健康状况,目的是确保他们的肌肉质量不会损失太多,也不会受到太多辐射。但空间站上的研究范围其实已经扩大了很多,例如研究重力如何影响被称为T细胞的白细胞的激活,这种白细胞有助于增强人的免疫系统。Stofan说,知道宇航员的免疫系统为何会以及如何在太空中受到抑制,可以帮助地球上的科学家开发更好出的医疗药物。 

国际空间站项目涉及美国、俄罗斯、加拿大、日本和11个欧洲国家的合作,它将至少运行到2024年,目前正在讨论将其延长到2028年。

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