人類在太空旅行為什麼一定要深度睡眠 深度睡眠的原因是什麼
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太空旅行是我們一直以來的夢想,但把人類送上火星以及星際更遠處,則需要人體進行長期的低溫睡眠和冬眠。因為我們的身體並不是為太空而生,我們在飛越宇宙星辰中,身體需要太多的維護,而太空缺少我們需要穩定供應的東西——水、食物和氧氣。我們渴望溫暖,但在深度空間裡可沒有,那裡的平均溫度為零下270度。
即使我們能無需供給,能生存在冰冷的真空裡,但沒有娛樂和活動空間估計也會把人逼瘋。2013年,俄國為期17個月太空飛行模擬的參與者在狹小宿舍裡變得抑鬱嗜睡,他們嚴重渴求隱私,而且經常漏掉對真正的太空飛行至關重要的鍛鍊。其實確保太空旅行者在長期飛行中保持健康需要參考兩種東西:貨物和重量。食物、水、鍛鍊器材和電視機這些貨物都很重,燃料昂貴但不穩定,你帶進太空的重量越大,消耗的燃料也越多,人類活動越多,對供給需求就越多。為此航空工程師終於找到了解決問題的關鍵:深度睡眠!
當太空旅行人員處於冬眠時,消耗就會大副度減少。根據NASA資助的一項研究, 使宇航員們保持不省人事能砍掉任何給定旅途幾乎一半的載重,當乘員被置於不活動狀態,就可以移除太空船的許多子系統,人類所需的空間和裝置能顯著減少,長期太空旅行的消極心理社會影響也可以減輕。
科幻電影中的深度睡眠
我們在電影中也經常可以看到在太空旅行中進行深度睡眠,如《異形》系列,這是很多人第一次瞭解到太空深度睡眠,當然這不是第一部提出在長期太空探索中進行深度睡眠的電影。1968年《人猿星球》和《2001:太空奧德賽》兩者中的乘員都在前往宇宙的途中沉睡。七十年代電視劇《太空堡壘卡拉狄加》裡有一個沉睡的太空人;往後的年代裡我們見到《黑洞表面》、《撕裂地平線》、《深空失憶》、《普羅米修斯》等更多科幻電影都採用這種低溫睡眠的特效方式,沉眠數十年的乘客,在太空飛船中甦醒過來,飛船仍在抵達遙遠終點的途中…
科幻鉅製《太空旅客》也是如此,講述遙遠的未來人類乘坐 ” 阿瓦隆 ” 號太空飛船進行太空旅行,準備前往另一顆宜居星球,每位旅客都需要沉睡 120 年,電腦的一個小故障卻讓男女主角 ” 意外 ” 早醒了 90 年。孤獨的太空旅行中,兩位孤獨的乘客開始相識相愛,但之後他們發現乘坐的飛船出現故障,而拯救 5000 名乘客的任務就落到他們二人肩上。其實我們完全可以把這把電影看作一部造價昂貴、細節講究的科教紀錄片,向我們呈現未來的科技成就和宇航生活。
不過人類目前完全沒有做好準備像吉姆·普雷斯頓和奧蘿拉·萊恩那樣進行星際旅行,這還需要人類在深度睡眠領域進行進一步的研究探索。目前人類在休眠下的生存記錄是14天,而僅僅為了抵達火星,宇航員們就需要沉睡十倍以上時間。以我們目前的火箭技術,在地球和火星間的五千五百萬公里旅途需要六至九個月。
目前太空旅行中休眠的可能性
儘管對於新興醫學技術的研究,科學家們有希望能保持人類處於無意識幾個星期或更久,但這項研究卻一直被中斷,因為除了消耗大量的資金外,研究總是走入死衚衕,需要重新開始。從2013年開始,位於亞特蘭大的宇航工程公司SpaceWorks就在探索把太空旅行者維持在類似冬眠狀態的可能性。那一年他們收到了NASA的12項先進創新概念(NIAC)撥款之一,進行“人類誘導休眠火星轉運棲息地” 一期專案。
SpaceWorks公司認為目前一種常見醫療步驟就是把人類送往最遙遠太空的關鍵,研究員Doug Talk說:“人類目前最接近冬眠的經歷是一種叫做低體溫療法的醫學狀況,低體溫療法通過冰敷、降溫毯和血液導管等方法把體溫降低約10度,用於治療心臟驟停和某些先天缺陷嬰兒。這項技術中低溫是休眠的核心,它減緩體內器官的運作,降低心臟和代謝系統的速度,比起清醒的人你所需食物和佔用空間更少,而且因為你沒有意識,也就沒有幽閉症的風險。”SpaceWorks公司相信他們能用低體溫療法使人類像熊一樣進入長期冬眠狀態,而一旦進入冬眠,就能把人類進行太空運輸。
自從2003年以來,低體溫療法在患有胎兒缺氧的新生兒和頭部創傷、神經損傷、中風或心臟驟停的成年人的急救護理中就一直是常見療法。醫生降低病人的體溫讓他們存活足夠長時間以獲得救生技術和材料,如捐贈器官、遙遠的藥物或解毒劑。在大多數醫療病例中,醫生把病人置於低體溫下幾分鐘到幾小時,SpaceWorks則想要使用它長達數天。
事實上他們的太空休眠插圖和電影極為相似,都是將無意識的人類裝在有襯墊的玻璃管子裡,每個身體都被當作是肉基的易碎硬體來被照料,一個位於中央的獨臂機器人來確保這些太空旅行者的身體基本需要能得到滿足。除了往身體裡泵入水和養分、提供鎮靜劑防止身體顫抖以外,機器人還定期進行溫和的電擊來預防肌肉萎縮。
儘管昏睡多日,宇航員醒來時多半不會覺得神清氣爽。科學家認為一個人在冬眠期間可能會迴圈經歷覺醒(但不會清醒)和非快速眼動睡眠期。他們可能會在類似睡眠缺乏的精神狀態裡醒來,並需要一段短時間的睡眠來從昏睡乘客過渡到活躍的探索者。但SpaceWorks總裁約翰·布拉德福德(John Bradford)認為冬眠狀態的體驗不會是不愉快的,他說:“冬眠的體驗會類似於接受手術麻醉,這很可能會類似於在醫院裡被麻醉進行手術,會有一些輕微的鎮靜劑,其大部分是用於抑制身體會自然發生的顫抖。”
不管是好是壞,人類不像熊那樣可以在冬眠期間憑藉儲藏的脂肪存活。在太空旅行的休眠期間,人類身體只會靠著靜脈營養管泵入維持人生存所需的最低額度的脂類、氨基酸和葡萄糖。當然這和把清醒的乘員送去火星所必需的棲息地和補給品相比,已經是非常節儉了,不過節儉的有些令人倒胃口,即提議中的水回收系統,它將過濾艙室溼氣和乘員尿液作為飲用水使用。
布拉德福德解釋說他們設想讓宇航員每次休眠兩個星期,他們會交錯醒來,確保隨時都有一名乘員清醒。醒來的乘員會花一兩天確保維持沉睡同事們生存的裝置工作正常,並檢查來自地球的任務更新。在他們清醒班次末尾,他們會幫助下一班的成員醒來。
NASA發言人說NIAC研究競爭激烈,但此外出於隱私考慮拒絕透露拒絕原因。布拉德福德說他不確定NASA為什麼做此決定,他說:“也許他們並不相信在任務層面上的好處,希望我們能進入下一個實際測試,如動物和人體測試,並開始實際的生理試驗。這是我們對反饋的解讀,我們投標的計劃,資金超出了他們的範圍,撥款不足以開始實際的醫學測試。”布拉德福德說NASA除了NIAC撥款還有其他Spaceworks可以取得的資金渠道,並且SpaceWorks正在尋求途徑以使他們的太空冬眠能滿足NASA的需要。
看起來太空旅行人類還需要很長的路要走,不過這已然成為定局,人類總會將科幻變成現實,終有一天我們會在深空中遨遊。
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