來自國際空間站的科學(xué)實(shí)驗(yàn)

◎文 張寧

6月12日，中國載人航天工程辦公室與聯(lián)合國外空司在奧地利維也納共同召開發(fā)布會，宣布了聯(lián)合國／中國圍繞中國空間站開展空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)的第一批項(xiàng)目。這些項(xiàng)目來自德國、印度、俄羅斯、肯尼亞等17個國家的23個機(jī)構(gòu)，包括政府機(jī)構(gòu)和私營實(shí)體等。涉及的領(lǐng)域包括空間天文學(xué)、微重力流體物理與燃燒科學(xué)、地球科學(xué)、應(yīng)用新技術(shù)、空間生命科學(xué)與生物技術(shù)等。這些項(xiàng)目的入選，標(biāo)志著中國空間站國際合作進(jìn)入新階段。

目前，中國空間站研制建設(shè)工作正在有序開展，計(jì)劃于2022年前后建成并投入使用，可同時容納3名航天員。建設(shè)中的中國空間站體量并不大，但是“五臟俱全”?？臻g站內(nèi)有16個科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，可用于開展航天醫(yī)學(xué)、空間生命科學(xué)等實(shí)驗(yàn)。中國空間站的“壽命”預(yù)計(jì)有10年，在這期間來自全球的科學(xué)家都將有機(jī)會“上天”做實(shí)驗(yàn)。

中國空間站的科學(xué)實(shí)驗(yàn)令人期待，那么，近期國際空間站上都進(jìn)行了哪些科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?/p>

在社交媒體時代，我們的新體驗(yàn)通常會被記錄下來。在地球上，我們的相機(jī)膠卷被周末出游、社交活動以及與家人共度的時光填滿。但是想象一下，如果你在太空生活和工作，可能會拍多少張照片？

圓頂艙是航天員在國際空間站最喜歡待著的地方，因?yàn)閺倪@里看出去，可以看到地球美妙的景色。6月24日，在返回地球的前兩周，航天員安妮·麥克萊恩、大衛(wèi)·圣雅克和俄羅斯航天員奧列格·科諾年科利用一切機(jī)會捕捉地球上壯觀的景象。

這些照片令人嘆為觀止，但你可能沒有意識到它們在保護(hù)地球—這一由歐洲發(fā)起的“夜間城市”公民地圖繪制項(xiàng)目旨在通過號召市民對航天員拍攝的照片進(jìn)行分類、定位和地理參照，從而繪制出首張真正的地球夜間彩色地圖（地球夜間燈光地圖）。迄今為止，已有17000多名市民參與了這項(xiàng)工作。

城市燈光不僅會擾亂夜行動物的生活，還會影響人類。夜行動物會因?yàn)槊髁恋某鞘袩艄舛允Х较?，行為和生理會發(fā)生變化。睡前過多的人造光會降低褪黑激素的分泌，而褪黑激素是一種與睡眠有關(guān)的激素。褪黑激素的抑制會對我們的健康產(chǎn)生負(fù)面影響，包括乳腺癌和前列腺癌。同時，路燈也占據(jù)了國家能源消耗的很大一部分。

除了歐洲航天局羅塞塔衛(wèi)星拍攝的幾張合成圖像，國際空間站航天員拍攝的地球夜間照片，稱得上同類型圖片中僅有可供公眾免費(fèi)使用的彩色照片。美國國家航空航天局（以下簡稱NASA）擁有一個公共數(shù)據(jù)庫，里面有自2003年以來由航天員拍攝的130多萬張彩色照片。研究人員目前正在使用這些夜間照片，利用一種名為“合成光度測定”的數(shù)學(xué)技術(shù)來評估人造光對環(huán)境的影響。

“合成光度測定”使研究人員能夠識別航天員在不同光線條件和相機(jī)設(shè)置下拍攝的夜間圖像光源。研究結(jié)果提供了路燈顏色和亮度如何抑制褪黑激素產(chǎn)生或阻礙觀星的精確信息。

食物、液體和抗氧化劑實(shí)驗(yàn)

近期，NASA航天員克里斯蒂娜·科赫進(jìn)行了多次流體實(shí)驗(yàn)，從而更深入地了解液體在失重狀態(tài)下的行為。這些實(shí)驗(yàn)的目的是針對上次實(shí)驗(yàn)遇到的異常情況，對流體實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行重新測試，并觀察插入不同碎波器系統(tǒng)的兩個新儲罐中的流體行為。

了解液體在太空中運(yùn)動的基本物理原理，不僅能提高航天器燃料的經(jīng)濟(jì)性，還能增進(jìn)我們對地球洋流和氣候的全局性了解。

如果我們要在太空中飛得更遠(yuǎn)，停留更久，在太空中生成可供我們自己持續(xù)享用的食物和氧氣將是非常重要的。在此期間，航天員為德國航空航天中心的DLR光生物反應(yīng)器實(shí)驗(yàn)提供了協(xié)助，完成了將二氧化碳轉(zhuǎn)化為氧氣和可食用藻類實(shí)驗(yàn)的第一次藻類采樣。

本次實(shí)驗(yàn)選用的小球藻為單細(xì)胞球形藻類，可在泵浦循環(huán)中培養(yǎng)，利用二氧化碳和水生產(chǎn)氧氣和可食用生物質(zhì)。它需要有持續(xù)的營養(yǎng)物質(zhì)供應(yīng)來支持生長，同時也需要光照。

最近國際空間站科學(xué)實(shí)驗(yàn)的另一個亮點(diǎn)，是將納米抗氧化劑容器轉(zhuǎn)移到SpaceX的Dragon CRS—17航天器上，該航天器已于6月3日返回地球。通過這項(xiàng)實(shí)驗(yàn)，研究人員力圖找到刺激細(xì)胞對抗肌肉萎縮、心力衰竭、糖尿病或帕金森癥的新方法。從基因?qū)用鎭砜?，科學(xué)家們希望能找到解決長時間停留在地球軌道和深空產(chǎn)生的人體負(fù)面問題方案。

科學(xué)研究是航天員在太空工作的重中之重，2022年左右，中國空間站“天宮”即將建成，相信在那里將誕生更多對人類有用的科學(xué)成果！