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2022-05-30 10:48李忠东
科学大众(中学) 2022年8期
关键词:科考南极科研人员

李忠东

2022 年4 月16 日,“神舟十三号”载人飞船返回舱在东风着陆场成功着陆,航天员翟志刚、王亚平、叶光富结束了在空间站的183 天奇妙生活,平安返回!

当中国航天员在远离地面的空间站中工作、生活时,一批外国科研人员同样坚守在人类似乎不应该存在的地方,这里不仅会有漫漫长夜,气候条件也非常恶劣,被称为“白色火星”。

康科迪亚科考站是法国和意大利在南极合建的一个科考站,它位于南极点附近的高原地带,雄踞在3 200 米高的名为“穹顶C”的冰架上,这里是世界上最寒冷的地区之一。如今,一支13 人的科考团队正坚守在这里,模拟长时间的太空任务。研究团队有10 名男性、3 名女性,包括化学家、电气工程师、IT 和通信专家、天文学家、医学家、电工、厨师、水管工、机械师和技术员等。

悄然孕育太空梦

丹麦生物医学研究员纳迪娅·艾伯森博士2011 年从医学院毕业以后,在格陵兰岛成为一名全科医生。但她心中始终有一个炽热的梦想,就是帮助人类登陆火星甚至更远的星球。如今,她就在这支科考团队中。

艾伯森的任务是对她自己和团队其他成员进行生物医学实验,以了解人类如何应对极端孤立的生活。大量的科学论文和对南极冬天的描述,让她为在黑暗中的沉闷生活做好了准备。但在真正体验后,她发现困难远比想象中的多得多。

这位生物医学研究员说,当太阳最后一次短暂浮现时,团队成员恋恋不舍地在阳台上或走到冰面上观看,一抹最温暖的黄色在无瑕的天空中延伸,然后从视线中消失。在南极洲的秋季,每天的日落时间越来越早,直到太阳根本就不出现,然后在冬季有4个多月完全消失在地平线后面。

对于科研人员来说,与太阳的漫长告别是苦乐参半的。在外面完全冰冷的黑暗中,温度可能降至-80℃,不能空运任何物资或人员进入,他们将在与世隔绝的情况下生活和工作,能看到精灵般的奇幻南极光就是最好的安慰。

在相对暖和的南极海岸线上,有许多永久性基地,但康科迪亚是50 年来第一个建在南极内陆的科考站。它位于南极点附近的高原地带,雄踞在3 200 米高的名为“穹顶C”的冰架上,这里是世界上最寒冷的地区之一。科考站由两个坚固的鼓状建筑物组成,远远看去像两个粮仓,每个直径18.5 米、高12 米,一个是工作区,另一个是比较安静的生活区。鼓状的外形能够保证热能的最充分利用,废水处理系统可以使淋浴和水槽中排出的废水循环使用。

距离康科迪亚科考站最近的邻居是俄罗斯运营的沃斯托克南极站,但它们之间的距离也有600 多千米,单从距离上讲,它比空间站还要远。就像空间站在低地球轨道中一样,科考站也存在于人类不应该存在的地方。

考虑到这种极端环境就很像其他星球,欧洲航天局决定把康科迪亚科考站作为人类登月和火星任务的基础研究实验室。自2005 年以来,该机构每年资助一位医学博士在此实施未来的太空项目研究,期待通过相关研究成果帮助人类在心理、身体上适应不断变化的气候和更长的太空飞行,最终能到另一个星球上生活。

在科考团队入驻科考站几天后,艾伯森便对成员们开始测试,了解他们的身体对南极气候和海拔高度的反应。包括艾伯森在内的一些人患有水肿,身体组织中的液体潴留。由于极端环境使人的生物钟受到严重影响,睡眠质量也大为下降。研究发现,问题在冬季之前便已经开始,睡眠阶段(浅睡眠、稍深睡眠、深睡眠和快速眼动睡眠)被重新排序,使人很长时间难以入睡,甚至彻底失眠。之前,科学家一直认为长途旅行中形成的深静脉血栓或与腿部血块有关,较低的气压加上久坐少动是造成这种情况的直接原因。但是对康科迪亚科考站科研人员的研究令人惊讶地表明,较低的气压似乎对深静脉血栓的形成没有“贡献”。

艾伯森表示,就人類而言,在这种极端情况下,未知的可能性太多了。以辐射为例,在星际空间暴露于辐射下是探索任务的主要阻碍因素,在行星际空间累积的辐射剂量将比人类在地球上同一时期累积的剂量大几百倍,比在空间站工作积累的剂量大几倍,长期遭受辐射可能会导致罹患癌症的风险增加。

孤寂永夜的挑战

火星之旅涉及的是深空飞行,除了可能来自宇宙的潜在危险,另一个需要重点关注的领域是长期隔离和禁闭对人类的影响。当一群人长期被限制在一个小空间里时,可能会破坏他们的情绪反应和认知功能。康科迪亚科考站也是如此,这里的氧气含量比海平面的氧气含量少1/3,长期的低气压缺氧会损害大脑功能,人们在这里待得时间长了,就会变得沉默。

进入冬季后,辽阔的南极大陆在黑暗之中被抹去了颜色、气味甚至声音,显得格外荒芜、孤寂。4 个月的极夜时间是相当大的挑战。极夜又称永夜,即夜长24 小时,一日之内,太阳都在地平线以下。研究证实,人被关在完全漆黑的屋子里,最多能坚持7 天,否则就会崩溃发疯。科考团队通过大量的检测和实验,对缺乏阳光带来的压力、睡眠模式的改变以及疲劳和情绪的影响等进行了系统的研究。

科研人员在系统回顾、梳理了康科迪亚科考站几十年极端环境实验数据之后,积累了丰富的知识。其中的大多数现在已经成为常识,不会让人感到意外,但在当时是开创性的。例如,为那些生活在密闭环境中的人开发一种有效的锻炼方案,以对抗长期禁闭的影响,包括情绪、认知能力的下降与一般由于环境因素导致的肌肉力量下降。团队成员被分为两组,一组按要求进行锻炼,另一组则不进行任何活动。结果活跃组情绪稳定,而懒惰组表现出更多的情绪波动。这是因为在锻炼时,身体内部会分泌一定量的多巴胺和内啡肽。多巴胺对情绪的调节有关键作用,会使人的心情变得愉悦,对生活、工作产生激情。内啡肽能够让人的情绪变得更加稳定,还可以调节身体的体温、血压、呼吸快慢等。

科考团队还发现,即使在没有日照的情况下,昼夜节律还是很有意义的。它就是通常说的生物钟,这种生物体内的无形“时钟”实际上是生物体生命活动的内在节律性,即从白天到夜晚的一个24 小时循环节律。那些强迫自己在固定时间上床睡觉的成员,比在有睡感的时候才睡的成员表现更出色,能坚持有规律的睡眠感觉更好。

季节性情绪失调和阳光有很大关系,常伴有疲乏、头痛、嗜睡、喜食碳水化合物、体重增加、社交退缩等,出现轻中度抑郁症状。在南极冬季,随着时间的流逝,在长期的日光剥夺过程中,视网膜对蓝光的敏感性增加,昼夜节律的稳定性降低,睡眠觉醒时间延迟。研究团队鼓励成员参加集体活动,并发挥创造性,以对抗冬季的孤独。研究表明,那些积极向上、自信的人会更好地适应极端环境。

生活也能很有趣

南极洲几乎全被冰川覆盖,空气中氧分子不足,风速最大达每秒90 米以上,年降水量为55 毫米,然而其独特的地理位置和丰富的自然资源仍然吸引众多科研人员前往考察。在这片与文明世界割裂的大陆上,极低的气温使得在室外烹饪、驾驶汽车异常困难。这常常让康科迪亚科考站的科研人员感觉生活在另一个星球上,但他们仍然乐观地面对一切。

由于地处南极洲深处位置,康科迪亚科考站是一个非常不适合人类居住的地方。飞机和车辆在一年中的9个月都无法抵达,从每年2 月初到11 月初没有新鲜食物供应,大多时候只能吃速冻食物。西普里安·维索伊斯博士是法国冰川学家及天体生物学家,他脑洞大开,决定走出科考站,看一看到户外去 “烹饪”是什么样子,并且饶有兴趣地拍下了众多食物在极低温下的形态。当然,这只是一场游戏,但这些挑战地心引力的图片生动地展示了南极绝对寒冷的程度。

这位科学家索性开了一个社交账号,专发常见美食在极低温下的样子。无论是鸡蛋、面条还是夹心面包,所有食物的液体部分都在拆开时迅速凝结成冰,仿佛一切都已静止。一张张“反重力”的美食图片展示了时光凝固的那一瞬间,惊呆众人。

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