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研究种类：Space Exploration，Moon
原文作者: Андрій Чернінський
创作者：Heyyawn@DAOrayaki.org
审核者：Tan Zhixuan@DAOrayaki.org
原文: What difficulties awaiting humans on the Moon? Physiological problems of extraterrestrial life
人类起源于非洲，然后扩散到各大洲。今天，即使在地球上最严酷的地区南极洲，也有永久性定居点。我们下一步将扩散至外太空。许多科幻小说的中心主题也围绕着这个梦想展开。我们已经知道如何将载人飞行器送入地球轨道，以及如何将无人飞行器送到邻近行星，甚至到太阳系之外。然而，目前只有几十名现役宇航员。在地球之外建立人类定居点的想法仍处于规划阶段。
载人太空探索在小说中非常浪漫，但实际上对于人类来说非常危险。在地球之外的长期停留确实充满了挑战。因此，在殖民其他星球和恒星系统之前，你应该练习在这种条件下生活。而月球作为我们最近的天体邻居，最适合于此。
高辐射性
显然，建立月球定居点将需要大量的物质资源和全新的技术解决方案。在现有的问题中，我们注意到月球上没有大气层。因此，不仅温度下降显著，辐射水平也很高。地球化还不是一个真正的选择，未来的殖民地将由埋藏在地下或建造在地表的建筑群组成。在地球上，大气层和磁场保护生命免受电离辐射的伤害。后者甚至可以保护国际空间站的宇航员，但是他们每天仍然受到相当于地球上一年的辐射量。在月球表面，辐射水平甚至更高。如果我们找不到能将辐射降低到可接受水平的材料和技术，那么维持殖民地重要活动的唯一选择将是“转移模式”。即使在月球上的居民在建筑物内受到保护，但他们也无法避免不时外出，如维修太阳能电池板、天线等，或访问邻近的殖民地。毫无疑问，机器人将持续接管许多维护工作，减少对人的风险。
研究人员模拟了在星际旅行中影响未来宇航员背景辐射的预期水平，并研究了其在长时间（6个月）内对小鼠大脑功能的影响。所发现的差异有些令人沮丧。
例如，海马体（负责学习和记忆的大脑结构）的神经元兴奋性下降。此外，行为的改变表明杏仁核（控制情绪的关键结构之一）功能失调。当然，人不是小鼠，但科学家表示，在放射性环境中，五分之一的宇航员或月球殖民地居民可能会患上类似抑郁症的症状，三分之一的人可能会出现记忆障碍。
减少的重力
对于未来殖民者来说，另一个显而易见的问题是月球上的重力降低，月球的重力是地球的 16%。在这样的环境中，肌肉一直处于低负荷状态，肌肉的活力散失绝对是一种正常的生理反应。在研究轨道站的宇航员时，已观察到了这一现象，但在月球上的长期停留可能会比短期探索带来更严重的后果。
体育训练或对肌肉的治疗性电刺激作为解决该问题的方法。科学家们还在研制能够在重力降低的情况下刺激肌肉骨骼系统的药剂。白藜芦醇是一种很有前途的，具有骨质和肌肉保护作用的化合物。它是一种天然物质，存在于葡萄和蓝莓的皮中和红葡萄酒中。来自美国哈佛大学医学院的研究人员研究了它对生活在模拟火星重力（月球重力的两倍）中的大鼠肌肉质量的影响。当然，他们无法改变重力；他们只是使用特殊的悬挂物来减轻肌肉的负荷。大鼠在这种状态下生活了两个星期。正如预期的那样，这种操作导致了肌肉质量和力量（以及总体重）显著下降，而服用白藜芦醇成功地弥补了这些变化。因此，在太空飞行和在低重力星球上长期停留期间，服用白藜芦醇可以有效地预防肌肉萎缩。
下一个问题是剂量。研究人员以 150 毫克/千克/天的频率喂养大鼠。红酒中含有高达 5 毫克/升的这种物质，因此一个普通人需要大约 2000 升的葡萄酒才能获得足够的每日剂量。也许，相较于享受酒精饮料，殖民者不得不吞下药片以满足剂量。无论如何，在月球上酿酒绝非易事。
在月球上种植植物
让我们多谈谈酿酒，或一般的植物种植。月球殖民地必须独脱离对地球食物供应的依赖；否则这个项目就没有意义了。为了项目的稳定和长期运作，我们有必要建立一个封闭的生态系统。其中一个关键因素就是绿色植物，绿色植物能够利用太阳辐射的能量来产生生物物质。同时，它们还能够吸收二氧化碳，并为殖民者制造氧气。可食用的微型藻类（如小球藻或螺旋藻）是最简单的选择。然而，如此单调的饮食不太可能为月球上的人们提供可接受的生活质量。因此，我们将不得不种植更多样化的产品。
自 2013 年以来，国际空间站一直在进行“Veggie”（蔬菜生产系统）项目。该项目由 NASA 的专家进行，旨在确定在太空中种植的植物的营养有效性。为此，栽培了可食用的生菜Lactuca sativa。该作物采用分批采摘（每周采摘成熟的叶子）和一次性采摘。同时，在地球上种植对照植物，暴露在与太空相似的条件下（当然，除了重力不同），并延迟 24-72 小时。通过比较微生物组（生长在生菜上的细菌和真菌）以及作物的化学成分，他们发现了一些差异，但这些差异与对人类有危害的微生物无关。他们还发现了生菜在铁、钾、钠、磷、硫和锌原子的数量上也有一定的差别。但总的来说，太空环境并没有降低太空植物的营养价值。对于在月球上的植物来说，生长会稍微容易一些，因为那里有重力，虽然比地球上的要小。月球花园要成功运作，昆虫也是必不可少的。昆虫可以为植物授粉，为它们改善土壤，此外，还可以成为人类的食物。它们的繁殖速度很快，对生活环境的要求不高，而且它营养价值不亚于“真”肉。
创建长期自我调节的生态系统
一般上，创建一个能够长期自我调节的可持续人工生态系统是一项复杂的科学任务。1985 年启动的生物圈 2 号项目是个作为解决这个问题的尝试。该项目位于美国的亚利桑那州，使用了一个密封的隔离结构，在那里收集了陆生动植物的样本。除阳光外，该系统与外来生物、化学品和能源保持隔离。最初的团队由八名志愿者组成，他们的目标是在那里生存两年——就像我们对月球殖民地的期望一样。然而，第一次尝试失败了，生态系统变得不平衡，耗氧细菌大量繁殖（因此必须从外部补充氧气），植物产量低于计算值，一些物种（特别是授粉昆虫）死亡。志愿者们最终还是完成了实验，但其结果却不尽如人意。
生物圈 2 号并不是最后一个这样的项目。目前，MELiSSA（微生态生命支持系统备选方案）任务正在欧洲航天局（ESA）的领导下与近 30 个不同的组织一起进行。其目标是开发一个封闭的人类生命支持系统，而这将是月球或火星上的殖民者生存所必需的。
心理因素
殖民地的封闭空间会引发心理失衡。当然，第一批殖民者将会是精心挑选，能够适应小群体在有限的空间生活的人。我们已经积累了大量的选择测试和解决冲突的方法。这些试验和方法是在南极考察站组成海上考察队或冬季考察队期间进行的。然而，在长期考察的情况下，会出现更复杂的问题，如婚姻的形成、子女的抚养等等。在地球上，离婚的人可以前往不同的街道，甚至不同的城市。但在殖民地有限的空间内，这是不可能的。也许，要维持殖民者社会的稳定，我们将需要发展新的社会模式，而这将是社会学家的工作。
对月尘过敏
让我们再回到生物学。当然，探索月球将给人类带来许多惊喜，但这些惊喜并不总是令人愉快。目前，科学界在国际空间站上获得的观测结果并不多，因为一名宇航员在空间站的连续时间不会超过一年。但是我们已经积累了许多其他数据。众所周知，月尘是个问题。由于月球上没有风，它的颗粒不会相互摩擦，而会保持其锋利的边缘。更重要的是，它们获得了电荷，这有助于它们渗透到各个地方。为了清除聚居地内的尘埃，使用特殊的过滤器。在室外，它会给移动机构（天线、太阳能电池板等）带来问题。对月尘特性的研究还是成问题的，因为月尘在地球条件下，它的表现将会完全不同。
事实证明，你可能会对月球过敏，就像对地球上的花粉过敏。阿波罗号的宇航员报告了类似的症状。但同时，他们在月球表面停留的时间非常有限。当人类在那里建立永久基地时，会发生什么？
研究人类在太空中的生理变化是一项有趣的任务，但这超出了本文的范围。除了上面提到的肌肉骨骼系统的变化外，还存在关于血液凝固，以及免疫、循环和神经系统的一些问题。
美国宇航局最近公布了一项独特的实验结果。专家们在宇航员 Scott Kelly 在国际空间站逗留期间对他的健康状况进行了监测。与此同时，他在地球上的双胞胎兄弟 Mark Kelly 的状况也受到了监测。通过对照，他们发现 Scott 的体内端粒的长度在减少。端粒位于染色体的末端，以保护染色体不受损害。在正常情况下，端粒长度的减少与衰老过程有关。在空间站里，这种影响可能是由背景辐射的增加所造成的。科学家们还收集了许多其他数据。特别值得一提的是，Scott Kelly 在太空探索的历史上第一次接种了（流感）疫苗。值得注意的是，身体的免疫功能并没有改变。这项美国宇航局的双胞胎研究项目的详细结果可以在其官方网站上找到。
月球上的睡眠
月球上的睡眠问题也很有趣，因为月球上的照明周期与地球上的明显不同。当然，它可以通过人工修正，但重力减少的因素仍然存在。第一个宇航员 Yuri Gagarin 的飞行时间太短了，所以Herman Titov 成为了第一个在太空中睡觉的人。1965年，美国人制作了第一个长期睡眠的录像。为了模拟日常的节奏，在飞船的舷窗甚至拉上了窗帘，以“取消”与绕地球轨道运行的 90-120 分钟的周期。然而，由于缺乏空间，以及让宇航员不舒服的姿势，航天器的条件并不适合充分休息。在 1973-1974 年的 Skylab 计划期间，睡眠得到了更详细的研究。结果发现，太空中的总睡眠时间比地球上要短，但观察结果受到工作日程、社交和其他因素的影响。通过观察宇航员在和平号空间站的长期停留，我们发现随着宇航员渐渐适应，睡眠的持续时间和结构也会正常化。因此，考虑到上述问题的范围，未来的殖民者可能不必担心这方面的问题。
本文作者有幸参加了由欧空局领导一个科学“太空项目”。其研究目标是确定微重力如何影响海马体，即大脑的记忆和空间定位中心。该实验是在一架能够进行抛物线运动的飞机上进行的。它以双倍的加速度起飞，然后关闭引擎一段时间，飞机开始“下降”。当然，没人会允许它坠毁。20 秒后，发动机再次打开，但在这段自由落体的时间里，有一种“失重”或者说是微重力的状态。将该循环重复 31 次。实验的研究对象是在其大脑中植入电极的小鼠，以记录其海马体的活动。结果发现，随着“失重”的开始，海马体活动的特定节奏会消失，然后这种节奏在恢复重力后重新出现。因此，这种节奏的变化可以被认为是大脑对重力变化的反应。结果显示，海马体受损的动物很难在短期内适应重力变化。这种大脑结构的发育程度因人而异。例如，在伦敦的职业出租车司机中，海马体的发育程度相当高，这有助于他们在城市中 不会“迷路”。也许大脑扫描和海马体容积测量将成为未来太空飞行器飞行员的职业定位测试，以便他们在加速度快速变化的情况下完美地在太空中导航。
因此，目前，在月球上建立基地仍面临着大量挑战。我们还不能处理所有这些问题。但千万不要怀疑：人类知道该往哪里走，知道如何应对！
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