英國《新科學家》雜誌報道,國際空間站仍在建造之中,相比之下,有關微重力的研究已經有數十年歷史了。下面是微重力研究史上一些最酷最炫的實驗。

  1.太空中的火焰



     微重力能夠產生更圓的溫度更低的火焰。在這張對照圖中,正常重力條件下產生的火焰(左側)和微重力環境下的火焰(右側)之間的區別可謂一目瞭然。與在地球上不同的是,微重力條件下的低密度熱氣體不會上升。其結果是,粒子從高溫區向低溫區擴散等其它過程佔據了支配地位。在太空研究燃燒進一步揭示了有關這種現象的基本物理學原理,進而幫助研發用於未來太空探索任務的滅火技術。

  2.失重下的液體對流



     在沒有重力的情況下,表面張力成為流體物理學的統治者。在這張在空間站拍攝的照片中,從金屬環內鑽出的水好像被一個看不見的勺子攪動。這種攪動效應是用一種光對水進行不均衡加熱導致的。溫度差異致使表面張力失衡,最終讓水發生旋轉。類似這樣由表面張力觸發的移動被稱之為「馬蘭哥尼對流」,在地球上極為不明顯,但還是可以在鋼水冷卻等環境下觀察到。

  3.沸石立方體晶體




      在微重力環境下,晶體的體積變得更大。這張沸石立方體晶體的對比圖就是一個最好證明,右側體積更大的晶體便是處在微重力環境下。晶體在微重力條件下「長個」的原因在於:在液體中生長的晶體以溶解的物質為食,致使液體密度降低。
  在地球上,低密度液體向上移動,在實驗器皿內形成對流,對流產生裂縫並限制晶體體積。但在微重力條件下,這種效應並不存在。形成更大更純淨的晶體能夠幫助科學家進一步瞭解晶體基本結構和特性。沸石上面佈滿微孔,可用於過濾和儲存物質,例如用於未來燃料電池的氫。

  4.魚胚胎



     圖片展示的是日本青鳉胚胎。青鳉是世界上首批被用於研究胚胎在太空環境下發育的魚類之一。1994年,青鳉搭乘「奮進」號航天飛機進入太空。重力在動物生命週期之初扮演怎樣的重要角色仍舊是一個大謎團。在太空出生的青鳉長大後的體形與在地球上出生的同類類似。而對從老鼠到有爪蟾蜍的其它動物進行的實驗顯示,無重狀態對它們的早期發育產生重要影響,很多實驗動物出現了畸形。

  5.經受太空輻射的 「水熊」



      在動物上演太空飛行過程中,重力消失並不是唯一一個發生變化的環境因素。身在太空中,它們必須經受更大劑量的太陽和宇宙輻射考驗。雖然暴露在真空以及強輻射環境下,但青苔和細菌仍能夠繼續生存下去。
  迄今為止,只有一種動物能夠創造這種生命奇跡,它就是在顯微鏡下才能看到的無脊椎動物「水熊」,也被稱之為緩步類動物。在2007年歐洲進行的一次火箭實驗中,一些緩步類動物被暴露在太陽強紫外線輻射和太空真空環境下,其它一些成員則免受輻射侵害,只暴露在真空環境下。在輻射環境下,只有少數緩步類動物能夠繼續生存,而在真空環境下,倖存者的數量卻比比皆是。


  6.太空迴旋鏢試驗




微重力環境下的各種演示讓宇航員和地球上的普通大眾分享興奮之情,同時向人們展示物體的特性。2008年,日本宇航員土井隆雄上演了拋迴旋鏢一幕,驗證迴旋鏢能否飛回自己手中。令人感到驚訝的是,他最終做到了。彎曲的迴旋鏢之所以能夠沿環形線路飛行是由穿過空氣時受力不均衡導致,而不是受重力影響。2009年初,另一位日本宇航員若田光一按照公眾的建議完成了一系列任務,其中包括駕駛飛毯、疊衣服以及滴眼藥水。

  7.紅色細菌——鼠傷寒沙門氏菌



      失重狀態可能讓宇航員抵禦感染的能力降低一倍。太空飛行會減弱免疫系統,同時讓一系列細菌變得比在地球上更為可怕。2006年「亞特蘭蒂斯」號航天飛機進行的一次太空飛行顯示,圖片中的紅色細菌——鼠傷寒沙門氏菌讓老鼠的致死率提高了近兩倍。
  此外,微重力環境同樣會提高耐甲氧西林的金黃色葡萄球菌毒性。金黃色葡萄球菌是一種耐抗生素「超級細菌」,是導致傳染病的主要罪魁禍首。目前,一家名為「Astrogenetix」的公司正在研究這種毒性提高,希望能夠通過隔絕與之有關的因素方式研發疫苗。

  8.國際空間站物質實驗箱



      這個手提箱大小的試驗設備看上去好像一個終極化妝箱,用於測試輻射對從陶瓷到孢子等一系列物質的影響。它是第一個國際空間站物質實驗箱,於2001年被安裝在空間站上。2009年9月1日,「發現」號航天飛機宇航員從空間站上拆除了第6組實驗箱。美國宇航局最近一份有關空間站科學研究的報告指出,空間站物質實驗箱可能是迄今為止安裝在這個軌道前哨上的最為多產的實驗設備。

  9.迷你衛星



      國際空間站扮演了一個主人的角色,「招待」眾多迷你衛星以及足球大小的設備。所有這些均是同步位置保持、連通與再定向試驗衛星(SPHERES)的組成部分。這個衛星「三重唱」用於測試允許衛星在最小化人為干涉情況下進行編隊飛行的控制程序。衛星之間的這種合作能夠成為功率強大的望遠鏡。更為強大的控制程序能夠實現飛船的自動對接,這種能力可以在軌道組裝設備過程中發揮重要作用。

  10.研究微重力對宇航員的生理影響  



     太空研究的一個重要內容便是研究微重力對宇航員的生理影響。研究顯示,自由下落能夠影響宇航員對體積和距離的判斷力,以及紅細胞和肌肉質量減少。相比之下,骨骼將遭受最為嚴重的影響。
  即時進行高強度鍛煉,在太空飛行過程中,絕大多數人身體一些部位(例如臀部)的骨量每月平均也要減少大約1.5%左右,與絕經後女性一年內的流失量大致相等。研究人員正設法降低這種影響,其中一種方式就是利用垂直踏車模擬微重力環境

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