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國際小學堂／宇宙輻射強襲 太空人恐急症致命

2023-11-10 01:00 聯合報／ 編譯高詣軒／綜合報導

太陽成殺手 來自太陽的強烈輻射可能引發急性輻射症候群。圖為二○一七年七月觀測到的中型太陽閃焰和日冕大量拋射現象。（路透）

宇宙空間充斥會影響人體的輻射，這對於在離地球較近的「低地軌道」活動的當代太空人，或許是可解決的問題，但若要探索更遠的太空並停留更久，就會相對棘手難解。專家指出，暴露於宇宙輻射可能產生急性症狀，嚴重時可能危害太空人性命，長期暴露的威脅則可能包括提高罹癌風險。

太陽風暴 導致嘔吐感染

美國「科學人」雜誌報導，部分宇宙輻射來自太陽，特別是太陽風暴發生時，會釋放足以損害人類ＤＮＡ的赤裸質子。美國貝勒大學醫學院教授、太空健康轉譯研究所（ＴＲＩＳＨ）所長多諾維爾（Dorit Donoviel） 說，這可能使人感到極為不適，引發急性輻射症候群。

若無法及時避免，首先會感到惡心，致使太空人在太空衣當中嘔吐。這恐會引發性命攸關的局面，因為嘔吐物可能干擾維生系統，或者太空人會將其吸入。接著，可能發生嗜中性白血球和紅血球等細胞減少，意味人體難以抵禦細菌並給予組織細胞足夠的氧氣，使人疲憊、貧血、無法對抗感染、嘔吐，甚至有致死之虞。

銀河宇宙射線 量多致癌

除太陽射線外，也得考慮另一種輻射「銀河宇宙射線」。這類射線主要由快速移動的氫元素構成，但亦包含各類元素，來源是恆星爆炸時的「超新星」等天體活動，比起單一質子有高出許多的能量和質量。

如果太空人目的地是火星，途中承受的銀河宇宙射線量可能不會太大，但若需要多年待在太空船裡或其他行星表面，算法就會改變。多諾維爾以蚊子叮咬為例，短時間待在有數隻蚊子的房間可能無礙，但若待上數月，恐怕就會搔癢難耐；以銀河宇宙射線來說，伴隨的致癌風險會就像蚊子咬一樣，逐漸積少成多。

水造防護牆 擋太陽質子

面對太陽輻射，未來的太空人可能使用水打造防護牆，阻擋來襲的質子，但人類需要強化對太陽質子事件預測能力，讓太空人得以在大量粒子來襲前，及時使用防護措施。

而對於銀河宇宙射線，由於較難以水阻隔，多諾維爾的ＴＲＩＳＨ機構則致力研究如何幫助人體修復輻射傷害，研發有助修復ＤＮＡ損害的化學成分，以供太空人服用。

國際小學堂／太空改變人體基因 長程任務難

2023-11-10 01:00 聯合報／ 編譯高詣軒／綜合報導

美國太空人盧比歐九月廿七日從國際太空站返回地球，降落後由專人協助離開聯合號太空船。（法新社）

美國航太總署（ＮＡＳＡ）太空人盧比歐（Frank Rubio）在太空待了三七一天，終在九月底重返地球。他在太空軌道停留的時間，打破先前美國太空人三五五天的紀錄。但長期處在無重力的宇宙環境，對盧比歐身體造成很大影響，他剛回到地表時，須由專人抬出太空船。

事實上，長時間滯留宇宙可能衝擊人體肌肉、骨骼質量，甚至影響基因和大腦構造。

盧比歐去年九月飛赴國際太空站，本應今年三月返回，但他和同事原定搭乘的太空船發生冷卻劑洩漏，致使飛返延後。英國廣播公司（ＢＢＣ）報導，盧比歐這趟太空行，有助學界了解人類要如何因應長途太空飛行。目前學界已知，長期待在太空，對人類身體各方面都有重大影響。

美國太空人盧比歐在國際太空站（ISS）內漂浮。為對抗宇宙無重力環境加速肌肉和骨質流失，太空人每天都會重訓。（美聯社）

肌肉與骨質 流失速度都倍增

太空人若盼深入太陽系，勢必得適應長期宇宙生活，畢竟根據現有計畫，光是往返火星就要花上三年以上。ＢＢＣ指出，宇宙給太空人的衝擊之一，是肌肉和骨骼質量的萎縮風險。

在無重力環境下，由於不再須抗衡重力，協助維持人體背、頸、小腿和四頭肌姿勢的肌肉將衰退最多。上太空兩周內，肌肉質量可能減少多達兩成，三至六個月的長期任務更恐使肌肉減重三成。

同樣，失重環境將讓太空人的骨骼逐漸流失礦物質。每個月骨骼質量可能減少百分之一至二，半年間則可能流失至多一成，這將增加太空人的骨折風險並拖長康復時間。地球上，年長者骨骼質量流失速率約每年百分之○點五至一，足見宇宙環境的影響。太空人返回後，至多須四年才能恢復骨骼質量。

為了對抗肌肉和骨骼流失，國際太空站的太空人每天會做二點五小時的運動和高強度訓練，包含深蹲、硬舉、划船和臥推動作等，外加使用跑步機和健身腳踏車，也會攝取補給品保養骨骼。但近期有份研究指出，這樣的訓練方式或許還是不夠，未來太空人可能測試更強的肌力訓練和高強度間歇訓練，看看是否有助抗衡肌肉流失。

美國太空人凱利（左）和雙胞胎兄長馬克（右）二○一六年合影。科學家透過凱利的案例，研究宇宙環境對人類的影響。（美聯社）

腸道菌叢變 染色體端粒縮短

美國太空人凱利（Scott Kelly）曾在國際太空站停留三四○天，其雙胞胎哥哥則待在地球上，科學家能藉此案例，研究長期太空航行的影響。例如，凱利在太空軌道期間，身體質量減少了百分之七，腸道中的真菌和細菌也相較先前明顯改變。

前述改變其來有自，畢竟太空飲食和地球迥異，且由於人類有大量腸道和口腔微生物是來自周邊人們，環境改變想必影響體內微生物。宇宙輻射的照射，加上使用回收水和身體活動的改變，皆可能是影響因素。

凱利長期太空行帶來的重要發現，還包括顯示宇宙環境對人類ＤＮＡ的影響。在我們染色體末端，有著被認為可以防止基因受損的端粒（telomere），通常會隨老化而縮短，但針對凱利和其他太空人的研究發現，太空航行似乎會改變端粒長度。

美國科羅拉多州立大學環境和放射健康教授貝里（Susan Bailey）參與過凱利等十多名太空人的研究，發現宇宙航行期間，端粒會明顯較長，但返回地球後，端粒則迅速縮短，最後許多端粒長度常會比離開地球前還短。對此現象，貝里表示學者已有頭緒，但盧比歐等太空人的資料加入將相當重要。

大腦會膨脹 恢復期上看三年

凱利長期停留在國際太空站時，認知表現改變不大，與留在地面上的哥哥雷同，但研究者發現，凱利返回地球後約半年間，認知表現的速度和準確度確實下降，這可能是因為他的大腦要重新適應地球重力，且生活方式變化極大之故。

另外，一名俄國太空人曾於二○一四年在國際太空站停留一六九天，之後接受研究的結果發現，在停留太空軌道期間，他的大腦中與動作、方向感、平衡和自身動作感知相關的部分，神經連結的程度有所改變。由於宇宙的無重力環境，太空人行動方式往往得調整，因此相關改變不特別令人意外。

近期一項研究的結果則較令人憂心，指出長期太空任務期間，大腦構造可能有其他改變。被稱為右側腦室和第三腦室的構造，在太空可能會發生膨脹，需要至多三年才能縮回正常大小。這些構造主要負責儲存腦脊液、提供大腦營養素並清除廢物。