應徵太空人的先決條件

人類探索神秘宇宙的步伐從未停下。目前，宇宙中有多個「太空站」，太空人會在太空站中進行實驗。但他們的生活狀況為何？和地球有何區別？

太空人的生活並不神祕，但以常人眼光來看，可能會覺得別有樂趣。畢竟在太空環境下，沒有地球重力，許多事情都變得「難以想像」。

擁擠的太空艙是太空人賴以維生的窩 任何資源都不容浪費

由於太空站的使命，是讓人類可以長期在那裡進行科學研究。太空站一旦進入宇宙，就不能再回到地球了，所以太空站中擁有所有生活起居需要的東西。人類送到太空的第一個太空站，是前蘇聯 1971 年的禮炮1號，在同年這個太空站被燒毀前，就已經足以承擔太空人生活 23 天的重任。

大家可以想像一下，太空中沒有重力，人類的排泄物可能會「亂飛」。這肯定是不能接受的，所以太空站中有一種設備，它會產生一些氣流，讓人類排出來的大小便朝一個固定方向流動抽除。這項設施，其實充當了地球重力的作用。整套設備在太空博物館中就有（在太空博物館中，你還可以瞭解許多失去重力後的生活方式）。

當然，太空人排出的大小便並不是直接「丟棄」到太空！像水資源，它在太空中十分寶貴，所以人們的尿液都會經過處理後再次飲用，糞便中的水分，也要經過處理完全提取出來，然後讓它變成一坨硬硬的東西，包裝好存放起來。至於糞便的後續處理，它可能應用於很多地方。比如糞便裡有細菌，就可能用於培養火星的土壤，或是帶回地球繼續做研究。

氣壓是否不同？人還會不會排氣？

其實排氣放屁是人的生理功能，在太空站中，人的所有生理功能都不會變差。至於是否排氣，必須要看太空人吃了什麼東西，這跟自身腸胃功能有關，與太空的環境關聯不大。

太空人在太空中不是很「喜歡」吃東西，因為吃多就會上很多次廁所。但在太空中，上廁所的位置很小、很麻煩，所以大家吃的都很少。

太空艙裡面的空氣如何？

最初，太空艙內、太空人的太空衣都是「純氧」的，最主要的原因是不想裝太多的氮氣，因為它太「重」了。

然而使用純氧的太空艙後，我們遇到了一個問題：大家都知道第一個到太空的太空人是加加林，但實際上他並非選定的第一人。之前，在做地面測試的時候太空艙突然著火，由於純氧易燃，當時的太空人直接在裡面發生了意外。

而後美國也有 3 名太空人由於電線短路，被燒死在純氧的太空艙中。於是我們決定改善氣體結構，讓它的組成成分與地球一樣。所以，像和平號、國際太空站、太空梭、神舟和天宮號上的空氣，都和地球的大氣一樣。

不過，太空人有時候要到太空站外工作，這時他們出艙服內的氣體必須是純氧，這樣氣壓相對會比較小，可以讓他們胳膊和腿部的關節自由彎曲。所幸目前為止，太空人穿純氧出艙服出艙近 400 餘次，尚未發生意外傷亡事故。

讓太空人在太空生活，沒有重力，身體生理機能處於高度失水狀態，吃喝拉撒也比較困難，我們當然要想辦法讓他們的呼吸儘量順暢啦！所以才為他們提供和地球一樣的家鄉氣體條件。

太空人會不會缺乏陽光？

在太空站中，每 45 分鐘，就會經歷日出、日落，在地球上則是 12 小時。但太空人睡覺的時間還是正常的，比如你想加班，那就睡 4、5 個小時，不加班就睡 8 小時。

有人會擔心，太空人在太空站中，是一個昏暗的環境，只有燈光。沒有太陽的照射，人體內會不會缺乏一些營養物質，從而影響身體健康？其實，我們需要陽光照射，是由於太陽光照射皮膚後，人體內會產生維他命 D，它可以幫助身體吸收食物中的鈣。

所以，在太空中，太空人都會帶著維他命 D 片，這個問題也就不存在了。當然，太陽光是一個讓太空人生活環境舒適的必備條件。好在太陽每 45 分鐘就升起、落下，問題不大。

太空人會基因突變？

說到這個問題，就不得不提及之前的一則新聞了：有報導稱太空人在太空待了 340 天，回到地球以後，發生基因突變，和他的同卵雙胞胎兄弟有了不同，為什麼會這樣呢？

實際上，這兩名太空人在 NASA 非常有名，史考特・凱利和馬克・凱利是一對同卵雙胞胎兄弟，NASA 對他們進行了實驗。讓史考特到太空中去，而馬克留在地球，觀察他們的基因表現。據新聞報導，史考特在太空中發生了 5% 的基因功能變化。從事實來看，並非史考特的基因發生了突變，而是基因的「打開閉合方式」出現了變化。

我們都知道，基因是有功能性的 DNA 片段，DNA 是一個雙股螺旋結構，它會不定時的打開、閉合，並在打開的過程中，在細胞核中複製單股信使 mRNA，而 mRNA 脫離細胞核進入細胞質後，開始指揮身體製造所需的蛋白質組織，如頭髮、指甲、腸壁、紅白血球和荷爾蒙等等。人類在地球的環境下生存，DNA就會有適應地球重力環境的打開、閉合方式。同樣，在太空中，它會適應太空無重力環境，產生一定程度的變化，史考特的變化也是因此而來。

貧血、肌肉流失、骨質疏鬆 無重力下的生理問題

其實在太空生活，還有許多要注意的事情。比如，生活久了，你每天要做 4 小時的衝擊運動，讓自己的骨骼受到衝擊力。在地球上，我們走路、跑步，膝蓋都會受到衝擊。但在太空中，不會有這樣的「衝擊」，因此，骨細胞會偷懶減產，人體就會主動降低骨骼的強度，等他回到地球的重力場，再進行走路、跑步等活動，就很有可能受傷！

還有，在沒有重力場的情況下，人體只能容納在地面情況下 95% 的水分，其實是處於極度缺水的狀態。體液一減少，體內紅血球、白血球又開始偷懶，產量會相對減少，人就會貧血，對細菌的抵抗力也會降低。諸如此類，都是太空人可能遇到的問題。

太空實驗不易，人類太空科學的進步，必須要這些英雄們為我們做出貢獻。如此，太空科學才能一步步發展起來。

最後，讓我們向太空人致敬！  

——本文摘自《把手伸出宇宙之外：成為宇宙公民》，2023 年 6 月，三民出版，未經同意請勿轉載。

2022 年底到 2023 年全年的宇宙，很熱鬧！

先是維珍銀河（Virgin Galactic）2022 年開賣太空旅行票，預計 2023 年第二季成行；貝佐斯的藍色起源 （Blue Origin）則在 2022 年完成了第 6 趟商業載人發射；至於馬斯克的 SpaceX，把富豪送上太空站已經見怪不怪了。

不過，宇宙對土生土長的地球人可是充滿未知風險的，人類對一件攸關性命的事仍然充滿疑問：人上了宇宙，身體會發生什麼變化？而我們又要怎麼應對呢？

人類在太空會發生的事，線蟲知道！

平民宇宙飛行成真之前，有意競逐太空的各國政府和企業都要先搞清楚一個關鍵問題：太空對地球人的身體有什麼影響？短期停留和長程旅行個半年一年，又有什麼樣的差別？

解密的鑰匙在一個小小的生物身上：線蟲。

2022 年 11 月，15 萬隻秀麗隱桿線蟲（Caenorhabditis elegans）大軍上了太空。線蟲的長度大約 0.1 公分，從孵化到成蟲只要 3 天左右，全身上下只有大約 1000 個細胞，每個細胞都能被追溯發育過程；又有簡單的神經網，而且許多基因和人類有相似性，為一種非常常見的實驗動物。

日本東北大學研究團隊把一批體內神經元用螢光蛋白標記好的線蟲送上國際太空站，交給太空站的日籍宇航員進行試驗，紀錄牠們由孵化到發育成成蟲的過程，目的是追蹤宇宙的微重力環境對線蟲會造成什麼影響。

他們發現線蟲的肌肉蛋白質和粒線體內代謝酵素減少、體長縮短、運動能力變差，並且多巴胺的分泌量也下降，不過背後的原因還不清楚。多巴胺是一種神經間傳遞訊號的化學物質，和調節身體動作、學習、情緒等有關。人類如果缺乏多巴胺會出現肢體動作障礙，最明顯的疾病就是帕金森氏症。

他們也在部分線蟲的培養皿裡加進許多塑膠小顆粒，讓塑膠粒時時碰觸到這些線蟲，結果發現，有碰觸的線蟲和沒有碰觸的相比，多巴胺減退比較少，運動能力也比較好。東北大學團隊提出的看法是：「除了運動外，『接觸』的刺激很可能是人在太空長保健康的要素」。

如果假設被證實的話，接下來就有機會特別設計出一套能刺激肌肉的接觸療法，例如按摩或指壓，上太空的人就不必每天耗一大段時間運動了。

不過，線蟲到人類離得很遠，要等到成果恐怕還需要花不少時間。

一上宇宙，身體馬上知道！

自從第一個太空人上宇宙以來，斷斷續續有小規模試驗記錄太空人的身體變化，從中可以歸納出許多「太空症狀」，我們舉出前 5 種最有感的改變當作例子：

一、水分跑到上半身，變成滿月臉

一到了宇宙，少了重力把身體的血液往下拉，加上腿部本來有許多塊肌肉，只要一站起來或走動，就會像幫浦一樣把血液往上推擠，避免積存在下半身；於是不少太空人上太空頭幾天就發生上半身水腫，最明顯的是兩腿變細像鳥腿，還擁有一張又紅又脹的圓臉。

二、暈太空艙

搭乘太空艙也會發生類似的「動暈症（motion sickness）」症狀。眼睛告訴我們在移動，位在耳朵深處負責身體平衡感和空間感的前庭系統卻難以判斷上下左右，兩者衝突會讓人感到頭暈、噁心、嘔吐。

三、睡不著，睡不好

在宇宙會失眠的原因還不完全明朗，推測和生理時鐘的晝夜節律被打亂有關，與大腦的水分分布改變有關；還有其他因素，如：說狹窄空間的壓迫感、身在危險環境的緊張感，可能也會導致睡眠變差。

四、眼睛容易出問題

太空人的眼球變形、視神經發炎，視線變模糊，有些人甚至無法完全康復，目前的假說是眼睛受到腦部組織液的壓迫，把眼球和視神經「壓壞」了。舉個實例，美國太空人菲利普斯（John Phillips）先前在國際太空站待了半年，視力從 1.0 降到 0.2。

再加上宇宙裡無時無刻有輻射線穿透太空艙的防護壁，也連帶會損傷眼睛，例如提高水晶體變成白色混濁的機率，也就是俗稱的白內障。

五、肌肉和骨質流失，這可能是最嚴重的太空健康問題

在地表因為有重力，不論提、拉、扛、站都需要使勁，一旦到了太空，你的身體會判斷肌肉沒有必要強而有力，肌肉合成量因此變少；骨頭也不必堅固到撐起全身，不用那麼努力生成骨骼組織，鈣質也就流失了。

因此進入太空的人，最明顯的症狀就是肌肉變鬆垮、手腳沒力，最明顯的就是下半身肌肉萎縮。骨質以每個月 1％ 到 1.6％ 的速率流失，1 個月的損耗量就超過地球的 1 年；也因為骨鈣大量從尿裡流失，容易得腎結石。

其他的太空症狀，還包括免疫系統變弱、造血功能可能變差、肺部容積下降等，也都是需要面對的問題。

如何克服這些人體變化

直到目前，其實都還沒有很好的辦法。

最常見的做法是要求太空人每天花大量時間運動，例如踏上跑步機每天快跑、用阻力訓練機進行重量訓練、踩固定式腳踏車鍛鍊心肺功能，保持肌肉、骨骼和心血管的強度。不過這只是治標，不能治本，只能減慢肌肉骨骼的流失速度，而且在太空中的運動成效差，舉例來說，在跑步機上 2 小時，大約只等於在地表跑 20 分鐘的效果。

好消息是，一些應用的研究已經開跑，把人在太空發生的退化和衰弱現象，類比到肌少症、帕金森氏症、多發性硬化症等肌肉或神經退化性疾病，觀察小動物在太空中從分子層面到生理層面的變化，想找出地球上病人生病的原因和解方；例如：接觸療法有機會用來刺激帕金森氏症患者的大腦分泌更多多巴胺，改善手腳顫抖、走路小碎步的症狀。

另外，也有新創企業把大腦神經細胞和微膠細胞（microglia）裝在培養箱帶上太空站，微膠細胞是一種能在腦內環境發揮免疫功能的細胞，科學家懷疑它因為某些不明原因暴走，損傷到腦神經細胞，是導致神經退化性疾病的原因之一。在微重力環境下，的確可以誘發培養箱裡的微膠細胞出現異常行為，抽絲剝繭找出是哪些基因和蛋白質失控，或許就可以解開腦部病變的謎團。

整體來說，太空醫學發展的速度比起太空飛行技術進步慢了非常多，這是在未來平民太空時代勢必要彌補的落差。

不過，現在也有一些大學開始設立太空醫學課程，例如倫敦國王學院今年 9 月要開課的航空太空醫學（Aerospace medicine）碩士班，這現象一方面顯示出市場有迫切的需求，一方面也透露出「宇宙民主化」可能真的不遠了。

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文 / Ricky，《宇宙兄弟》贈票活動得主

2012年月球基地完成。月球的岩石蘊含著豐富的鋁及鐵。掘出這類岩石，
開始加工作為建設太空殖民地的材料。
2019年太空殖民地完成，人類開始自地球移民。首先是科學家，技術者等，
接著是他們的家人，然後才輪到一般人去移居。
－《哥白尼21雜誌》，1985年2月

這是《哥白尼21雜誌》第一期中，對於人類未來太空探索的進程預估，那年我小學，在一頁頁印刷精美的銅板紙中，夢想未來能當個太空人，或是算算，至少在2012年，我36歲時，能到月球走走！

只是不知道什麼時候，我離太空人越來越遠，就像宇宙兄弟裏的南波六太，在每日繁忙的工作中，在渾渾噩噩的小小的失敗中，忘記了當初小時候的夢想，直到看到宇宙兄弟這電影，才驚覺數十年已過，當上太空人的機會趨近為零；可是，在電影或漫畫中，也沒解釋太多，原來是汽車工程師的南波六太好像很輕易的送出申請信！要當太空人不是要有名同時頭好壯壯的科學家或學者嗎？

查了JAXA的資料才發現，其實在日本要應徵一位太空人的先決條件並不會太難：

1. 日本國籍
2. 大學自然科學系畢業以上（含理學院/工學院/醫學院/藥學院/農學院等）
3. 自然科學系相關研究、設計、開發、製造、運用等3年以上實務經驗
4. 身體承受長時間的太空飛行(包含身心理狀況)
5. 英文聽說讀寫流暢

以上就是大約的徵選條件，真的一點都不難，大部份工程師都能送交履歷表，至於能不能過關，那就要看身體心理是否能承受各式訓練了，在宇宙兄弟漫畫中，多的是各式各樣的訓練與突發狀況，雖然電影裏省略了許多漫畫中的細節，但卻真實呈現了日本宇宙航空研究開發機構(JAXA)的各式場景，相當值得一看，而且配樂讓人熱血沸騰，特別是火箭昇空的那段，大螢幕的聲光效果讓人感動！

看完下定決心：就算沒辦法當太空人，有一天也要到現場看看火箭昇空的震撼啊！

後記：就算國籍問題可以解決，就算我通過了培訓，我可能還是不會選擇當太空人，因為，根據過去的歷史，太空人的死傷比率實在是太高了，特別是太空梭，美國曾經製造過且能實際上太空的五台太空梭中（挑戰者號、哥倫比亞號、發現號、亞特蘭提斯號及奮進號），就有二台無法安全返航，共14位太空人不辛罹難，其中還包括一名日裔美籍的太空人鬼塚承次，這有些悲慘的太空探索，也很可能就是為什麼我小時候的預測（哥白尼21雜誌），無法成真的主因，也應該是為何宇宙兄弟中都沒什麼提到太空梭，反而是以火箭作為飛行工具。

「飛向宇宙，浩瀚無垠！」這是玩具總動員裡巴斯光年的經典台詞，當巴斯說著他在太空的種種光榮事蹟時，你是否幻想過自己到外太空生活的樣子呢？人類在外太空的是怎麼生存的呢？身體會不會被改變呢？

在國際太空站 （ISS） 工作的美國太空人史考特 （Scott Kelly） ，或許可以告訴你答案！

史考特擁有一個待在地球的雙胞胎兄弟馬克凱利（Mark Kelly），當他結束太空站一年多的任務，科學家比對了兩人的基因和身體狀況，發現史考特不但骨質密度降低了，連體內的DNA、端粒（Telomere）、腸道微生物相都變得很不一樣！

除此之外，史考特也表示他的雙腳痠痛不已，回到地球 3 個月後，仍然沒有完全恢復，嚴重時，甚至無法到公園散步。

這還只是在「太空站裡」生活的結果唷！如果史考特在太空站外面工作呢？會不會像《 JOJO 的奇妙冒險》中的卡茲一樣，當他被射到大氣層外後，被宇宙的環境溫度凍結身體，而化為礦石與生物之間的生命體，永遠在宇宙中徘徊呢？

畢竟對於地球生物而言，一旦少了太空站的保護，等於暴露在一個充滿紫外線輻射、真空、溫度波動範圍大的環境，到處都是生命威脅啊！

這項有趣的研究已經登上了頂尖期刊《Science》，讓我們開始深思，太空旅行可能沒有我們想像的那麼美好，同時帶給人體極大的負擔。想要到地球以外的地方生存？也許我們的身體需要更多的訓練或是改造。

此時，科學家也開始把地球的各種生物丟到外太空去，仔細觀察這些地球生物是否會產生奇～妙～的變化。

出發吧！地球生物的先鋒部隊！

2015年，科學家們將「抗輻射奇異球菌」放到了太空站外，一年過後，他們驚奇的發現，這種細菌不只活著，竟然還活跳跳的！

抗輻射奇異球菌（Deinococcus radiodurans）是一種對輻射有免疫力的地球細菌，可以在極端環境中生長、繁殖，承受人類致死劑量的 1500 倍輻射，與蟑螂無法抵抗的 15 倍輻射。

當時，有國際團隊在日本實驗太空艙 （The Japanese Experiment Module）^註1外進行 Tanpopo 任務，為了測試這些頑強的細菌，科學家將他們脫水後，送往國際太空站外的特殊平台^註2，讓抗輻射奇異球菌暴露在外太空的環境之中。

這個平台僅有非常非常微弱的保護措施：一扇可以阻擋波長低於 190 奈米紫外光的玻璃窗，透過這個玻璃窗，科學家模擬了行星保護 （planetary protection）（註3）的情況，就像讓細菌待在其他星球大氣層裡面一樣（例如火星大氣層，即會吸收波長低於190-200 奈米的紫外線輻射）。

回來之後，咦？你怎麼長得不太一樣！

經過一年的輻射、極冷又極熱的溫度變化以及無重力環境的摧殘後，科學家終於把這些可憐的細菌樣本從低地球軌道 （Low Earth orbit, LEO）^註4 接回地球，和在地球上生活了一年的同種細菌樣本（也就是對照組）作比較。

科學家指出，與對照組相比，雖然從 LEO 回來的細菌樣本存活率低了許多，但存活下來的似乎都「還不錯」。

此外研究者也發現，回到地球後開始恢復的細菌們，表面覆蓋著一些囊泡（vesicles） ，而且某些蛋白質和 mRNA 變多了，尤其是那些負責調節及運輸功能的蛋白質和 mRNA ，更明顯！

雖然研究團隊還不確定這些囊泡是怎麼來的，但他們認為這也許就是細菌在太空環境存活下來的關鍵。

研究者在論文裡表示，囊泡化可以視為細菌面對生存壓力的一種反應，引發多種修復細胞的機制，將造成壓力的物質移走，以增強生存能力。

除此之外，外膜的囊泡也可能包含一些蛋白質，它們對營養獲取、毒素運輸等很重要，也能夠活化暴露在太空後的抗性機制，幫助修復損傷的 DNA。

在地球外生存，或許不再是「腦洞大開」

研究結果表示，當細菌暴露在太空環境時，可能會誘導它們重組細胞裡代謝反應與調節的分子，其中，抗輻射奇異球菌能夠長期生存在沒有波長低於 200 奈米的紫外線的環境中，例如具二氧化碳大氣層的火星。

「這類型的研究幫助我們更了解生命在地球外生存的機制及過程，擴展了我們在外太空的惡劣環境生存與適應的認識。」維也納大學生物化學家 Tetyana Milojevic 說。

研究團隊也表示，像抗輻射奇異球菌這樣具有高效分子反應系統的生命，也許可以在外太空中存活更久，甚至是到更遠的地方去。

看來是很有成為 JO 級生物的潛力啊～（誤）

註解

1. The Japanese Experiment Module，簡稱 JEM，又稱 Kibo ，是日本航空局在國際太空站 （ISS） 上的第一個人類太空設施，用來進行天文觀測及科學實驗。
2. 此平台稱為 Exposed Facility，是國際太空站 （ISS） 的一個特殊設計的平台，位於加壓艙外，暴露在太空環境中。
3. 行星保護 （planetary protection） 指的是設計行星飛行任務的指導原則，目的在於保護天體免受地球生命樣本的污染，並保護地球免受其他天體的污染。
4. 低地球軌道 （Low Earth orbit, LEO），是相對靠近地球表面的軌道，通常處於不到 1000 km 的高度，但可能高出地球 160 km 。與其他軌道相比雖然較低，但仍遠高於地球表面。也是國際太空站 （ISS） 使用的軌道。

參考資料

1. Ott, E., Kawaguchi, Y., Kölbl, D., Rabbow, E., Rettberg, P., Mora, M., … & Milojevic, T. (2020). Molecular repertoire of Deinococcus radiodurans after 1 year of exposure outside the International Space Station within the Tanpopo mission. Microbiome, 8(1), 1-16.
2. 國際太空站 (International Space Station)：Kibo Laboratory
3. The European Space Agency (ESA)：Low Earth orbit
4. This bacterium survived on the outside of the Space Station for an entire year
5. Garrett-Bakelman, F. E., Darshi, M., Green, S. J., Gur, R. C., Lin, L., Macias, B. R., … & Piening, B. D. (2019). The NASA Twins Study: A multidimensional analysis of a year-long human spaceflight. Science, 364(6436).
6. 週日閱讀科學大師系列講座：抗輻射奇異球菌（Deinococcus radiodurans）