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人类本质上就是一根约两米高的液体柱子，其中悬浮着各种湿润、蠕动的生物系统——包括消化系统、排泄系统、平衡系统、血液循环系统等等。这些系统都是在地球上，也就是这根液体柱子脚下的60亿吨球体上，经过漫长时间进化而来的。
那么让我们回到1961年4月12日，假设你是尤里·加加林（Yuri Gagarin），即将执行人类历史上一项全新的任务——乘坐导弹的弹头进入太空轨道。在这个关键时刻，你凭什么相信自己的胃不会在零重力的环境下翻江倒海？ [1] 你的血液还能正常继续为大脑供氧吗？你的肺、肝和肾在身体内漂浮时，它们还能正常运作吗？
然而，尤里·加加林并非第一位冒险进入太空的勇者，他甚至不是第一位灵长类太空旅行者。在他升空之前，美国和苏联已经进行了十几年有关太空对非人类物种影响的实验。苏联工程师倾向于用狗做实验，而美国为了展示其自由民主的优越性，选择了猴子作为实验对象。
如果允许非人类物种享有优先权，那人类将不得不与猫、狗、老鼠、乌龟、黑猩猩、果蝇以及各种猴子竞争。这让人联想到诺亚方舟，只是并非每个物种都能有幸抵达彩虹的尽头。
莱卡（Laika）是一只在莫斯科街头流浪的温顺“串串”狗，它有幸成为绕地球轨道飞行的第一只动物。在1957年11月3日火箭升空仅仅6小时后，莱卡便因飞船意外过热而不幸离世。尽管这次旅程缩短了它的生命，但事实上影响并不大，因为它所搭乘的“斯普特尼克2号”（Sputnik 2）并没有配备返回舱。在1960年，苏联的太空小狗贝尔卡（Belka）和斯特雷卡（Strelka）成为首批成功绕地飞行并平安返回地球的狗狗。如今，它们的标本仍然保留在莫斯科航天纪念博物馆（the Cosmonautics Memorial Museum of Moscow）中，生动地展示着它们的辉煌历史。在着陆后，它们似乎并没有因太空飞行而受到太大伤害。然而，并非所有的太空动物都能如此幸运，即使是那些幸存下来的动物也并非毫发无伤。例如来自美国的黑猩猩哈姆（Ham），它在加加林升空前不久登上了太空，并在短时间内承受了15倍地球重力的加速度。在第二天的新闻发布会上，它表现得相当暴躁，对着记者和摄影师们怒吼并露出獠牙。这并不是美国航天员能做出的典型行为，但好消息是，从纯生理学角度来看，哈姆还活得好好的。
事实上，在太空中度过了一个半小时后，加加林同样健康如初。他不仅活了下来，还享用了人类史上的第一顿太空餐：两管肉泥配一管巧克力酱。
加加林完成的这次单圈绕地飞行任务也标志着人类太空医学的开端。但是，就像早年太空竞赛的其他飞行任务一样，它对于我们关于太空移民的研究几乎没有任何帮助。就算你对那些令人着迷的任务有所了解，熟知他们分秒必争的决策、险象环生的经历、辉煌的成就和悲剧故事，但很抱歉，这对于我们的研究帮助甚微。阿姆斯特朗（Armstrong）和奥尔德林（Aldrin）在月球表面漫步了约3小时，而在20世纪70年代前，最长的太空旅行也不过两周时间。这些时间还远远不够解决目前已知太空医学中最为严峻的问题。
长期的太空医学研究始于苏联。在登月竞赛失利后，他们于1971年发射了第一个空间站“礼炮1号”（Salyut-1），从而揭开了空间站时代的序幕。自此之后，空间站的数量非常有限，我们用一页插图就可以将它们完整记录下来。
在此期间，航天员的航行时间普遍变长。1994年至1995年期间，苏联航天员瓦列里·波利亚科夫（Valeri Polyakov）在“和平号”（Mir）空间站创造了连续工作437天的记录。此后，只有极少数航天员在一次太空任务中的飞行时间超过了6个月。尽管如此，我们大部分的太空医学知识还是来自国际空间站的研究。它仍是有史以来建造的最大空间站，其空间约是“礼炮”系列空间站的6倍。它的固定机组由6人组成，而早期的空间站通常只有两到三名航天员执行长期任务。
关于太空还有一个好消息：它不会立刻要了你的命。只要设备运转正常，太空环境本身在短期内似乎并不那么危险。通常威胁航天员生命的并不是太空环境，而是出现故障的飞行器。然而，正如笔者夫妇分别照看孩子时不断提醒对方的那样，在生与死之间还存在着很多中间状态。通过研究这些状态，我们可以更加深入地了解太空移民可能面临的健康问题。
在地球上，周围的空气以约14磅/平方英寸
的恒定压力推向你的皮肤，或者用那些可笑的国际单位制来说，这相当于一个标准大气压。这意味着你每平方厘米的皮肤需要承受一升水的重量。你通常不会察觉到这种压力，就像深海里的小虾不会察觉到周围的液体足以压垮潜水艇一样，你的身体已经适应了地球表面的压力环境。你的身体会自然抵消周围环境对我们的挤压，所以你也很少会经历突然的气压变化。
但让我们来想想汽水。当你买到一瓶密封的健怡可乐时，你知道里面充满了气体，但难以察觉到明显的气泡存在。这是因为瓶内的气压约为地球表面气压的4倍，这使得二氧化碳能安静地在瓶子里待着。当你拧开瓶盖后，里面的液体暴露在了地球相对温和的大气中。所有溶解在汽水里的气体会迅速冒出，形成我们熟悉的泡沫。如果你想避免这种突然的气体冲击，你可以在海底40米深处打开瓶子，海水的压力将会阻止气体逸出，而且海水也无法让健怡可乐的味道变得更糟糕了。
你的身体就像是那瓶汽水一样，只不过你体内悬浮的气体是从大气中吸收的氮气
，如果你此时被传送到零气压
的外太空，你的体液会表现得像刚打开的健怡可乐，只不过此刻不会有泡沫喷涌而出，取而代之的是无数氮气泡泡在你的静脉和动脉里肆意游走，阻碍正常血液、氧气和营养物质的正常流动。潜水员很熟悉这种情况，当他们从深海快速上升至地面时，常常会面临同样的问题。过快地从高压环境切换到低压环境会导致“减压病”，俗称“弯腰病”，因为它常常会影响到关节，导致患者痛苦地弯腰。如果这种情况发生在你的肺部，那就会导致“呼吸困难”。如果发生在你的大脑，则会让人感受到“步履蹒跚”。
如果你突然暴露在太空中，死亡几乎是无法避免的。事实上，历史上在太空中丧生的人都是因为突发的失压事件
。1971年6月30日，航天员乔治·多布罗沃尔斯基（Georgiy Dobrovolkskiy）、维克托·帕萨耶夫（Viktor Patsayev）和弗拉基米尔·沃尔科夫（Vladislav Volkov）从“礼炮1号”空间站返回地球。这三位航天员在太空度过了数周时间，还表演了零重力杂技。这一切都在电视上实况直播，受到了苏联群众的热烈欢迎。虽然在进入返回舱时遇到了短暂的密封问题，但他们最终成功脱离对接，开始了回归之旅。然而，当地面人员抵达并打开太空舱时，发现三位航天员仍安静地坐在座位上，但已经进入了永恒的长眠。所有的急救措施都无济于事——每位航天员都遭受了严重的脑出血。随后的调查发现，当他们脱离空间站时，返回舱上的一个阀门意外开启，导致他们暴露在几近真空的环境中。
减压病不仅在事故中会构成危险，在每次使用压力服时都可能产生这个问题。你可以将太空服想象成一套笨重的衣物，但普通衣物并不需要像太空服那样提供封闭的生存环境。更确切地说，太空服更像是一个碰巧呈人形的皮革气球。就像气球一样，内压越高，弯曲就会越困难。在一个人形气球中，高压意味着弯曲关节比你所想象的还要困难许多。有一种被称为“指甲脱层”（fingernail delamination）的现象已经有详细的记录，但我们不建议你去深入了解它到底是什么。因此，虽然国际空间站内的气压和地球上一样，但美国和俄罗斯的太空服内的压力都只有地球的1/3左右。
那么，为什么航天员穿上太空服之后不会出现弯腰病、呼吸困难或者步履蹒跚的现象，也不至于丧命呢？因为在太空行走前，他们会预先吸入纯氧，排除掉血液中的大部分氮气。一旦氮气被排除，就不会再出现氮气泡的问题。
虽然在电影中，英勇的航天员似乎可以轻松穿上太空服，纵身一跃进入太空进行各种救援，但事实上，按照目前的设计，结果只会导致布拉德·皮特（Brad Pitt，美国电影演员）抓着酸痛的关节蹒跚前行，并且艰难地（虽然依然帅气）走向痛苦的死亡。
一些科技爱好者可能会好奇，为什么不把空间站的气压调整到和太空服一样的低水平呢？简而言之，虽然只要有足够的氧气，人类就可以在低压环境下生存，但工程师们就必须重新设计所有设备，使其能在低压、纯氧环境下运行。
然而，纯氧环境其实极度危险。1967年，在“阿波罗1号”飞行任务的准备阶段，乘员舱内出现了火花，在纯氧环境下引发了大火。爱德华·怀特二世（Edward White II）、罗杰·查菲（Roger Chafee）和加斯·格里森（Gus Grissom）三位航天员不幸遇难。温度和压力的急剧升高，导致他们无法使用向内打开的舱门逃生，同时，剧烈的高温又使得救援人员无法展开营救。
一个类似的，但不为人熟知的故事发生在早些时候的苏联。1961年初，瓦伦丁·邦达连科（Valentin Bondarenko）正在接受航天员的训练，其中一项训练是在一个高氧加压舱中待上10天。训练即将结束之际，他摘下了身上的一个医疗传感器，用酒精棉片擦掉残留在身上的黏胶。他不经意地把棉片扔到一边，正好落在了电热板上，引发了大火。火势迅速蔓延，焚毁了他的太空服。救援人员必须先将舱室中的氧气释放掉，才能接近他，但他很快因休克而去世。这件事发生在加加林成为进入太空的第一人仅仅一个月前。由于苏联对此类悲剧采取沉默的处理策略，因此当“阿波罗15号”任务在月球上留下一块纪念碑——上面刻着在登月竞赛中牺牲的各国航天员的名字时，邦达连科的名字并未被包含其中。直到近25年后，这段尘封的历史才逐渐为人所知。
我们往往会忘记，太空中没有空气。然而如果人类真正进驻太空，空气将成为我们每时每刻都要面临的问题。太空环境既可能带来致命的危险，又是一个持续不断的困扰。随着人类太空探索的步伐不断加快，风险自然随之倍增，因为太空探索意味着物体之间会存在相对高速的移动。例如，物体在轨道上的移动速度高达8千米/秒。而当速度达到3千米/秒时，一旦有物体撞击飞船，所产生的动能大约相当于该物体自身重量的炸药。当然，只要两个物体以相同的速度向同一方向运动，一切就都没问题，但太空的实际情况往往并非如此理想。特别是当某国决定摧毁卫星时，四溅的太空碎片就会构成潜在的风险。至今，中国、美国、俄罗斯和印度都曾采取过这样的行动。
在开放空间建立定居点的问题比在地面上更为复杂。但无论人们选择在何处建立定居点，如果死亡的阴影无处不在，这无疑会给社会与政治带来深远的影响。
在太空定居点，人们可以通过化学或生物手段制造氧气，但无论采取哪种方式，都离不开人类亲手设计和建造的系统。而这样的系统必定属于某个人或某个组织。有学者在探讨太空移民时认为，我们对人工大气环境的依赖可能会带来对生命必需品的独裁控制。为了避免这一问题，天体生物学家查尔斯·科克尔（Charles Cockell）博士提出了一个被称为“自由工程学”的理论，主张制造氧气的系统应该被分散管理，而不是集中控制。虽然我们不知道这种做法是否可行，但太空定居点的政治情况很可能受到其物理条件的影响，这不一定是件好事。
假设你已经找到了应对太空近乎真空的环境所带来的挑战，那么接下来我们需要面对的，是在这片无垠中潜伏的另一个敌人：辐射。虽然在某些特定情况下，辐射可能会迅速致命，但在太空中，人们更担心的是辐射导致的慢性健康问题，尤其是癌症。当我们希望在太空中养育下一代，而不仅仅是让成年专家在轨道上进行短暂的停留时，这种担忧就变得尤为重要了。防御辐射已经成为影响人类设计太空定居点时必须考虑的主要因素，这无疑也会对我们在太空中的生活质量产生巨大影响。然而问题在于，我们目前仍很难预测辐射对人体会产生何种影响。
辐射无处不在
人们有时认为辐射是非自然产生的，只有在接触核废料或者原子弹时才会受到辐射的威胁。然而事实并非如此，你周围的一切物质都会释放辐射——不管是天空、大地还是食物中，都存在着辐射。例如，由于香蕉里含有放射性同位素钾-40，“香蕉等效剂量”（Banana Equivalent Dose, BED）成了衡量辐射量的一种常用指标。但尽管如此，香蕉仍是健康的饮食选择，并且本书作者之一认为它在布丁里尤为美味。此外，有些生活习惯——例如吃巴西坚果、与人同床共枕或者去科罗拉多州的丹佛市（Denver）旅游——都可能稍稍增加你接触的辐射量。当然，也不排除有些胆大妄为的人可能会一次性尝试以上三件事。
与大气压类似，人体也是在地球上的特定辐射环境中进化而来的。我们平时接触到的大部分辐射，人体都能自然处理并消除，因此由辐射引发的癌症或超能力现象都还是挺罕见的。我们身体的死皮层如同一个天然的护盾，而我们体内的生理机制也很擅长修复或消除受到辐射伤害的细胞。
然而，在太空中，一切都会变得更加复杂。除非我们采取充足的屏蔽措施，太空中的辐射剂量要远远高于地球，而且辐射类型也更为复杂。这些辐射主要来自两个地方——太阳，以及遥远的宇宙深处。
太阳想将你置于死地
作为一个等离子体辐射星球，太阳大部分时间都在四处散发炽热的离子。幸运的是，地球的磁层和大气层能为我们挡下大部分这样的辐射。如果你身处太空，虽然太阳辐射不会立即夺去你的性命，但你肯定会希望远离它的影响。然而，太阳有时会突然爆发出“太阳耀斑”（solar flare），这使它的亮度在短时间内急剧上升。
接下来还有更糟糕的情况：有时太阳耀斑会伴随着“太阳粒子风暴”（solar particle event）出现。这种风暴虽然被称作“粒子事件”，但其实更像海啸中的狂潮巨浪。想象一下，太阳上的某个小区域突然喷发出大量的质子，它们就像死神的手电光一般，集中向某个地方射去。
但我们也有一些好消息。正如科幻小说大师道格拉斯·亚当斯（Douglas Adams）所言，“太空实在是太广阔了”。这样随意发射的致命光束大概率不会击中渺小的人类飞船。然而，如果你不幸正好位于这致命光束的路径上，那么接下来你将会面临急性放射病的侵袭。它的症状包括呕吐、皮肤灼伤、心脏问题、肺部损伤、免疫系统受损等等。如果你接受的辐射剂量过高，最终可能会遭受难以忍受的痛苦死亡。
你可能会好奇，如果身处的太空飞船发生了这种情况，我们应该怎么办。在近期重返月球的计划中，美国国家航空航天局科学家凯里·李（Kerry Lee）博士提出了一个解决方案：“……尽量使用一切的手头资源。”换句话说，就是将飞船或空间站内所有物品进行重新配置，因为这些物品现在成了你的防辐射盾牌。那为什么不直接使用专门的防辐射材料呢？因为那需要大量的物质，并且将其运送到月球的成本也很高，而且使用后可能就会被遗弃在月球上。未来的太空定居点必须有更好的办法应对这个问题。而目前最有可能的策略，正如我们稍后将要探讨的那样，可能是选择在地下生活。
实际上，整个宇宙都想将你置于死地
有时，恒星会发生爆炸。虽然这种情况并不常见，但发生的频率足以让太空中充满爆炸的残骸。尽管这些残骸密度相对较低，但高速的带电粒子却遍布其中。这些粒子大部分都是低质量的单个质子或氦原子，但也有一小部分是重型的高速带电粒子。
这些粒子非常危险。在一项实验中，科学家们向凝胶物质发射了高能的铁原子核，以模拟太空对人体的潜在伤害。单个铁原子核——仅仅是一个原子——就能在凝胶中打出一条与人类头发粗细相当的通道。
暴露在这种“银河宇宙辐射”（galactic cosmic radiation）中是太空生活的常态。有时候，航天员会报告只有他们自己才能看到的“光线闪烁”，这可能就是因为他们的眼睛被这些来自遥远星球的粒子击中了。根据目前的估计，一旦离开了地球保护层和磁层，你体内的每个细胞核每隔几天就会被一颗质子击中，每隔几个月就会被较大的带电粒子撞击一次。
辐射将会袭击你的设备
同样，辐射也会干扰我们的技术。1859年，地球经历了一次太阳耀斑的冲击，这次事件以英国的天文学家理查德·卡灵顿（Richard Carrington）的名字命名，被称为“卡灵顿事件”（Carrington Event）。在那年的8月28日，美国各地都有关于这次事件的记录。例如，在下午6：30左右，波士顿某个办公室里的电报系统突然停止工作。在匹兹堡，电力系统中涌入的剧烈电流迫使工人们紧急切断电源。在操作途中，“火光”和火花四溅。那晚，从加利福尼亚到英国，从希腊到澳大利亚，人们都目睹了天空中如同北极光般的壮丽景象，有人形容它就像“……燃烧的熔铁炉，被五彩斑斓的柱子撑起……”这次的电磁干扰持续了整整一天，正如一位作者所述，“地球的大气层里仍充盈着电能和磁能”。如果这种情况发生在宇宙飞船上，后果可能会更加严重。幸运的是，自那以后，我们再也没有经历过这样的事件。但在2012年，一次相似的太阳辐射事件与地球擦身而过。天文学家菲尔·普莱特（Phil Plait）博士告诉我们，“这次的幸免距离，并不足以让人感到真正放心”。
在国际空间站上，辐射问题偶尔也会引起一些麻烦。美国航天员特里·弗茨（Terry Virts）在记录国际空间站的生活回忆录《如何成为航天员》（ How to Astronaut ）中分享了一个真实的故事：在2014年的一次任务中，弗茨突然听到一阵刺耳的警报声。机组成员急忙跑去检查情况，发现是代表大气层（atmosphere）的ATM警报灯亮了。弗茨最初认为只是个小问题，或者虚惊一场，但意大利航天员萨曼莎·克里斯托弗雷蒂（Samantha Cristoforetti）迅速意识到了问题的严重性，并大声喊道：“不，是氨气泄漏！”
在空间站里，你绝对不希望遇到氨气。虽然氨气对冷却系统有益，但对人类来说却是致命的，而且难以清除。如果泄漏的氨气过多，整个空间站都可能变得无法居住。最糟糕的情况是，过多的氨气可能导致舱室内压力过大，甚至引发舱体超压破裂。
当发生这种事时，他们应该遵循的操作步骤如下：
1.立即戴上氧气面罩。
2.飘到俄罗斯舱段，并关闭第一道舱门。
3.脱掉所有衣物。
4.关闭第二道门，封锁美国舱段。
你可能对其中一个步骤感到有些奇怪。但这背后其实有一个简单的原因：俄罗斯的冷却系统使用的是乙二醇，而不是氨。所以，如果出现氨气泄漏，那一定是在美国舱段。
对了，还有第三步。氨气会污染衣物，所以为了安全起见，你应该把衣服留在氨气区，并祈祷俄罗斯那边有多余的内衣。当氨气警报响起后，航天员们决定不用严格按照步骤来处理。他们没有闻到氨气的味道，所以猜测这可能是一场虚惊。又或者，也许他们觉得在失重环境下突然看到同事的裸体，可能比死亡更糟糕。
当氨气警报第二次响起时，大家已经默认了跳过第三步。这也给了那些期望规划、控制人类行为，或者基于人类理性逻辑预测人们在太空中行为的规划者提供了一个深刻的教训。
那么，这和辐射有什么关系呢？虽然无法百分之百地确定，但大家猜测误报的原因可能是设备受到了辐射的冲击。
辐射在更遥远的太空也造成了一系列问题。在2003年，当火星奥德赛探测器正在环绕火星运行时，太阳突然释放了巨大的辐射冲击波，导致探测器与地球的联系中断，进而触发了安全模式。其中一个用于探测辐射的传感器因为辐射遭到了永久性的破坏。有科学家形容，它被数据给“噎住了”。试想一下，你正身处绕火星运行的飞船上，突然与地球失去了联系，接着得知你的辐射检测器由于辐射超标而停止工作，那是一种什么感受呢？
你的防护罩也想置你于死地
这真的是一个非常有趣的现象——即便你为飞船装备了厚重的防辐射屏障，但你依然可能受到“散裂反应”（spallation）的影响。虽然前文提及的斯坡姆和散裂反应在词源上没有关系，但“spallation”这个词其实源自一个古老的概念，它的意思是断裂掉的“小碎片”。当高速的重离子撞击上防护层并减速时，它们会产生一系列的次级粒子和对生物有害的粒子，这种现象有时也被称为“核簇射”（nuclear shower）。
“散裂反应”尤其能说明，一旦涉及细节，太空设计的复杂性会大大超出我们的想象。比如说，如果你使用了特别厚重的铝制防辐射罩，那么你最终受到的辐射可能比没有任何屏障的情况还要多。
关于核辐射问题的最终答案
所以，太空辐射是个大问题，对吧？
嗯……没错。至少我们是这么认为的。
事实证明，对太空辐射进行科学研究真的很难。我们目前手头上的最佳数据主要来自实验室的动物研究，以及那些在工作中接触到放射性物质的人，还有一些重大事件，如切尔诺贝利事故或美国对日本广岛和长崎投放原子弹。但这些数据对于评估太空辐射还不够准确。例如，受原子弹影响的人通常是在瞬间受到了大量的中子辐射，而太空中，人们面临的则是长时间的带电粒子辐射。此外，对实验动物的研究结果也不完美，因为它们与人类生理不完全相同，而且在实验室中，模拟太空辐射的条件也是极其困难的。
但你可能会反问，我们已经有了50年的空间站经验，难道没有从中学到什么吗？确实，我们学到了一些，但所有的空间站都在地球磁层的保护下运行，这意味着航天员接受的太空辐射约为深空中的1/3或1/2。
因此，如果想真正了解磁层之外的辐射对人体的影响，唯一资料只有那些前往月球的阿波罗任务。其中，持续时间最长的是阿波罗17号任务，但也仅仅持续了大约12天半的时间。
通常，前往火星的旅程大约需要6个月。令人欣慰的是，尽管阿波罗任务的航天员受到了大量的辐射，但他们似乎没有表现出更高的癌症发病率。这无疑是一个好消息，但问题在于我们只有24名航天员的数据。而且，这24人并不普通——他们都是精英中的精英，其中大多数都是试飞员。他们都经历了严格到近乎虐待的体检，其中包括一项常人极其难以忍受的检查，他们称之为“钢鳗”。如果这群人的癌症率低于预期，也许是因为他们相较于大多数人更为健康强壮。
另一种更令人担忧的解释是，辐射与癌症之间确实存在某种联系，但我们还没有完全了解其中的关联。这一点在太空研究领域中尤为突出。如果你想看看科学界毫无帮助的那些论文，你可以读一读2018年钱塞勒（Chancellor）等人作出的结论：“……我们并没有明确证据表明太空辐射会导致人类罹患癌症，但有理由相信，确实有这种可能性。”
尽管科学研究尚未给出定论，但太空机构还是需要制定相关的政策来应对辐射风险。根据国家辐射委员会（National Radiation Council）的模型，美国国家航空航天局制定了航天员辐射剂量的相关规定——每位航天员“由于暴露导致死亡”
的风险不得超过3%。然而，这一看似合理的标准也带来了一些奇特的后果。事实上，死亡的概率并不平等。一些原子弹幸存者的研究数据显示，卵巢和乳腺组织对辐射的敏感度较高。因此，一些太空探索的支持者甚至呼吁禁止女性参与长期火星任务。这无疑对于未来太空移民的人口增长计划造成了挑战。但也许这并不是问题的关键。至今，在太空停留时间最长的是航天员根纳季·帕达尔卡（Gennady Padalka），他总共在太空度过了约29个月，而典型的火星任务则需要连续进行30个月。
这已经违反了美国国家航空航天局对航天员所设置的年龄和性别的限制标准。所以这不只是阻止女性进入太空，而是根本不让人类进入太空。对于那些已经快达到或者达到辐射限制的资深航天员来说，他们的太空之路也将变得遥不可及。那有什么解决方法吗？美国国家科学院在最近的一篇研究中提出了一个简单的建议：如果我们确实希望让经验丰富的航天员执行前往火星的任务，那么我们可以动用地球上最有力的保护手段——让他们签订一份豁免责任的协议。
虽然航天员还在地球引力的牵引范围内，但由于他们沿着环形轨道移动，就好像一直处在向地球“自由落体”的状态，如同坐在一辆不停运转的过山车上。在这种状态下，航天员飘浮在空中，就好像完全不受任何强大的引力影响。像过山车一样，这种下坠感最初常常会让航天员感到恶心，但通常几天后这种不适就会消退。一旦适应了，太空中的微重力体验便成了航天员在太空之旅中最特别且愉快的体验之一。
然而，微重力对人体并不友好。在这种环境下，人体会经历一系列可预测的生理变化。有些变化是短暂的，但有些可能是长期甚至永久的。有些问题可能还没有被发现，因为人类在太空中的停留时间还很短。
如果这本书只是关于在太空中待上一年的旅游计划，那我们可以给出很好的建议。但你的目标是在太空长期定居下来。我们面临的一个主要挑战是，目前的数据大多都是基于微重力环境下的研究。然而，真正的太空移民可能并不在微重力环境下进行。大部分的太空移民计划都集中在月球，它的重力是地球的1/6，或者火星，它的重力是地球的2/5。还有人提议建设可以模拟地球重力的旋转太空站。
关于部分地球重力下生活的医学数据非常有限。我们最详尽的数据来自12名航天员，他们在月球上才待了不到一个月。如果在这样的重力环境下存在有害影响，那么它们可能需要更长时间才会显现出来。
这意味着我们的了解可能存在很多不准确的地方。也许月球的微重力与地球重力足够接近，减少了微重力会带来的最严重的问题。又或者，月球带来的影响与在微重力环境中的影响类似，只是需要更长的时间才能显现出来。还有可能会出现一些我们之前未曾预见的问题。
为了更好地了解太空环境，我们能做的最好的事情就是告诉你迄今为止的情况是怎样的。但请注意，我们目前可以提供的结论是有限的，要获得更详细和准确的数据，我们可能需要等待未来的大型旋转太空船实验或首个月球基地的建设。
你即将变得悲惨的体质——微重力下的人体
从骨骼的角度来看，在地球上行走其实就是反复受到重力的拉扯和冲击的过程。我们的身体已经适应了这种环境，但它也是个小气鬼。骨骼和肌肉都是“用进废退”的组织，但当我们飘浮在微重力环境中时，它们往往变得没那么必要。
在太空中，双腿可以提供离开墙壁的推力，同时也能帮助我们将身体固定在各处的尼龙搭扣上。但是，大多数的活动都是通过上半身完成的，这会导致身体的其他部位逐渐萎缩。如果在太空中执行为期4个月的任务，航天员的脊柱质量每个月都会减少1%。
顺带一提，在零重力状态下，你的脊椎不仅会退化，还会拉长。因此，航天员在太空或返回地面后，经常会感到腰背部疼痛。迈克·穆兰（Mike Mullane）在回忆起其1984年的一次飞行任务时描述，包括他在内的5名男性航天员都受到了背痛的困扰，而唯一的女性航天员——朱迪·雷斯尼克（Judy Resnik）博士——却安然无恙。穆兰回忆，她当时调侃说，“真是难以置信！我和5个男人同吃同睡，结果他们全都得了背痛”。
在太空中，不仅骨骼会受到影响，肌肉也会经历类似的过程。一项针对国际空间站航天员的研究显示，经过6个月在国际空间站的驻留，航天员的小腿肌肉萎缩了13%。虽然这听起来不那么严重，但你得知道，在这半年中，航天员还坚持着每日多小时的锻炼。尽管大部分航天员在返回地球后一两个月内就会恢复正常，但在某些情况下，他们需要长达半年到3年的时间才能完全恢复到原先的状态。
因此，在太空中待上一段时间后，你可能会面临骨质疏松、肌肉无力和背部酸痛的问题。另外，骨钙流失还可能导致便秘和肾结石。这就像你刚刚离开了地球的摇篮，便进入了太空的养老院。
经过半个多世纪在太空站的研究和探索，如今这个问题的最佳解决方案可能是人们最不喜欢听的两个词——均衡饮食和规律锻炼。服用维生素D和针对骨质疏松的药物似乎能在一定程度上缓解骨质流失，但与此同时，航天员还需要坚持每周6天、每天2.5小时的锻炼，以减缓肌肉和骨骼的退化——尽管太空锻炼也是导致他们受伤的主要原因之一。
对于那些拥有微低地球重力的太空定居点来说，居民们可以通过穿着厚重的衣物来模拟地球上的重力环境。但是，目前我们还不清楚长时间在零重力或微低重力环境中生活会带来什么长远的影响，特别是在太空中成长的孩子，我们对此尚无任何了解。
它就在你的脑海中——可怕而迷人的流体转移
我们常常将人体的循环系统比作一个带管道的泵。心脏不断地跳动，将血液输送到有需要的地方。虽然这种比喻在一定程度上是准确的，但实际上人体的循环系统要比这更为复杂。心脏上方的血液只需顺流而下就能回到心脏。而来自脚部的血液则需要强大的力量推动才能向上流动。但是，如果你正在倒立，情况就完全相反了。令人难以置信的是，无论你是躺着、侧身还是头朝下，你的循环系统都能正常运转，而这在房屋的管道系统里是难以实现的。
然而，当你在零重力状态下待上一段时间，情况就会变得有点奇怪。你的双腿好像仍然在与已经适应的地球重力做斗争。体液会向上移动，导致腿部的体液减少。这种现象被一篇论文称作“肿脸-鸟腿”（PuffyFace-Bird Leg）综合征。此外，由于身体对各种液体上浮“感到困惑”，你会更频繁地前往洗手间。
这样的现象真的很糟糕吗？看你问谁了。在超前的著作《太空性爱》（ Sex in Space ）的采访中，资深航天员苏珊·赫尔姆斯（Susan Helms）提到，你的体重会下降、皱纹会减少，同时你的腿会变瘦，身高还会增加。虽然并非每个人都喜欢看到那些太空旅行的亿万富翁变得更加性感迷人，但“好消息”是，他们的身体将会忘记如何在重力下管理血液的流动，这可能导致他们在登陆火星时感到头晕，甚至昏厥。
目前，我们的最佳建议并没有什么技术含量：在回到地球之前，多喝些含盐的饮料，比如清汤或运动饮料。在恢复正常重力前，多补充一些电解质和液体，这有助于恢复身体的正常水分平衡和血压。
你的眼睛进入太空后……可能会遭受永久性的伤害
微重力环境还有可能破坏你的视力。虽然具体原因尚不明确，但目前最可信的推测是，由于体液向上流动，头部压力增加，从而改变了眼球的形状和血管结构。
在太空中停留的时间越长，视力受影响的程度也越严重。根据一项涉及300名航天员的调查，23%参加过任务的航天员在返回地球后表示，他们很难看清近处的物体。鉴于航空任务的时长通常只有两周或更短，这一比例显得相当令人担忧。而在国际空间站上停留时间更长的航天员中，这一比例更是高达50%。超过40岁的航天员尤为容易出现这个问题，所以他们通常会提前配备远视眼镜，以备不时之需。这种眼镜被称为太空预视眼镜，英文缩写为“SAG”（space anticipation glasses）
。真的要感谢美国国家航空航天局的缩写小组，给这种眼镜取了个如此有“创意”的名字。所有40岁以上的航天员，向你们致敬。
我们对眼球受微重力影响的问题有了一定的了解，但也许眼睛只是最容易被察觉的受损部位，大脑可能也正在受到某种难以察觉的影响。虽然我们并不打算在这个问题上花费太多篇幅，因为当前的数据还不足以得出确切结论，但我们不能排除太空环境会对人的思维产生影响。坦白说，考虑到空间中的辐射和体液流动的变化，太空旅行导致的大脑损伤并非不可能发生。如果这是一个随着时间推移会逐渐恶化的潜在问题，那它对于任何的太空移民计划都会构成不小的挑战。
至于我们讨论过的所有与微重力相关的问题，在长时间的太空停留后，它们可能都会变得更加严重。想象一下，如果你在火星的低重力环境中生活了10年，你还能适应回到地球的重力环境吗？我们现在还不能确定。尤其是，如果你从出生就开始在火星上生活，那我们真的不知道答案。
虽然我们还没找到完美的解决方案，但目前有一个经过多年测试的设备，能够对人类的下半身施加减压，从而促使体液流向腿部。美国航天员斯科特·凯利称这种设备为“吸力裤”（pants that suck）。不过，这种装置可能存在一定风险。据他描述，一名俄罗斯航天员在使用这种裤子时因心率下降而晕倒。由于压力设置错误，凯利本人也险些失去意识。
在地球上，为了研究眼球的问题，研究人员会让参与者连续躺下好几天，这种状态能模拟出与太空中眼部相似的变化。这种方法使得新设备得以进行测试，而最新的尝试已经不再局限于那些原始的吸力裤了。有一项地面实验测试了吸力睡袋，结果显示它确实有效。至于在太空定居点是否需要使用吸力裤或吸力睡袋，那将是未来的冒险家们需要解决的问题。
当你在思考太空移民时，你可能不会首先考虑体液转移之类的问题。然而，随着时间的推移，这些问题可能会成为最重要的考虑因素。在低微重力环境中生活也许不会带来同等程度的伤害，但如果真的发生了，太空定居点必须提前考虑为大部分居民的严重视力问题做好准备。如果还有更加严重的问题，例如对认知能力的影响，我们只能希望那些吸力裤的设计能与时俱进，适应未来的需求。
我们在进行医疗选择时，最常用的策略之一，就是淘汰那些患有轻微疾病的候选人。但这种筛选方法对于预防意外伤害却无能为力，因为我们无法预测“在某个实验中意外受伤”的概率。
在地球上，常见的外伤包括气道阻塞、骨折，以及一些在不该出血的部位出现的流血现象。创伤外科医生的首要任务是确保患者能正常呼吸，并控制出血——最好能在事故现场迅速处理，并在几分钟内能够完成。但即便在与地球距离仅几百英里
的国际空间站，撤离也需要6～24小时。
这确实让人感到担忧。在经历了漫长的太空旅行后，太空旅行者不仅身体会出现前文提到的各种不适，还会因为重力改变而出现短暂的反应，比如恶心、头晕和变得笨手笨脚等
。之后，他们将进入一个陌生的环境，还得马上开始工作。这种情况下，事故几乎是无可避免的。
除非有一个配备了先进的空气过滤系统的专用病房，否则太空定居点的外科医生很难拥有一个理想的手术环境。在微重力环境下，食物、微生物和人的排泄物可能随处飘浮，这无疑给手术带来了更大的挑战。因此，医生必须针对他们所处的特定重力环境接受专门的培训。例如，有研究指出，血液在太空中会“……聚集形成圆球形，在被外科手术器械干扰时会分裂成小滴”。因此，太空创伤外科医生可能需要接受特殊的影像训练，以便为不同的重力环境做好充分准备。
虽然太空中至今还没有专门的医疗中心，但在太空定居点，这些设施肯定是必备的。目前，人们提出了一些新的设计方案，包括为空间站特制的“创伤舱”（traumapods）或者“外科工作站”（surgical workstation）——这是一种围绕在病人周围的可充气帐篷，既可以保护病人不受外界的影响，同时也防止手术区域对外部环境造成污染。
另一个建议是采用“微创手术”（minimally invasive surgery）。医生只需要一个很小的无菌切口，然后在体内完成所有手术操作，这实际上就是把人体内部变成了一个手术工作台。这种方法听起来很先进，而且在地球上已经展现出显著成效，但它能解决的医疗问题仍然有限。尤其在微重力环境下，医生可能会面临一些在地球上从未遇到过的问题。比如有篇研究报告提到，“在手术过程中，肠子会在手术区飘来飘去”。而另一篇报告指出，“器官可能会不受控制地从手术切口处突出”。
你可能会好奇，至少在手术过程中会给使用麻药吧？确实会，但我们不能使用吸入式麻醉剂，因为一旦发生泄漏，整个密闭空间里都会充满笑气。还有一种选择是脊髓麻醉，但因为体液都向上流动，麻醉剂可能不会到达你想要的位置。因此，最理想的方法可能就是在手术部位直接注射麻醉药。但值得注意的是，它可能并不像我们预期的那样有效。研究表明，在失重的环境中，人体吸收营养和药物的速度会发生变化。考虑到体内的液体都会流动不定，胃里的食物也都处于漂浮状态，这种情况下药物效果会有变化也不足为奇。这也意味着，对于每一种不同的重力环境，我们都需要重新验证药物的使用和效果——特别是麻醉剂这样需要慎重对待的药物。
你可能会好奇，我们是如何知道这么多关于零重力创伤手术的知识的。在太空中已经进行了多次紧急创伤手术了呢？答案是一次也没有——至少对人类来说是这样。不过，我们的确在两次太空任务中在啮齿动物身上进行了外科手术的实验。其中一次实验成功验证了局部麻醉的可行性。但这并不能解释我们为什么知道很多奇怪的细节。例如，在失重状态下，我们仍然可以进行缝合，甚至在飘浮状态下也能进行颅骨钻孔。血液会形成小圆球，而内脏会四处飘浮。
对于那些好奇的读者，我们推荐他们查阅那些包含着“猪”和“抛物线”字样的科学文献。比如有一个标题叫《微重力下的心脏复苏：抛物线飞行对猪的效力》（“Cardiopulmonary resuscitation in microgravity：efficacy in the swine during parabolic flight”）的论文。为了模拟失重的环境，科学家们常常使用抛物线飞行的方法。简单地说，让飞机沿特定轨迹进行抛物线
飞行，我们便能获得大约30秒的自由落体时间。
如果你反复进行这样的实验，你甚至可以在一天内积累1小时的模拟失重经验。而如果你还带上了一只死猪和一群非常敬业的医生，你或许还能学到一些关于太空医疗手术的知识。
然而遗憾的是，我们无法在此深入探讨，因为这本书的重点不是那些勇敢的医生和科研者。他们为了科学，反复承受着像过山车一样的飞行体验，就为了在一个过去“呼哧呼哧”的小猪身上进行高精度手术。或许他们的事迹不会被诗人所歌颂铭记，但也许这也未必是他们所追求的。因此，如果你曾好奇地问过：“我们能否掌握在太空中进行开颅手术的方法？”答案是肯定的。当猪能飞起来的时候，我们也能学会这种手术技巧。
对于太空定居点的外科医生来说，好消息是低微重力可能会起到关键作用。如果有人在月球上流血，血液会缓慢下落，但它最终还是会沿着地面流向排水口。但坏消息是，医生们不得不在一个陌生的环境中，在狭小的空间、有限的物资支持下进行手术，同时也无法将患者迅速转移至外伤病房。因此，面对意外伤害，我们必须做好万全的准备。即便是阿波罗计划中的那些英勇的太空英雄，他们在月球上行走和安装实验工具时也经常摔倒。考虑到太空定居点将是一个持续建设的地方，雇用的工人们也都是在完全不同的环境下成长的，因此无论如何，具备应对意外伤害的创伤医学技能都是必不可少的，哪怕这意味着需要大量的物资投入。
至今为止，我们还未在太空中进行手术，部分原因在于，通常不会让可能面临医疗问题的候选人成为航天员。但随着太空逐渐走向商业化，这一情况正在逐渐改变。随着太空旅游的兴起，进行太空旅行的标准不再是过去的个人能力、严格的健康和训练要求，而变成是否拥有足够的财力，以及是否愿意接受相关的风险。这就意味着，未来的太空医学将更多地转向处理已经存在的健康问题，而不仅仅是选择身体最为健康的探险者。这无疑是一个更具挑战性的问题，但如果我们真的想在其他星球建立城市，那解决它就变得尤为重要。
现在，请花一点时间来感受一下我们究竟有多无知。迄今为止，人类最长的太空飞行时长只持续了1.3年，而很少能有航天员的累计工作时长可以达到这个数字。对于地球磁层之外的放射性辐射会对人类产生怎样的长期影响，我们还不得而知。而在微低重力环境下的生存情况，我们同样知之甚少。我们手头也没有关于慢性病患者在太空中生活状况的数据。
虽然存在这些问题，但我们认为它们并不会阻止太空移民的计划。如果我们有无尽的资金和高端的技术，建立一个带有厚厚保护罩的巨大旋转式空间站似乎能够解决几乎所有问题。我们稍后会深入探讨这是否是个好主意，但现在需要明确的是，上述问题可能并不是无法解决的障碍。这些问题并不能直接决定我们是否能够进入太空，它们只是在我们的太空探险路上设置了一些障碍。而随着科技的发展，这些障碍也将变得更加容易应对。
那么，这对于我们的勇敢探险者阿斯特丽德来说意味着什么？她需要一套宇航服、一条吸力裤和一副太空预视眼镜。
令人欣慰的是，目前她只是在身体上感到有点不适。但随着我们深入一个更为私密的话题，她的感受将会有所改变。
[1] 沃利·希拉（Wally Schirra），作为美国前三次载人航天飞行计划——“水星”“双子座”和“阿波罗”中唯一参与全部飞行的航天员，在其自传中表示，他认为对太空的恐惧是不必要的。他回忆道，在其空军生涯中，曾经目睹一位基地指挥官一边品味马提尼，一边倒立——或者用他的话说，所谓的“负一重力”状态。[摘自沃利·希拉与R.比灵斯（R.Billings）1988年合著的《希拉的太空》（ Schirra’s Space ），由昆兰出版社出版，第23页。]