人從未比在太空行走時顯得更爲渺小，或更爲偉大

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天上的實驗室

大多數時間裏，國際空間站上都在同時進行着數十項實驗。國際空間站項目研究辦公室確認，2019年10月1日到2020年10月1日之間，有300多公開發表的科學成果來自國際空間站上的研究。“2020年我們從國際空間站學到了什麼？”NASA近日對產生於空間站的最新開創新科學成果進行了盤點。

小規模藥物輸送

2015年，由三名意大利科學家領導的一個團隊向國際空間站進行了一項實驗，該實驗由意大利的歐空局宇航員薩曼莎·克里斯托福雷蒂（Samantha Cristoforetti）進行。5年後，這個由女性全權領導的團隊已將結果發表在研究期刊《Scientific Reports》（科學報告）上。這是薩曼莎在國際空間站的庫比克（Kubic）設施中處理納米粒子樣品。

庫比克是一個40釐米的立方體，國際空間站內部的小型生命科學實驗實驗室，不需要機組人員的過多參與。地面研究團隊可利用現有的或定製的“實驗單元”來進行實驗設計，每個單元的大小類似一包紙巾。航天員只需將實驗單元插入庫比克，實驗單元就會通過內部電氣連接自動激活，並自動運行程序，直到最終航天員將其取出，送回地球后地面研究團隊進行數據分析。庫比克可以控制溫度，模擬不同的重力水平來開展生物、藥物等樣品實驗。

意大利航天局的納米顆粒和骨質疏鬆症（NATO）項目研究了一種類似於骨骼和牙齒中的礦物質的納米顆粒類型，可以幫助抵消骨密度的減少。結果表明，新的藥物輸送系統有利於促進幹細胞成爲成骨細胞（負責骨骼形成的細胞）。科學家們可以利用這項研究來開發治療方法，以對抗長時間太空飛行中的骨骼退化，甚至可以治療地球上的骨質疏鬆症。

診斷長期存在的航天飛行問題

進入太空的人類首次返回地球后，研究人員就確定宇航員患上了太空貧血症。貧血是由於缺乏足夠的紅細胞將所需的氧氣攜帶到全身所致。加拿大航天局MARROW（骨髓）項目研究了超過50年的宇航員數據，發現當與重力變化有關的流體反向移動後，着陸後就會發生太空貧血。該研究表明，在觀察到的時間內，宇航員紅細胞的損失與在太空任務時間成正比，而從太空貧血症中恢復所需的時間爲一到三個月，恢復速度取決於任務的持續時間。還需要進行更多的研究，以確定在持續時間較長的任務中是否還存在這一趨勢。

這是NASA宇航員安妮·麥克萊恩（Anne McClain）在穹頂艙（cupola），手持用於骨髓實驗的生物醫學裝備。該研究測量了微重力作用前後骨髓中脂肪的變化。

穹頂艙是國際空間站上航天員能夠直接觀察機械臂操作、停泊的航天器以及遠眺地球的窗戶。

MARROW研究的另一篇研究報告介紹了在極端環境下測量人類紅細胞破壞標記物的方法。體內產生的一氧化碳的消除是紅細胞破壞的可靠標誌，其測量精度可達到十億分之一。

力反饋有所作爲

在視頻遊戲中，操縱桿上的力反饋可以感覺遊戲動作更真實。它能使宇航員對另一個行星體上的漫遊者的運動控制更協調嗎？俄羅斯聯邦航天局的研究項目Kontur使用國際空間站站作爲軌道飛行器，並將遙控機器人放置在地球上，研究爲操縱桿配備的力反饋，在微重力條件下是否與在地球上同樣有用。

這是俄羅斯聯邦航天局（Roscosmos）宇航員Oleg Novitsky執行Zvezda服務模塊內的Kontur-2實驗。

這項研究要求宇航員執行兩項任務：第一項爲快速使機器人瞄準定向，另一項爲使機器人沿彎曲結構移動時與地面的接觸最少。研究結果表明，六週後微重力對運動控制有影響。科學家們強調，力反饋對於太空遠程操作任務是必不可少的。研究人員建議，在不同的任務階段，使用更大的樣本和更廣泛的任務種類，繼續開展對太空遠程操作的研究。

研究帕金森氏症和阿爾茨海默氏病

澱粉樣β原纖維是神經退行性疾病涉及到的蛋白質聚集體。在日本宇航局的澱粉樣蛋白研究中，研究人員比較了微重力和地球條件下原纖維的生長，以開發針對帕金森氏症和阿爾茨海默氏症等疾病的新療法。這是JAXA宇航員Norishige Kanai取出澱粉樣蛋白研究的樣品：

四個澱粉樣β溶液樣品在國際空間站在軌實驗的同時，研究人員在地球上採用其他樣品進行實驗。

2020年發表的研究結果顯示，微重力環境下生長的兩種原纖維形態比地面對照樣品更扭曲且螺距更高。這可以幫助我們更深入地瞭解神經退行性疾病的扭曲的形成。微重力原纖維的生長速度也比地球上的原纖維慢得多，這表明空間站是進行詳細研究以檢查澱粉樣蛋白形成機理的理想環境。這些發現有望對抑制澱粉樣蛋白原纖維形成以預防或治療神經退行性疾病的新藥物的開發提供幫助。

測試抑制肌肉損失的技術

“齧齒動物研究3”實驗，是由製藥公司禮來公司（Eli Lilly and Co.）和國際空間站美國國家實驗室共同的贊助。在其最新研究報告中，研究人員描述了他們的研究過程，即通過輸入抗體——肌生長抑制素，其抑制作用是否可以防止太空環境中骨骼肌質量的損失。

這是“齧齒動物研究硬件系統”包括的三個模塊：（左）棲息單元，（中心）運輸單元和（右）動物通道單元。齧齒動物研究設施爲空間站上的齧齒動物提供住所。

在發射到空間站的前一天和在太空中的第2和第4周，實驗對小鼠進行了抗體治療，並在不同的時間點測量小鼠的握力和身體成分。之後在太空中將老鼠冷凍，再返回到地球上進行研究。

研究結果表明，用肌生長抑制素治療幾乎可以避免因微重力引起的體重、抓地力和肌肉重量的幾乎所有損失，也可以防止心臟重量減輕。這項研究表明，肌生長抑制素是一種有效的對策，可防止惡劣的太空環境導致的肌肉損失。然而，儘管肌生長抑制素對骨礦物質密度沒有不利影響，但並不能防止骨丟失。

揭開閃電的奧祕

地球的高層大氣中，閃電會產生短暫的伽馬射線爆發，這是地球上自然產生的能量最高的現象。研究人員在國際空間站對地球高能伽瑪射線閃電（TGF）進行了測量。歐空局（ESA）的“大氣－空間相互作用監測器”（ASIM）項目研究了高空放電，包括瞬態發光事件（TLE）和地球高能伽瑪射線閃電（TGF）。

在一項新發表的研究中，研究人員使用ASIM獲得的數據來展示TLE和TGF的相關信息。研究人員利用該實驗的高速儀器明確了產生TGF的過程。此類研究能幫助科學家更深入地瞭解雷暴是如何影響地球大氣的。

小衛星發現的系外行星

NASA的ASTERIA衛星是2017年從國際空間站部署的立方星，旨在測試用於天體物理學觀測和複雜測量的新技術。該測試包括通過識別恆星亮度隨時間的變化來檢測太陽系外的行星。它是首次探測系外行星凌日的小衛星。

研究人員使用ASTERIA收集了被稱爲55 Cancri的系外行星系統的觀測數據。分析顯示，系外行星55 Cancri e是已知的圍繞太陽狀恆星運行的“超級地球”。凌日觀測的數據結果表明，可以在ASTERIA數據中看到凌日信號，但信號強度太弱，不足以證明在事先不知道行星軌道和凌日的情況下可以獨立檢測。然而，ASTERIA證明了，廉價航天器也可以產生突破性的科學成果。

保持超冷的溫度

25年前，地球上的科學家首次生成了物質的第五種狀態，其性質不同於固體、液體、氣體和等離子體。這項成就使科學家贏得了諾貝爾獎，並改變了以此爲基礎的物理學領域。2018年，NASA的冷原子實驗室成爲了第一個在地球軌道上生成物質第五態的設施，稱爲玻色-愛因斯坦凝聚物（BEC）。

這是NASA宇航員克里斯蒂娜·科赫（Christina Koch）在冷原子實驗室（CAL）工作，更換、清潔量子研究設備內部的硬件。冷卻原子是產生BEC的唯一方法，冷原子實驗室將原子降低到超冷的溫度，以地球上不可能的方式研究其性質。

在今年《自然》雜誌上發表的一項研究中，研究團隊介紹了建立和運行這個獨特實驗室的細節，以及他們利用微重力闡明量子世界新特徵的長期目標及取得的進展。BEC是科學家們研究量子物理學的寶貴工具。BEC均能表現出通常僅由單個原子才能顯示的特性，這使得研究者可以在更大的範圍內觀測到微觀特性。

空間站上的微生物指紋

細菌和真菌存活於我們的家中、辦公室、工業區、戶外，甚至國際空間站中。人類離不開這些微小的生物，其中許多是有益的，而且當宇航員到達國際空間站時，他們會隨身攜帶一些微生物“旅行者”。

NASA“微生物追蹤2”研究發佈的結果表明，生活在空間站內表面上的微生物與宇航員皮膚上的微生物極爲相似，科學家可以通過觀察空間站中存活的微生物來判斷每位新機組人員到達和離開的時間。這是NASA宇航員傑克·菲舍爾（Jack Fischer）從國際空間站的天花板上收集了一個環境樣本，用於“微生物追蹤2”研究。

調查結果顯示，關注空間站中最小的“居民”對於保護航天員的健康和他們居住的空間站而言非常重要。其研究結果對於地球上相對封閉的環境也具有借鑑意義，例如醫院。瞭解醫院微生物的存在非常關鍵。

期待着2022年的今天，

我們能盤點中國空間站的年度科學成果。

加油，中國空間站！

文章編譯自：

https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/what-we-learned-from-space-station-2020

圖片來自：

NASA、Roscosmos、維基百科

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