古代人类把极高的天空称为宇宙。宇宙的高度是多少,没有准确的数据。
如果按定性的角度,地球稠密的大气层以外的空间都可以称为太空。人类如果直接暴露在太空之中,会发生什么呢?在近80年的航天史中,的确有人体验过暴露太空的感觉。
1965年,在NASA的载人航天器中心(现在更名为Johnson Space Center)一次真空舱宇航服泄露事件中,有一名受试者不幸暴露于近似真空下(压力小于 1 psi,即 1 磅/平方英寸)。他保持知觉的时间是 14 秒,这大概是氧气从肺部到达大脑所需要的时间。
他的宇航服中的条件大概没有达到极强的真空,而且 15 秒后人们就开始给真空舱重新加压。在大约相当于一万五千英尺海拔高度的大气压力下,被试者开始恢复知觉。后来被试者报告说他能感受并听到空气泄露出去,他在失去知觉前最后的记忆是舌头上的水开始沸腾。
1971年,三位苏联宇航员多勃罗沃里斯基、沃尔科夫和巴扎耶夫乘坐“联盟-11”号飞船在返回地球的时候,通气阀门被打开了,飞船内处于真空状态,当时宇航员并没有穿宇航服,在40秒内三名宇航员就全部窒息死亡,在回到地球的时候,三位宇航员端坐在座位上,他们睁着眼睛,面无表情,身体还是温热的,但是都已停止了呼吸……这也是唯一一次航天员在太空中死亡。
通过两次真实的事件以及科学家在真空环境下获得的数据,我们得以了解人类暴露在太空环境中究竟会发生什么?(本文数据来自1971年航天事故)
暴露太空,究竟会发生什么
首先是缺氧,想呼吸却没有任何空气,但是不可以屏气,假如试图屏住呼吸,气压将立刻挤破肺部。不会马上缺氧昏迷,因为人的血液中含有一定量的氧气,可以供给身体15秒左右,10秒后人才会失去意识。
因为供氧不足,就会导致大脑供血不足,会使我们身体中掌握运动神经的神经元受到影响,从而导致运动神经失灵,所以,我们的身体会发生瘫痪和抽搐。
在这期间,我们人体的软组织和静脉中快速形成水汽,导致身体肿胀为原来的两倍,血液循环将停止。真空的环境会将人类身体中的空气“抽”出来。所以,如果肺部有空气,肺部就会首先爆裂,各器官也会破裂,眼球膨胀破裂。之后人体内的气体不断流失,水汽从身上的每个孔隙钻出,持续蒸发。
除此之外,体液在流失的时候,也在沸腾,为什么会这样呢?我们要知道,海拔较高的区域,气压会比较低,所以水的沸点也会比较低,当气压只有6.27千帕(相当于地表气压的6.2%,海拔19.2公里的气压)之时,水的沸点将会降为37度。而人的体温大约为37度,如果在气压为6.27千帕的低压环境中,体液就会达到沸点。
而太空接近0的气压下,水没有液态相,直接升华为气态。升华过程不断带走更多热量,不断降低内能来补偿升华热,直至其温度与环境温度接近平衡后,升华也就慢慢停止了,所以我们的体液会不断沸腾,最后汽化。
由于血管内的微气泡会膨胀,并且由于无处可去,而产生大量泡沫状的血液并堵塞血管。血管内的压力会升高,但是由于血管壁和其外的肌肉组织都具有弹性,所以不会爆裂。但是由于血管壁有一定的渗透性,还有毛细血管等位置会由于压力升高导致内出血。所以人体内的血液可能不会沸腾。
所以那名受试者才会感觉到舌头上的水开始沸腾,这种感觉就像舌头上有跳跳糖一样,我们的人体在边沸腾边流失的情况下,舌头和皮肤表面会像被煮沸一样,从起泡到破裂。
我们的身体为何不会冻结
太空并不是一个绝对真空的环境,严格意义上讲,温度衡量的是原子和分子的运动速度。一件物体有温度,是因为构成它的原子和分子在加速运动,这个过程中产生了热度。即便是“空空如也”的太空中,其实也有原子存在,因为有这样微量的原子——也可以说是有这种非常稀薄的气体,所以也是有温度的:大概是绝对零度以上3℃。
体液在太空中沸腾,就有一些孤立的水分子处于气态,在真空环境下,这些微小的水蒸气会立即冻结,并变成冰晶,所以这种持续的蒸发会令口鼻温度降温到接近结冰点。身体其余部分也会降温。
不过,由于皮肤极富弹性,我们的身体不会爆炸,也不会被冻住,这是因为太空中的分子很少,接近绝对零度,不足以表现出“温度”的属性,既不“冷”,也不“热”。真空是一个良好的隔热体,暴露于其中的人,会因为体表水分蒸发而略微感到有一点点冷,但不会冻起来。
1分钟内,人就会因为心肌纤维震颤停止心跳。数小时后体内的水分蒸发殆尽。另外,太空中充满了宇宙辐射,所以会对我们的皮肤造成非常严重的烧伤,紫外线和其他高能射线又会反复穿透人体,可能超过人体能够容忍的辐射剂量,导致急性辐射损伤我,我们的DNA会遭到损失,细胞会全部死亡,但是这个时候,我们已经死了,所以这个影响不大。
因为太空近乎于真空环境,我们的的尸体不会腐烂,而是会保持原样,会保持一个姿势在太空中漫无目的地浮着,我们的尸体将会在宇宙中实现永生,在太阳的照耀下,闪闪发光,所以,从某种程度上来说,我们在太空中实现了“永生”。
这也是为什么出舱需要配备专门的舱外航天服的原因,这也是为什么舱外航天服技术难度如此高的原因,因为它必须要能把航天员的身体与太空的恶劣环境隔离开来,并向航天员提供一个相当于地面的环境,同时提供氧气、正常气压,排放二氧化碳,维持舒适的温度和抵御宇宙辐射等维持生命所需的各种条件。