太空失重环境下的生物实验
1957年10月4日，前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星以来，人类活动范围从陆地、海洋、大气层扩展到宇宙空间，宇宙空间成为人类的第四疆域。人类发展空间技术的最终目的是开发太空资源。而要开发太空资源，首先要在太空进行生命科学和宇宙医学研究，以深入了解太空环境对地球上各种生物的影响。
太空环境最显著的特点是失重。50多年来，科学家将多种生物随着航天器带入太空，进行失重生物学的实验研究，并取得了不少成果。
20世纪60年代在前苏联“宇宙110”卫星上，前苏联科学家装载了两只小狗，在太空中飞行了22个昼夜后，发现它们的水盐代谢，特别是钙的代谢功能被破坏，肌肉萎缩，血液成分改变，心血管系统功能也受到影响。但是，这些影响并没有危及小狗的生命，当它们回到地面后又进入了正常的发育状态。植物在太空中受失重的影响，改变了根向地和茎背地的习性；同时，由于航天器每天绕地球14～16圈，昼夜交替很快，破坏了原有的正常生长的机理。但是，当这些植物返回地面后，又恢复了原有的生长习性。这些太空生物实验说明失重环境对生物的影响有可逆性。
1962年8月，前苏联科学家在“东方3”号和1964年10月前苏联科学家在“上升”号宇宙飞船上搭载了紫跖草，发现紫跖草在细胞分裂时染色体的性状遭到破坏。美国科学家在太空失重的环境中辐射谷盗甲虫，发现它在发育过程中基因突变的频率增加。1987年8月中国在返回式卫星上搭载种子，返回后经地面种植，也发现了种子诱变，产量增加。
太空上的奇妙实验科学家还发现在失重环境下，有一些生物的生长速度变得缓慢。1994年9月8日，日本航天员把4条青鳟鱼和340颗青鳟鱼卵带到太空。结果是，从地面上带到太空的鱼卵经过4～5天就孵出了鱼苗，而青鳟鱼在太空产下的鱼卵过了13天才开始孵化。看来，在太空孵化养鱼没问题但在太空中鱼的繁殖却很慢。
而另外一些生物的生长速度加快。1990年12月，俄罗斯科学家曾把人参组织培养基带到空间站，进行太空培植实验，10天后发现人参在太空的生长量已相当于地面上1个月的生长量。还有，在太空单个蚕蛹孵化成幼蚕的时间比地面早两个月。许多微生物的生长速度要比地面快得多，有的生长速度甚至提高了400倍。
地面上的植物，其80％的能量用于茎的生长，而在太空空间站的温室中的植物几乎没有茎，但是叶更加茂盛，果实更加丰硕。1975年，前苏联科学家在“礼炮”号空间站种植了一批豌豆，发现豌豆的幼芽总是朝着明亮的地方生长，而新生的根和茎却朝着相反的方向生长，苗的生长期很短，不久就枯萎。
1985年4月，美国科学家在“空间实验室3”号上放置了12只出生仅56天的幼鼠，经过7天飞行后，发现幼鼠的前脚重量减少了14％，腰骨的重量减少了7％，前脚抗弯曲的强度也减弱了28％。说明失重环境下会影响到生物机体的形状和功能。
在失重和太空辐射的共同作用下，植物品种会发生变异，动物机体会发生变化。如家鼠的造血器官和淋巴组织的变化要比仅处于失重状态下的变化更加剧烈，有的家鼠的肺部出现点状出血现象。
失重对生物节律的影响很明显，1990年12月2日，日本航天员将6只2～3厘米长的雨蛙带上航天飞机。这种雨蛙背绿腹白，体侧有黑斑，趾的末端有吸盘，趾间有蹼，因而它们在太空失重状态下能平稳行走，跳动自如，既能向前跳，又能向后跳，但很少吃东西。1991年6月，美国航天员将2478只水母带上航天飞机，研究水母的生活和动物的定向能力，水母在太空很活跃，不停地搏动身体，但行为异常，在水中不停地转圆圈。1992年9月，美国航天员将12枚已受精的青蛙卵带上航天飞机，结果孵化出7只蝌蚪。这些小蝌蚪行为很怪，在水面上窜来窜去，飞快地转圈游动，不停地摇动尾巴或前后翻滚。苏联航天员在“和平”号空间站进行孵化鹌鹑蛋的试验，鹌鹑孵化出来后，不能抓住铁笼的铁丝，在笼内挤成一团，最后因营养不良而死亡。
太空生物——水熊但失重环境对动物的习性和感觉器官却无影响。前苏联航天员将两只猴子带到“宇宙1887”号生物卫星上，在经过13个昼夜飞行后对它们进行观察，发现猴子能很好地保持原有的习性和掌握原有的技能，感觉器官也没有受到不可逆的影响。
1990年12月，俄罗斯科学家在“和平”号空间站试种过一批小麦，但结果并不理想，生长期远远超过地球上的生长期，只生长却没有收获。后来在1996年12月，俄罗斯和美国科学家合作成功地在“和平”号空间站的暖棚里培育并收获了第一批太空小麦。这块麦田只有900平方厘米，收割了150多穗。这批墨西哥矮小型杂交小麦从播种到成熟只有97天。这证明生物在太空站内是可以生长发育的，为人类未来在星际旅行时解决食品问题走出了可喜的一步。
1984年，前苏联曾在仿造太空飞行条件的装置内，放入人工土壤。这种人工土壤是两种塑料的混合物，很像沙土，其中含有15种养分。在这种人工土壤中栽培植物，植物的生长周期大大缩短，产量明显提高。例如，在曾通土壤中，每平方米的面积上70天产1千克萝卜；而在人工土壤中，每平方米的面积上21天就可产10千克萝卜。这一试验基本上解决了太空农场的土壤问题。
1992年9月，日本科学家曾进行过太空动物饲养试验。他们将果蝇带到太空中，其中有1／10在太空死掉了，其余的被带回地面，后代在地面上一样生长发育。将受精的青鳟鱼卵带往太空，鱼卵照常孵化。为了能在太空养鸡，莫斯科航空学院的学生成功地设计制造了太空孵化器和饲养装置，并已收获了200只成年鸡。人们正在进一步为在太空能饲养鸟类、哺乳动物进行试验，以期在21世纪在太空中出现一个植物茂盛、鸟语花香的新世界。
太空失重下人的睡眠情况
由于失重，人的方向感丧失了，所以不管人体是横还是竖，是正还是倒，都可以飘浮着在空中睡眠。 但是，为了安全应该睡在有防火等功能的固定着的睡袋中。另外，为了提高睡眠质量，获得与在地面上睡眠相同的感受，还要给睡袋充气，或用绷带绑紧，使它向人体施加一定的压力，以模拟地球重力；带上眼罩，不让航天器上快速交替的昼夜节奏影响睡眠；带上耳塞，不让仪器设备和静电产生的噪声干扰睡眠。
太空机器人活跃太空
顾名思义，“太空机器人”可理解为活跃在地球之外太空中的机器人。最早的太空机器人当首推美国于1967年4月17日发射的“勘测者3”号。这个重达280千克的机器人根本不具备人的外形特征，它可在地球科学家的指挥下，在月面“识海”地区蹒跚而行，并用“铁臂钢手”在这亘古荒漠上掘了3个洞穴，开出一条小沟（长10多米、深02米），挖取了若干科学家们感兴趣的月岩和月土进行化验、分析，并把珍贵的资料及时发回了地球。
自此之后，各种形态的机器人开始活跃于太空中：前苏联的“月球车”8腿机器人在崎岖不平的月面上纵横几十千米；航天飞机上无脚机器人，用它有力的机械手把失效或出故障的卫星抓回机舱进行修理，每次都能挽回几千万甚至几亿美元的损失；“海盗”号上重达11吨的机器人庞然大物居然能合理安排能量，使只有3个月设计寿命的仪器在火星上工作了4年多……
平心而论，这些太空机器人只是低等的，低智商的。随着空间科学的飞速发展，科学家们非常需要有多种传感功能、会作分析判断、能自我检查维修的新型高智能太空机器人。美国登天的“太空清道夫”、“漫游者”及“海盗3”号即是其中典型代表。“太空清道夫”的全称是“太空自动处理轨道碎片系统”，专门用以消除对航天活动危害日益严重的“太空垃圾”。它进入太空后即会自动搜寻猎物——失效的或已被废弃的人造卫星（包括运载火箭）及其碎片残骸，凡其“目力”所及，小的手到擒来，大的则用激光把它们切成小块，再一一装入“肚子”——贮存箱内。专门用以修复卫星的“漫游者”有4条灵活的机械臂，装有新颖的空气动力推进系统和大功率助推火箭，可独立飞行，也可根据需要随时调整轨道和速度。而“海盗3”号实质上是用于火星探测的一辆自动车。它的外形很奇特，两个直径5米的大车轮各由8个乙烯树脂气囊构成，这辆车可自动前进、后退、拐弯，还能越过15米高的障碍，并装有自动回避危险的装置。
另一方面，由于近年来集成电路精细加工技术不断有重大突破，人们已能把电源、传感器、驱动、传动、自控装置火星漫游车“勇气”号和“机遇”号集成于绿豆大小的多晶硅片上，21世纪，微型太空机器人成为了空间探测的又一主力军。据报道，20世纪90年代初，美国麻省理工学院人工智能研究所已制成3种很小的机器人。其中，最小的一种其体积只有乒乓球大小，重量不到50克。1995年精工埃逊公司造出的“姆休”机器人外形像只小甲虫，前面两根触须似的导线用于供给电源。“姆休”不仅能循光行走，也可自己行动。
可以遐想一下，到人们建造月球基地时，必然会先派遣大量“蚂蚁”式的6足机器人去当“建筑工人”，让它们在月球上挖土、推土，做好一切准备工作。在进行火星探测时，又可让成千上万的“蚊子”型微型机器人做开路先锋。由于它们的6条腿中都安装有储存着太阳能的硅弹簧，在其不断更换落地点的同时，从与火星尘土的作用力的分析便可确定火星土壤的特性及有关该星球的地形、地貌。人类如果登上某个星球，那些“小精灵”又可为人类乘坐的大型车辆开路，它们会把越野车前面的地形特征、地貌状况及时传送过来，以避免出现各种可能的危险。
太空垃圾
太空垃圾是指在人类探索宇宙的过程中，被有意或无意遗弃在宇宙空间的各种残骸和废物。太空垃圾小到人造卫星碎片、漆片、零部件，大到整个火箭发动机。自2009年1月以来已发现有大量的太空垃圾在太空轨道中。由于这些高速运行的太空垃圾可对运转的卫星造成极大损害，因此太空垃圾的处理成为了科学家日益关注的问题。
“空间气候工程”的设想
目前，地球上气候有逐年变暖的趋势，科学家告诫人们，如果对此不设法加以制止，长期下去，两极冰盖将会逐渐融化，海平面升高，沿海城镇将有被淹没的危险。同时，大气环流与海洋水流也会发生变化，使地球气候出现异常现象，这将有可能给人类带来不可估量的灾难，甚至威胁到人类的生存。
随着人类对太空了解的加深，航天科学家提出了造福人类的“空间气候工程”，它是利用空间科学技术来控制、改变地球的气候。目前，科学家提出的方案有四。
在空间支起“太阳伞”
科学研究表明，要解决目前气候变暖的问题，只需要把照射到地球的太阳光遮挡掉3％即可。按照计算，在空间支起一把“太阳伞”的伞面积需要有20平方千米左右，伞面要用薄如蝉翼的金属薄膜或塑料薄膜制造。
这个庞大的伞面由4万个单元拼接而成，每个单元都有一个由计算机和制动器组成的自动控制机构，用来调节其位置和方向。
这把太阳伞是依靠太阳光压和星球引力，维持在空间规定的位置上，这个空间位置也不是任意选择的。据研究，这个空间位置应位于从地球至太阳距离的1％处的点上。在这个点上，任何物体相对于太阳、地球和月亮的距离始终是保持不变的。这样，在这个空间位置上，就可以保证太阳伞具有恒定的遮蔽效果，并且不会影响其他的空间活动。被遮蔽的空域仅仅相当于蒙上一层隐隐约约的薄雾，对人类生活和植物生长没有任何影响。
在空间制造“尘埃云”
宇航科学家提出：如果在位于地球至太阳距离的1％处的某点位置上，设法飘浮一片尘埃云，用它来遮挡太阳光，也是一种行之有效的方法。
采用这种方法所用的尘埃可以取材于月球。把装有月球尘埃的若干个圆筒发射到空间规定的位置上。在每个圆筒内，除装有月球尘埃外，还装有一定量的炸药。
当圆筒抵达规定的位置时，让炸药爆炸。依靠炸药的爆炸力使尘埃扩散开来，制造成一片永久性的、具有一定密度的尘埃云，用它来遮挡阳光。
令人担心的是，如果这些尘埃一旦进入地球，对地球会有什么影响？科学研究的结果表明：即使这些尘埃每年散失1％，并且全部落入地球的话，也只相当于通常行星星际尘埃的流入量，不会给地球构成明显的危害。
在空间竖起“反射镜”
发射轨道太空镜给地球降温科学家提出，在空间安置一面反射镜，把部分太阳光集中反射到某个局部地区，就能改变这个局部地区的气候状况。例如，由于高空云层能阻挡地球向空间散发热量，会使地球表面越来越热。人们利用空间反射镜，就能把太阳光集中反射到高空云层上去，让云层逐渐受热而散开，这样就能加快地表热量的散失而降低地球上的温度。
又如，我们也可以利用空间反射镜，把太阳光反射到南、北极的海区，促使那里浮游生物的生长。这样，浮游生物就能不断地从大气中摄取大量的二氧化碳，这不仅会减少温室效应，而且能使浮游生物的产量增加，有利于海洋生物和渔业生产的发展。
在空间编织“激光网”
上述的三种方法，都是在太空设置庞大的遮蔽物以遮挡阳光，但是容易造成过多的太空垃圾。为此，有的航天科学家提出建议：向太空发射多颗人造地球卫星，并且从卫星上发射激光，形成“激光网”，让太空中对海面温度颇有影响的红外线发生变化，以阻止气候变暖。
根据这一设想，美国科学家提出了一个具体的实施办法：发射4颗人造地球卫星，卫星上配置激光发射装置和巨大的反射镜，4颗地球卫星上发射的激光互相碰撞。这样，当太空中红外线通过时，就会被与红外线能量相当的激光网阻挡，发生折射并照到海面上。于是，海面温度便人为升高，产生气流，兴云播雨，以此调节地球上的温度。
太阳光压
太阳光压是指太阳光照射在物体上对物体产生的压力。阳光照在身体上，不仅使身体发热，而且对身体也会产生一定的压力，只是因为压力相对较小而感觉不到。如果这个压力在微重力环境下则会有相对比较明显的影响，因此在设计航天飞行器时，通常要考虑借助于这个压力。可利用超薄光帆，调整对太阳的帆向，然后得到光压，获得动力。利用核弹缔造合适宇宙空间
核弹是利用核裂变或核聚变释放出巨大能量的原理而制造的武器。虽然是武器，但我们也可以像和平利用原子能一样，让它们在人类征服太空的进程中，去建功立业，大展神威。
给金星降温
被称为地球姊妹星的金星直径（6050千米）与地球直径（6371千米）相差无几，密度（525克／立方厘米）略低于地球（552克／立方厘米），具有与地球相似的石质地壳与内部结构、但金星却拥有一个远比地球浓厚的由97％二氧化碳组成的大气层，表面气压高达90×1055帕。特别是其表面烈日酷暑、铄石流金，温度达465～485摄氏度。显然金星根本不适合地球型生命生息，而要将金星改造成人类的太空迁徙地，首要任务是降温。
研究表明，金星内部传到其表面的热量只占05％。其高温酷热的原因出于浓厚二氧化碳的温室效应。原来二氧化碳具有与玻璃温室保暖过程完全相同的保温特性，即能让太阳的可见光、紫外线等短波辐射畅通无阻通过，而对反射的红外线等长波辐射却百般阻挠。所以，实现金星降温的途径无非是，从减小太阳热辐射入手，或从降低大气二氧化碳浓度、减弱温室效应开始。而核弹恰好能担此重任。
人们发现，太阳辐射通过大气，会因其中飘浮的微粒散射或云层反射而减弱，这就是所谓的“阳伞效应”。因此，只要在金星与太阳之间布上几片尘埃云，其产生的阳伞效应即可减弱或挡住一部分射向金星的阳光，就达到了使其表面降温的目的。要在巨大的金星面前人工铺设遮挡太阳的尘云，其规模之大，是现代任何工程都无法比拟的。所需要的几十亿吨的尘土从地面运去，或从月球、小行星上挖掘，显然都得不偿失。最好的办法，就是利用核弹就地取材。有人设想，只要在金星上引爆两个一定当量的核弹，即能在金星大气层制造出弥天大尘雾，足以使射向金星的阳光减弱。当太阳辐射减少到50％～80％时，金星气温就会开始以每星期1～3摄氏度的速度下降。几年后，金星气候将变得像地球一样冷暖适中。
早在1952年有个叫尤里的科学家就发现，在环境温度较低时，空气中二氧化碳气体会被岩石吸收；当温度升高时，岩石中的二氧化碳气体又会自动释放出来。所以，一旦金星的气温降低以后，其大气中浓厚的二氧化碳气体就会逐渐被金星上岩石吸收，温室效应也将随之减弱。这样，利用核弹为金星降温，既可釜底抽薪达到减少太阳辐射的目的，又能一箭双雕收到降低二氧化碳浓度、减弱温室效应的效果，从而一劳永逸地根治金星的“高温病”。
使火星变暖
地球的近邻火星，其自转周期（24小时37分）、黄赤交角（23度59分）等均与地球极其相似，使火星同样具有昼夜交替和四季循环。然而，火星那由95％的二氧化碳组成的大气极其稀薄，气压平均610帕，没有液态水，表面平均温度仅零下60摄氏度。其环境的严酷，比月球有过之而无不及，显然也不适合于地球型生命的生存。要向火星大规模移民，也必须对其进行改造。只不过与金星恰好相反的是，火星却需要“增温”。
究其原因，火星低温主要是由于其比地球更远离太阳，接收的太阳热量至多仅为地球的一半。其次是其稀薄大气的保温性太差。所以有些科学家打算通过增加火星大气层二氧化碳浓度，以加强温室效应来使火星变暖。完成如此重大使命，人们自然又想到了核弹。
有人建议，向火星表面沉寂的巨大火山口投掷核弹，来激发火星火山的爆发。估计一枚100万吨级的核弹若落点准确，则足以激发火星地下的岩浆源，造成几座火山同时喷发。届时，火星那玫瑰红的天空中会充满二氧化碳和水汽。当这些气体达到一定浓度后，太阳热量仍可直达火星表面，而从表面反射出的热能却被阻滞在大气层下不能逸出。这样火星温度就会不断升高。
还有人设想，用几枚百万吨级核弹将火星与木星之间的某一小行星炸离轨道，并使其撞向火星，剧烈的撞击作用即能释放出禁锢在火星地下的大量温室气体，来为火星升温，使其变暖。
为地球设防
研究发现，彗星、小行星和大陨石等近地小天体和它们的碎片，对包括地球在内的太阳系天体的撞击由来已久。6500万年前的恐龙灭绝事件，各天体表面密布的环形山和撞击坑，地球上那众多的陨石坑等无一不是天体碰撞的“杰作”。而1994年7月16日～22日为人类亲眼目睹的“彗木相撞”，更以无可辩驳的事实表明，小天体对地球的撞击，已和地震、环境污染等一样成为影响人类生存的一种“公害”。然而，人类可利用核弹为地球设防来消除这种来自宇宙的灾难。
在做好观测、搜索和精确预报的基础上，利用核弹设防有两种方法：
其一是引爆核弹，炸毁敢于冒犯地球的“不速之客”。英国学者认为，使用装有核弹的火箭去拦截，令核弹在“来犯者”上爆炸使其气化，即可消除天降之横祸。此外，也可以在小天体上埋置核弹，定时引爆炸毁。
其二是通过核弹在小天体附近爆炸，使其运行轨道改变，从而避免与地球的狭路相逢。美国加利福尼亚州理工学院和美国宇航局喷气推进实验室的托马斯·阿伦斯和艾伦，哈里斯曾指出，一个当量小于二战中投放日本广岛原子弹的核弹，即可产生出足以致“袭击者”转变运行方向的撞击力。
核爆炸升起的蘑菇云当然，在选择核弹和方法时还要考虑小天体的大小和质地。若“来犯者”的体积不大时，采用一般小当量级核弹引爆即可；如果它们的直径超过2千米，就得动用100万吨级核弹；如果是铁质或岩石小行星，还得请中子弹“出山”。中子弹在小天体附近爆炸，中子高速钻进其内部造成星体温度骤升，部分物质气化进而引发体积膨胀并从星体另一边喷出，产生的反推力将使星体步入一个远离地球的新运行轨道。
由于核弹击碎星体后，存在有碎块体陨落地球造成次生撞击的危害，所以科学家们建议，向小型天体发射摧毁性核弹最好在其抵达地球的大约前10年升空迎击，而核弹本身也一定要在小天体上引爆。
当然，使用核弹改造宇宙是项极其宏伟的工程，必须在具备宇宙飞船、大推力火箭、空间站、激光、大型电脑、机器人等诸多方面的高技术的基础上，整体配合才能实现。此外，在实施中还要慎重考虑改造过程中和完成后可能产生的负效应及其难以预料的后果。
精卫填海、嫦娥奔月，我们人类已将诸多神话变成了现实。相信不远将来，也定能让核弹在太空显神威，为人类造福宇宙空间。
太阳的短波辐射
通常情况下，物体向外辐射的波长与其温度成反比，一般温度愈高其最强辐射的波长愈短，温度愈低辐射的波长愈长。太阳的光球表面温度约6000开，太阳辐射中约有一半的能量分布在04～076微米的可见光区，其余一半大多在近红外区，少量在紫外区。与地球的辐射相比，太阳辐射的波长短得多，故把太阳辐射称为短波辐射。
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