问题

宇航员在外太空短暂打开头盔又关上会发生什么?

回答
太空,那片无垠的、寂静的黑色海洋,是人类最令人神往也最危险的领域。在那个环境中,生命如同飘浮在真空中的脆弱气泡,稍有不慎就会破灭。那么,如果一名宇航员在太空行走时,短暂地打开头盔,又迅速关上,究竟会发生什么?这可不是一个能用简单几句话概括的事情,背后涉及的是物理定律、人体生理以及生命安全的关键链条。

想象一下,宇航员正系着安全绳,漂浮在地球之上,四周是璀璨的星辰和蔚蓝的星球。他的宇航服,是一套精密到极致的生命维持系统,为他提供了一个微缩的、能够呼吸和生存的地球环境。这套系统的工作原理,简单来说,就是创造一个与外界真空完全隔绝的内部空间,并且不断地补充氧气,排出二氧化碳,维持适宜的温度和压力。

现在,假设宇航员出于某种原因——或许是设备故障,或许是测试,又或许是极度罕见的失误——做出了一个匪夷所思的举动:他松开了头盔的固定装置,并将其拉开了一条缝隙。

那一刻,真空的恐怖会瞬间降临。

首先是压力骤降。太空的压力几乎为零,而宇航服内部为了让人体正常运作,需要维持一个类似地球海平面上的大气压。一旦头盔被打开,内部的高压空气会以惊人的速度向外部低压区域喷涌而出。你可以想象一下,就像你拧开一个装满气体的瓶子,里面的东西会猛地冲出来。这股气流的速度会非常快,足以让宇航员感受到一股强烈的推力。

紧接着,是缺氧的威胁。宇航服里提供的氧气,是为了让宇航员能够呼吸。一旦头盔打开,外部的真空环境里是没有任何氧气的。虽然只是短暂的瞬间,但对于需要持续供氧的人体来说,这无异于一场突如袭来的窒息。大脑在缺氧几秒钟后就会开始出现问题,意识会迅速模糊。

然后是体液的沸腾。这是最常被提及,也是最令人不安的后果之一。在极低的压力下,液体的沸点会大大降低。虽然我们的皮肤和组织能够承受一定的压力,但一旦暴露在真空环境中,人体内的水分,尤其是暴露在外的唾液、眼泪,甚至是皮肤表面渗透出的微量水分,都有可能迅速蒸发甚至“沸腾”——但这种沸腾不是因为高温,而是因为低压。这会导致身体组织肿胀,但皮肤本身的弹性,以及血管内的压力,会在一定程度上防止身体像气球一样爆炸。不过,这样的体验无疑是极其痛苦和危险的。

同时,温度的急剧变化也会袭来。虽然太空本身没有温度,但暴露在阳光下的物体会变得滚烫,而被阴影笼罩的物体则会变得极度寒冷。如果头盔打开的瞬间,宇航员的脸部暴露在阳光直射下,会感受到剧烈的灼伤。反之,如果暴露在阴影中,则会感受到极度的寒冷,但由于这是一个短暂的过程,冻伤的程度可能不如瞬间失压那么严重。

当然,这里有一个重要的“但是”:宇航员关闭头盔的速度。

如果宇航员能以极快的速度——比如在几秒钟内——将头盔重新完全扣好并密封,那么他所承受的生理损伤可能会被控制在最低限度。他可能会感受到瞬间的缺氧感,听到巨大的排气声,感受到强烈的吸力,甚至看到口鼻处有少许蒸发。眼睛可能会因为瞬间失压而感到不适,甚至出现短暂的视力模糊。皮肤可能会因为体液蒸发而感到刺痛。

但是,如果他反应稍有迟疑,哪怕只是多耽误几秒钟,情况就会急转直下。缺氧会让他在几秒钟内失去意识,无法再进行任何操作。随之而来的是更严重的组织肿胀和潜在的内出血。即使在失去意识后,如果头盔能够自动或被同伴迅速关闭,他仍有生存的可能,但醒来后,身体将承受巨大的冲击,可能需要长时间的康复。

更糟糕的情况是,如果头盔完全无法在短时间内重新密封。

那样的话,后果将是灾难性的。宇航员将会在极短的时间内失去意识,他的身体将在真空中受到无法挽回的损害。即使被迅速救回并重新进入加压环境,也极有可能因为严重的缺氧、体液蒸发以及温度冲击而死亡。

所以,宇航员打开头盔又关上,即使是短暂的瞬间,也绝对不是一件可以轻描淡写的事情。这是一种对人体和生命维持系统极限的考验。每一次在太空的活动,都建立在宇航服坚固可靠的基础上。一旦这个屏障被打破,即使是短暂的裂痕,也足以让最顽强的生命在冰冷而严酷的宇宙中凋零。宇航员们承受的训练和执行的每一个步骤,都是为了确保这个脆弱的“地球泡泡”永远不会被打破。

网友意见

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NASA研究认为,暴露在太空中的人约能存活90秒,最初9~11秒里可以保持清醒,在30秒内获救基本不会受到永久伤害。主要死因是减压导致的缺氧损伤,而不会“身体爆裂”或“血液沸腾”或“冻死”。因此,题目所述的“几秒钟”没什么影响,不会致命,器官没什么变化,没有任何不可逆的损伤。减压确实可能造成皮肤肿胀,在不利的场合有可能出现血管中的小气泡造成的栓塞,但那需要时间(至少1分钟以上),几秒钟并不足以如此。

  • 人体不会因为这点压力差而爆裂,不过要是试图憋气,肺可能被气体充爆而致命——宇航员是受过训练的,不会做这种自杀操作。
  • 血管里的血液仍然受到身体给予的压力,不会沸腾。
  • 体表的水(如唾液、眼泪、汗)低压沸腾不会造成实际伤害。
  • 人的身体在太空中散热其实非常缓慢,如果有加压充气的宇航服保护,还需要安装散热系统来避免中暑。

1960年8月16日,美国飞行员Joe Kittinger在使用开放式吊舱上升到102800英尺(31133米)高度的过程中右手的手套加压出了问题。他决定继续任务。他的右手很疼并暂时失去了功能,但在回到低海拔后很快恢复正常。

1965年,NASA在真空舱测试宇航服时发生失压,测试人员暴露在低于1psi的低压中(不到标准大气压的7%,最严重时达到0.1psi),于14秒后昏迷,15秒后真空舱被重新加压,测试人员很快恢复知觉。

1965年,德克萨斯空军基地做了将狗暴露在接近太空的低压下的实验,发现暴露90秒的狗可以生还,暴露120秒以上则死亡。生还的狗由于排气而大小便失禁、呕吐、暂时昏迷,但在正常压强下10到15分钟就能自己行走,数分钟后感官也会恢复,没什么后遗症。耳膜并不会在这种情况下破掉。

1965年、1967年,NASA两次做了将黑猩猩暴露在接近太空的低压下的实验,发现黑猩猩能在210秒的暴露后生还。有1只暴露了180秒的黑猩猩出现后遗症(认知缺陷),有1只黑猩猩似乎死于心脏骤停。你可以在这里看到1965年实验的报告[1]

参考

  1. ^ https://ntrs.nasa.gov/citations/19650027167

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