語音播報
4月6日凌晨,搭載著19位“特殊乘客”的“實踐十號”返回式科學實驗衛(wèi)星開始了為期15天的太空之旅。現(xiàn)在,旅程已過大半,這些“特殊乘客”在太空還適應嗎?它們的實驗任務進行得怎么樣?這些實驗到底有什么用?……
我們從“實踐十號”給你帶來了三堂太空實驗課。
第一堂課:太空中如何讓液體“聽指揮”?
我們知道,在地球上由于重力作用,水往低處流,隨形而變。而在太空中,由于重力消失,水會以球體狀態(tài)懸浮在空中,在容器里的液體會順著容器壁往上爬。
未來我國要建設空間站,宇航員在太空長期生活,要喝水、洗衣服,但水在太空中“不聽話”怎么辦?這就涉及空間流體管理,而“實踐十號”上的“熱毛細對流實驗”對流體管理問題的探索就是要嘗試解決這個問題。
什么是熱毛細對流?“實踐十號”載荷主任設計師、中科院力學所研究員段俐介紹說,在地球上由于重力作用,浮力對流是自然對流的主要形式,而在太空中,由表面張力驅動的熱毛細對流是自然對流的主要形式。其實在我們生活中熱毛細對流也很常見,比如粥在冷卻后表面形成的渦胞結構就是它引起的。
段俐說,空間流體管理除了宇航員的生活需要,還有太空中飛行器需要液體燃料進行驅動實現(xiàn)變軌、調姿、對接等,液體燃料貯箱如何設計才能保證液體燃料推進,就需要對熱毛細對流進行研究。
研究熱毛細對流還有重要的實際應用價值,例如晶體優(yōu)質生長。受到浮力對流等影響,晶體在地面上生長會產(chǎn)生缺陷,那么太空中能否長出完美晶體?
“國內(nèi)外已開展了多次空間晶體生長實驗,雖然基本克服了浮力對流等不利影響,但生成的晶體質量仍然不那么盡如人意,其原因就在于太空熱毛細對流的不穩(wěn)定性?!倍卫f,“這就需要開展實驗研究,對空間和地面的晶體生長進行優(yōu)化設計。”
據(jù)介紹,這項實驗是在一個環(huán)形液池中進行,液池中盛放硅油,通過不同的溫度梯度來產(chǎn)生熱毛細對流。原計劃共進行15次實驗,實驗條件都不一樣,有的是加溫方式不一樣,有的是液體體積比不一樣,其中13次在返回前進行,其余在留軌艙進行。
從紅外熱像儀拍攝的畫面看,環(huán)形液池中的液體像花瓣一樣,不斷發(fā)展變幻?!斑@說明熱毛細對流表面波在不斷變化?!倍卫f。
“從目前已經(jīng)完成的實驗看,實驗結果非常漂亮,原定目標已經(jīng)全部實現(xiàn),在國際上首次取得了熱毛細對流體積效應的實驗結果?!倍卫f,與地面實驗相比,我們觀察到很多不同,比如說液體表面波不一樣,溫度振蕩現(xiàn)象也比地面規(guī)律得多,但其機理還需要全部實驗完成后進行分析研究。
第二堂課:蠶寶寶去了太空,還能長成家蠶嗎?
還記得小時候放在桑葉上養(yǎng)的“白胖子”嗎?現(xiàn)在,“實踐十號”把家蠶胚胎帶上了太空,通過實驗看看在微重力、失重情況下,家蠶的生長會發(fā)生哪些變化?
據(jù)中科院上海生命科學研究院植物生理生態(tài)研究所黃勇平介紹,家蠶是真核生物,胚胎期都在卵殼里發(fā)育,對生長環(huán)境要求相對穩(wěn)定,且胚胎期12天剛好適合“實踐十號”返回式衛(wèi)星的設計時間。
“已有研究表明空間環(huán)境能夠誘變家蠶。但是,誘變過程中哪些基因發(fā)生了變化?”黃勇平說,這次由返回式衛(wèi)星帶上天的家蠶胚胎培養(yǎng)箱里,有12盒家蠶胚胎樣品,在空間連續(xù)培養(yǎng)12天,溫度控制系統(tǒng)每兩天會將2個試管溫度降到不再生長的5攝氏度,將家蠶胚胎的生長狀況分階段固定下來,等衛(wèi)星返回地面后研究不同生長時期里基因表達的差異,例如是否會在某一階段基因發(fā)生突變等。
“胚胎階段的基因變化,對以后家蠶的生長發(fā)育很重要?!痹诮忉寣嶒炓饬x時黃勇平說,經(jīng)過億萬年的進化,自然界生物有一些很“機智的做法”。在家蠶胚胎生長階段,會把以后成長為“幼蟲”、“蛹”、“成蟲”等階段的基因都表達一遍,這是一個預先篩選檢測過程,如果發(fā)現(xiàn)有缺陷后發(fā)育就會當即停止。
因此,經(jīng)歷過太空空間培養(yǎng)的家蠶,胚胎期基因表達與突變檢測有著很重要的意義。等返回地球,這些經(jīng)過太空之旅的胚胎樣品是否還能長成家蠶?實驗結果令人期待。
第三堂課:“上過天”的神經(jīng)干細胞能量會變大嗎?
施工時高空墜落、遭遇突發(fā)車禍……日常生活中一旦發(fā)生這些意外,如果損傷了中樞神經(jīng),康復幾率十分渺茫。在“實踐十號”返回式科學衛(wèi)星上,搭載著這樣一個實驗裝置,正在為未來更好的修復神經(jīng)損傷而做著基礎研究。
神經(jīng)干細胞被看作神經(jīng)系統(tǒng)的“種子”細胞,是一類具有分化和自我更新能力的母細胞。如果人們神經(jīng)系統(tǒng)出現(xiàn)損傷,神經(jīng)干細胞可以變成神經(jīng)元或是膠質細胞來修補損傷。
那么進入太空之后,在微重力環(huán)境下,神經(jīng)干細胞的增殖和分化有沒有變化?
微重力環(huán)境是一種特殊的實驗環(huán)境。中國科學院遺傳與發(fā)育生物學研究所再生醫(yī)學研究中心副研究員韓津介紹,他們希望能在“太空微重力”的環(huán)境下,發(fā)現(xiàn)促進神經(jīng)干細胞高效定向分化的機制,為地面研究提供更多的信息,誘導神經(jīng)干細胞分化成為更多可用于治療疾病的神經(jīng)元,使其更好地為人們所用。
“目前這些細胞在太空的生長情況良好,等回收后我們會分析蛋白質表達、基因表達情況?!敝袊茖W院遺傳與發(fā)育生物學研究所再生醫(yī)學研究中心主任戴建武研究員說,未來,希望神經(jīng)干細胞能夠更多的變成我們需要的神經(jīng)元,以修補神經(jīng)系統(tǒng)的損傷。
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