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作者:Noopur Ranganathan
还记得你在过山车上倒立的那一秒钟，你的身体离开了座位吗?是那种让排长队的等待完全值得的兴奋时刻吗?
那是你失重的时刻!
零重力可以定义为失重状态，即重力为零的状态。零重力是一种明显失重的状态，在太空中体验这种状态最好。当航天器绕地球运行时，航天器的加速度，即离心力，会抵消地球引力并中和重力。换句话说，航天器感受到的引力与施加在航天器上的离心力相等。这就抵消了两种力的影响，导致了零重力的状态。此时宇航员处于失重状态，倾向于漂浮;这是每个小孩梦寐以求的终极过山车般的刺激。
偶尔去游乐园做一次反重力的骑行不会对任何人造成伤害。然而，需要注意的是，长期暴露在零重力下对我们的健康是危险的。没有向下的重力，我们的身体就无法正常运作。
人体在失重状态下趋于放松，因为它不再与重力作斗争。这种重力的缺乏减轻了我们骨骼系统所承受的机械压力。虽然确切的触发因素尚不清楚，但科学家们认为，骨骼压力的降低可能是渐进性骨质流失的原因，这种情况最常见于因长期疾病或年老而卧床不起的患者。骨骼缺乏压力会减少称为成骨细胞的造骨细胞的形成。成骨细胞的减少导致骨量的减少。而在太空中，骨骼必须支撑的重量减少到零。在做任何运动时，骨头都不会受到与它们在地球上承受的相同水平的压力。这会分解通常储存在骨骼中的钙，并将其释放到血液中。血液中钙含量的增加，会导致肾结石的发病率升高。血液中高水平的钙也反映了高水平的骨量损失，使骨骼脆弱，增加骨折的风险。
地球上的所有生物都有感觉和反应系统，用来对内部和外部刺激做出反应。除了我们人类拥有的五种主要感官(嗅觉、触觉、视觉、味觉和听觉)之外，还有一种更强大的感觉叫做前庭感，它使我们的身体能够感知运动并利用它来保持平衡。走钢索，在芭蕾舞表演中自旋，或者潜水时扭身，都展示了我们的前庭系统，因为它积极地跟踪我们胳膊和腿的位置，使我们能够在不失去平衡的情况下表演这些技巧。这需要我们身体的感觉和反应系统的精确整合，包括视觉、前庭、体感(我们皮肤上的压力和拉伸感受器)和听觉。这些感官一起不断地收集和解释来自身体各处的数据。然而，失重会对这种空间感知产生负面影响。我们在转了一圈后所经历的头晕或行走困难，清楚地证明了当我们失去这种感觉时，即使只有几分钟。前庭系统位于耳朵内，由耳石器官和半规管组成。我们可以通过耳石器官感知线加速度的方向和速度(速度变化而不改变方向)，而半规管则可以感知角加速度的方向和速度(速度随方向变化而变化)。人耳中的前庭器官被设计成与地球引力一起工作，并提供有关运动、平衡和空间方向的感觉信息。 Take gravity away and we can no longer figure out where the ground and ceiling are!
重力确保我们体内的血液保持最佳的血压水平。站立时，我们脚部的血压高达200毫米汞柱(毫米汞柱)。然而，在大脑中，压力只有60至80毫米汞柱。除去重力，我们全身的血压平均在100毫米汞柱左右。我们的脸因为液体而肿胀，我们的腿因为液体的流失而变细。头部血压升高会触发身体血液过多的警报。血压升高会使血管出血。视神经会肿胀，这会损害视力。高血压会导致中风，从而损害大脑中处理图像的区域。因此，重力作为一种重要的力量，有助于在我们身体的正确位置保持正确的压力。
活细胞通过扩散过程从水环境中交换营养物质和废物，扩散过程只在一定距离内有效。这个限制会影响单元格的大小。因此，在较小的细胞中，营养吸收更有效。普林斯顿大学的细胞生物学家Marina Feric和Clifford Brangwynne已经证明，为了优化细胞对营养物质的吸收，重力必须在决定细胞大小方面发挥重要作用。他们的论文发表在2013年10月的《自然细胞生物学》(Nature Cell Biology)杂志上，清楚地展示了真核细胞在引力作用下直径如何小(小于10微米)。当细胞长得超过这个尺寸时，它就会受到引力的作用，需要细胞核内的支架或支撑来稳定内部成分。他们的研究证实，较大的细胞有额外的肌动蛋白网(作为额外的支撑)，这是所有其他较小细胞所不具备的关键成分。
很明显，重力在数十亿年的地球生命进化中起着至关重要的作用。诸如此类的研究认识到重力的重要性及其对地球上生命的显著影响。然而，人类现在正准备探索地球以外的宇宙，这一雄心勃勃的冒险的一个关键问题是零重力对人类生活的影响。美国宇航局通过双胞胎研究项目开始了这项任务，这是人类历史上一项新颖的实验，试图研究零重力对宇航员双胞胎马克和斯科特·凯利的影响。
斯科特在国际空间站待了很长一段时间，并于2016年3月2日返回地球。美国宇航局的科学家打算将他的身体重要器官的结果与他的双胞胎马克进行比较，马克仍然被困在地球上。长期影响需要几年时间才能知道。但短期影响我们可以看到。宇航员斯科特·凯利报告说，他骨量减少，肌肉萎缩，体内血液重新分配，这使他的心脏紧张。值得庆幸的是，这些症状大多可以通过康复和锻炼来恢复。尽管由于长时间暴露在高水平辐射中，斯科特·凯利的身体受到了挫折，患癌症的风险也有所增加，但他仍然为参与这项开创性的任务感到自豪，并很高兴为科学发现做出贡献。
自从我们的星球诞生以来，它经历了很多变化。但有一种力多年来一直保持不变，那就是重力。有足够的证据证明地球上的生命是如何受到重力的影响的。所有的生物过程都是在永远存在的重力作用下进化而来的，即使重力的暂时变化也会立即产生明显的影响。随着我们的目标是在地球引力之外建立人类生命，了解零重力的有害影响并设计出对抗这些影响的方法变得至关重要。当我们解决这些问题的那一天，我们将成功地为人类探索外太空铺平道路。
参考文献
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