人能在真空存活90秒?历史上的动物真空实验和人类的减压事故

关于这个问题,我们通常的误解是:当人暴露在近乎真空的环境时,会立即失去意识,血液开始沸腾,然后发生爆炸。在极度“寒冷”的太空中会被冻住。

但事实上,在真空环境中,只要不屏住呼吸,让肺部的气体迅速排出去,人可能会保持清醒10-15秒。如果憋气就会导致肺部破裂,直接丧命。在失去意识之后,只要在90秒内被救回到加压环境中,人就会苏醒过来。有些动物甚至能够存活长达3分钟,因为黑猩猩就做到了这一点,而且苏醒后并没有留下什么后遗症,没有长久的损伤。你可能奇怪这些说法是怎么来的?其实这些数字是根据人类事故和动物实验得出来的。

人类在动物身上的实验

例如,1965年,德克萨斯州布鲁克斯空军基地的研究人员对人类最好的朋友(狗)进行了一系列的实验。他们将狗暴露在接近真空(正常大气压的1/380)的环境中,测试不同的时间,以观察动物的身体反应。在大多数情况下,只要时间少于90秒,狗就可以在没有受到永久性伤害的情况下存活下来。一旦把时间推到两分钟,狗就会出现心脏骤停并死亡。

在实验中,这些狗在10-20秒后失去了知觉。还会同时伴随排尿、喷射性呕吐和排便,后两种症状是由消化道的气体迅速排出造成的。许多狗也经历了剧烈的痉挛。一些狗的舌头上结了一层薄薄的冰,这是因为嘴里的水分蒸发,舌头迅速冷却造成的。最后,狗的身体膨胀到正常大小的两倍,看起来就像“一个充气的山羊皮囊”。

现在想来这些狗应该已经没有生还的希望了,但事实上,只要在90秒前恢复了气压(狗的心脏还在跳动),他们都活了下来,并且事后没有明显的后遗症。其直接的后果是,在恢复正常大气压后,狗大约在10-15分钟无法行走。再过几分钟,视力会逐渐恢复。除此之外,这些狗看起来都很好,没有落下病根。

这是狗,那人类呢?于是黑猩猩被选为了实验小白鼠。它的表现要比狗狗好得多,黑猩猩大多数都能存活3分钟,最高纪录是3.5分钟。然而,除了依靠动物实验。这些年来发生在人类身上的减压事故已经够多的了。

发生在人类身上的减压事故

第一次发生这样的事故是在1965年,约翰逊航天中心的一名技术人员不小心拔掉了一根软管,导致太空服减压。大约在15秒的时候,其他的技术人员开始对舱室重新加压,但是这个过程也需要花很长的时间,这让我们得以一窥人类在这种情况下的表现。

具体来说,事故人员保持清醒14秒。在这段时间里,他能感觉到舌头上的水很快地蒸发。在其他人员往舱室加压大约27秒的时候,在4500米高的大气压下恢复了知觉。事后唯一短暂的后遗症是,他尝不出任何东西的味道,但味觉在一周内恢复了正常。

在另一起减压事故中,当事人就没这么幸运了。救援人员总共用了大约3分钟的时间才给事故人员所在的舱室重新加压。由于时间太长,事故人员已经停止了心跳。

更严重的事故是在1971年的“联盟-11”任务中,3名宇航员丧生于减压事故中。当机组人员回到地球时,压力平衡阀发生故障,在160公里的高空太空舱开始失去压力。

三名机组人员暴露在近乎真空的环境中大约11分30秒。太空舱降落时,救援人员发现三名宇航员看起来都像是睡着了,第一眼看上去并没有真正的组织损伤。直到近距离观察,才注意到一些组织损伤。现在我们有了一个很好的概念回到这个问题,如果整个身体暴露在一个近乎完美的真空环境中,人能坚持多久?如果身体的一部分暴露在近乎真空的空间中,会发生什么?

关于身体的一部分,我们可以回答这个问题的原因是,因为在1960年8月16日,美国空军上校季丁格(JoeKittinger)从19500米高空跳伞时,设备出现了故障。在他上升的过程中,发生了以下事情:

在上升到13000米的高空,季丁格感觉到右手不正常。并且检查了压力手套,发现气囊没有膨胀,也就是说右手处在失压的状态下。随后手肿了起来,失去了大部分的血液循环,并引起极度的疼痛,着陆后肿胀的手三小时后恢复正常,没有任何不良反应。

他的总上升时间为1小时31分钟,在最高高度停留了12分钟,总下降时间为13分45秒,因此他的手在接近真空的环境中暴露了相当长的一段时间,但没有长期的不良影响。

综上所述,如果暴露在近乎真空的空间中,只要不屏住呼吸,不阻碍身体减压,就会发生以下的事:

保持清醒10-15秒,在此期间,会感到水分从舌头上蒸发,皮肤上的水分也在蒸发。蒸发会带走热量,因此真空会让人感到寒冷。

可能会呕吐、排便,也可能不会,因为胃和肠子里的气体会迅速排出(注意:在进入太空之前,最好不要吃辣椒和可乐)。

心率会上升,然后稳步下降,动脉血压也会如此。当气压恢复时,静脉压力会稳步上升。

如果没有穿紧身衣服,身体会膨胀到正常尺寸的两倍。根据《生物航天数据手册》,只要有一套设计合理、尺寸合适的弹力服,实验表明,即使在15托(参考760托为正常大气压,月球上的大气压为10-11托)的环境下,也能防止体液中形成气泡。47托是血液正常的沸点。身体的肿胀是由于软组织中的水分变成了气态。但是,我们的皮肤足够强韧,可以承受膨胀的压力。所以人不会爆炸,只会膨胀。

在这个过程中,身体会不断地通过嘴和鼻子排出气体和水蒸气,这些气体和水蒸气随着水分的蒸发而变得越来越冷,嘴或舌头会冻结。

如果恰巧处在阳光直射的地方,就会遭受极端的辐射晒伤,因为没有地球大气层或其他介质保护人体免受太阳强紫外线的伤害。

皮肤会因为缺氧而开始变成蓝紫色。

大脑和心脏将在一段时间内保持相对完好,心脏将继续跳动直到90-180秒。

如果压力及时恢复,会暂时失明,行动不便,但这两种症状都会缓解。很明显,还会在几天内失去味觉。

如果屏住呼吸或试图阻止空气在爆发性减压过程中被呼出的速度,肺和胸腔会因为过高的内压而过度膨胀,造成肺组织和毛细血管的撕裂和破裂。被困住的空气通过肺部进入胸腔,空气可以通过破裂的血管直接注入到一般的循环系统,大量的气泡在身体各处流动,并停留在重要的器官,如心脏和大脑。这也适用于在高海拔的商用飞机上减压,所以如果你在飞机上遇到这种情况,一定不要屏住呼吸。