美国国家航空航天局和中国国家航天局正在推动人类登陆火星的计划，最快可能在下一个十年内实现这一目标。为了达成这一宏大愿景，科学家们不仅要解决技术难题，还必须提前评估和应对各种潜在风险，其中宇航员的身体健康与安全始终是核心问题。
相比以往的近地轨道任务，前往火星意味着更长时间的太空飞行。在这一过程中，宇航员需要面对高强度宇宙辐射以及长期处于微重力环境带来的生理变化。而即便成功抵达火星，环境本身依然充满挑战。火星表面的重力只有地球的约38%，这种长期低重力状态可能对人体产生深远影响，尤其是对骨骼肌系统。
骨骼肌是人体中最重要的组织之一，占总体重的40%以上，直接关系到运动能力和代谢健康。然而，这类肌肉对重力变化极为敏感，在低重力环境下容易出现萎缩、力量下降以及功能退化。因此，弄清楚火星重力条件下肌肉会发生怎样的变化，是载人火星任务必须解决的关键科学问题之一。
为此，一个由多国科研机构组成的团队展开了系统研究，成员包括日本筑波大学、日本宇宙航空研究开发机构、贝斯以色列女执事医疗中心以及布莱根妇女医院等机构的科学家。相关研究成果已经发表在Science Advances上。
在实验中，研究人员将24只小鼠送入空间站中的“希望”实验舱，并利用JAXA开发的多重人工重力研究系统进行实验。通过离心机，这些小鼠在28天内分别暴露于四种不同的重力环境：微重力、0.33倍地球重力、0.67倍地球重力以及完整的1倍地球重力。实验开始前，小鼠在NASA肯尼迪航天中心接受了基础测试，任务结束后再进行详细分析。
研究人员重点评估了小鼠的体重变化、肌肉力量以及运动能力。结果显示，当重力为0.33倍地球重力（接近火星环境）时，已经可以在一定程度上减缓肌肉萎缩；而当重力达到0.67倍时，则几乎可以完全阻止肌肉退化的发生。通过电阻抗肌电图测量，小鼠在0.67倍重力下的握力也基本能够维持正常水平。
这些发现意味着，虽然火星的重力比地球低得多，但并非完全无效，它对维持人体肌肉仍有一定帮助。不过，仅依赖火星本身的重力可能还不足以完全保护宇航员的肌肉健康。
除了肌肉变化，研究团队还分析了小鼠血液中的代谢情况，发现有11种代谢物随着重力变化呈现明显差异。这些代谢物未来有望成为监测宇航员身体适应状态的重要生物标志物，为长期深空任务提供实时健康评估手段。
综合来看，这项研究传递出一个关键信号：在地球与火星之间长达数月的航行过程中，如何减少肌肉流失将成为任务成败的重要因素。宇航员不仅需要在火星表面执行复杂操作，还要在返回地球后迅速恢复身体机能，因此维持肌肉力量至关重要。
也正因为如此，科学家开始重新审视航天器的设计思路。例如，通过设置旋转舱段来产生人工重力，可能成为未来深空飞行器的重要组成部分。这类设计类似于NAUTILUS-X等概念方案，通过离心力为宇航员提供接近地球的重力环境，从而在长时间飞行中保护人体机能。
随着人类迈向火星的步伐不断加快，这类关于“低重力如何影响人体”的研究将变得越来越关键。它不仅关系到宇航员在任务期间的表现，也直接影响他们能否安全返回地球，并恢复正常生活。
本文译自：sciencealert（编译 / 整理：olaola）
封面图片：unsplash/Daniele Colucci