太空“双生子实验”, 十年后,他们还是一个比另一个更年轻吗?

综述

大家都知道,在航天历史上,有一对网红双胞胎,为人类的航天事业做出过突出贡献,他们就是美国前宇航员:马克·凯利(Mark Kelly)、斯科特·凯利(Scott Kelly)。

距离“太空双生子实验”将近十年了这对双胞胎宇航员现在怎么样了呢?还是跟当年一样,一个比另一个更年轻吗?

美国的重量级太空成员

斯科特·凯利(Scott Kelly):曾经是美国海军上尉,拥有8000小时飞行记录,驾驶过40多种不同飞机。连续340天在太空站工作,绕地球 5440 圈,看了 10944 次日出日落,并完成400项科学实验,他是离开地球时间最长的美国人

马克·凯利(Mark Kelly):美国海军退役舰长和宇航员,他曾四次参加太空任务,包括2011年”奋进号 “航天飞机的最后一次飞行任务,担任过航天飞机的指挥官和飞行员,进行空间站建设和维护,并进行科学实验和太空行走。于2020年当选为亚利桑那州的联邦参议员

太空双生子实验

2015至2016年间,Scott在国际空间站上“宅了”足足340天。与此同时,他的同卵双胞胎兄弟Mark则作为对照组留在地球上。

通过对兄弟俩多项生理指标的比较,研究者希望了解长时间太空飞行会对人的基因表达、代谢、免疫、认知能力等方面产生怎样的影响

一年后实验比对结果

研究人员发现,Scott长时间在太空,基因表达发生了比较明显的大量变化,就像爆米花开裂一样。具体来说,研究人员发现 DNA 甲基化的情况在增加,这是 DNA 修饰的一种形式,能在不改变 DNA 序列的前提下,改变遗传表现。

值得注意的是,回到地球后,Scott基因91.3%在6个月内得到了恢复,但8.7%表现形式被扰乱了,并在后续进行了持续跟踪(这里说的基因表达,并非基因突变)。

因太空的长期的微重力环境,导致Scott脊椎和骨关节压力减小,身高“暴增”5cm,肌肉萎缩、骨密度降低和视觉恶化,这就是为什么航天员要在太空锻炼,抵抗微重力影响。好在回到地球后,这些变化可以慢慢调养回来,但身高还是比原高了1-2 cm

曾经有宇航员回忆说,到了外太空,自己好像不是自己,你完全感觉不到身体的其它部位的存在一样。

根据“双生子佯谬”原理,Scott是否比他的孪生兄弟Mark年轻呢?按照引力场和时间膨胀理论计算,340天的差异,Scott 的时间线比一直待在地球上的 Mark 的时间线迟缓了 6 分钟 13 毫秒,而他的染色体端粒变得比以前更长。看上去,Scott确实年轻很多,当然,可能以前就是这样,做任何事,都可能把这6分钟抹去。

延伸阅读

住在高海拔或高楼处的人老得更快吗?理论上是这样例如,在珠穆朗玛峰顶部待上30年相比于海平面,年龄差异也只有0.91毫秒,这个差距对于人类寿命来说是毫无意义的。有人问,同样是远离地球核心,为什么高海拔时间快,外太空时间慢?

高海拔时间流逝速度快:根据广义相对论,引力弱的地方时间膨胀效应较为显著,所以高海拔地区的时间确实会比低海拔地区快一点点。

外太空时间流逝速度慢:当提到外太空的时间流逝速度,根据广义相对论,这将导致时间相对于地球表面略微加速,即时间流逝得比地球表面稍快。但是,如果航天器或物体在围绕地球或其他天体的轨道上高速移动,根据狭义相对论的钟慢效应(速度越快,时间越慢),时间会相对静止观察者变慢。在外太空讨论时间流逝时,通常考虑的是广义相对论效应导致的时间加速,但如果涉及到高速运动,则狭义相对论的效应也会叠加进来

结语

Mark和Scott都回到地球,生活很长时间后,他们的“太空双生子实验”已经受到了来自地球的干扰,因此现在来比较两人谁更年轻,已经没有了实际意义。

“双生子实验”更像是一个探索的开始,长时间的太空飞行对人的影响还需要后续研究才能确定。

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