在月球基地用“飞檐走壁”锻炼身体
在月球基地用“飞檐走壁”锻炼身体
在未来的月球基地中，宇航员如何保持身体健康？意大利研究人员从摩托车特技表演中获得灵感，提出了一种创新的锻炼方式——在垂直环形跑道上"飞檐走壁"。这种锻炼方式不仅能够有效对抗低重力环境对人体的影响，而且设备简单、成本低廉。
低重力对健康的影响
人类是地球上高度特化的动物，我们的身体结构和生理功能都是为了适应地球的重力环境而进化的。在空间站的微重力环境和月球的低重力环境中，人类会面临一些挑战和适应问题。这也是我们在走向星辰大海中必须面对的问题。
在地球上，我们的骨骼需要支撑身体的重量，到了微重力或低重力环境中，骨骼不再需要承受同样的压力，这会导致骨质疏松。同样，肌肉需要对抗重力来支撑和移动身体。在微重力环境中，肌肉会逐渐萎缩。心脏和血管系统为了对抗重力，需要足够的压力将血液泵送到全身，在微重力环境中，血液会过多向头部移动表现为面部肿胀，导致所谓的“太空贫血”和视力问题。
我们的平衡感和运动能力在很大程度上依赖于重力。在微重力环境中，动物需要重新学习如何移动和保持平衡。目前在空间站住了一个月的4条斑马鱼，虽然健康状况良好但在微重力下表现出多种定向行为异常，表现出腹背颠倒游泳、旋转运动、转圈等定向行为异常现象。
人类长时间处于微重力或低重力环境还会对心理健康产生影响，包括孤独感、压力和睡眠问题。
而且在没有重力的环境下，生命的繁殖和胚胎发育也会受到显著影响。比如，胚胎需要重力帮助才能附着在母体的子宫壁上。胚胎在子宫内需要靠重力正确定向，如果没有重力，胚胎可能无法确保器官的正常发育和位置。一些实验在微重力环境下观察了小鼠胚胎干细胞的行为，发现细胞的分化和组织形成受到了影响。
因此，为了适应这些环境，宇航员会接受特殊的训练，并使用各种设备和技术来帮助他们保持身体健康，比如定期进行体育锻炼来对抗肌肉萎缩和骨质疏松，以及使用特殊的药物和营养补充剂来支持他们的健康。
如何解决月球定居的锻炼问题
那么到了2028年中国航天员为了建设国际月球科研站而在月球长期驻扎时，如何避免肌肉萎缩、骨质疏松、心肺和神经功能退化等问题呢？
我们知道月球的引力约为地球的1/6。根据地面和空间站的相关研究表明，低强度稳态运动或高强度间歇训练有助于保持心肺健康，但对骨骼和肌肉的影响有限。而在月球这种低重力环境中跑步、跳绳、跳跃这样的跳跃步态比步行速度更快，在保持心肺健康和肌肉骨骼强度方面能够达到效果。但这种跳跃运动由于未能模仿在地球上的行走步态，而且由于低重力环境下垂直下落的速度降低，可能无法对身体平衡能力和运动控制能力方面提供足够的刺激，这可能导致宇航员神经方面的问题。
专家们也考虑过使用大型离心机来模拟重力，理论上这种增加重力的方法效果更好，但是运往月球的每一克载荷都非常宝贵，能够让人在里面运动的大型离心机不单技术上难以实现，还会消耗大量电力。
因此，与仅训练部分肌肉群相比，全身性活动效果应该会更好，与地球类似的步态运动效果会更好，训练设备如果能就地取材更好。
月球跑步墙
意大利米兰大学的Alberto Minetti从摩托车手的特技表演“死亡之墙”中获得了灵感。设计出一个新颖好玩的健身策略——在圆柱形墙壁上奔跑。研究团队相信这种锻炼方法适合月球，能够让月球定居者对抗低重力环境对健康的不良影响。
由于摩擦力和向心力的共同作用，高速行驶的摩托车可以沿着圆形墙壁行驶而不打滑。Minetti表示，在地球上，人们由于跑得不够快而无法像摩托车一样立在墙上，“但我们想看看在月球上做这件事是否可行”。根据测算，在月球环境下，只需要速度在5—7米/秒、步频在2.5—4赫兹就能在墙上安全奔跑。
研究人员在一家游乐园租用了一个直径9.7米、高5米的“死亡之墙”。他们分别用蹦极绳将两名研究志愿者绑在高于墙壁的柱子上以支撑其体重，这使他们的体重减轻了83%——相当于在月球上的体重。结果显示，两名志愿者（男性，1.78m 60kg；女性，1.70m 62kg）都能以每秒6米的速度绕墙跑几圈。
志愿者以每秒6米的速度奔跑
参与实验的人员表示，只需要5到8次尝试就能习惯这种锻炼方式。接触墙壁时所感受到的墙壁反作用力与地球上的踩在地面上感受到的重力大小相似。根据实际测量，为了维持身体稳定，这种垂直跑步的方式下腿部受力比地球上还要高一些，墙面的反作用力峰值相当于4.8倍体重。在这种重力条件下只需跑170步就能获得足够的运动量，考虑“死亡之墙”的周长30米，每天跑8—9圈，总运动时间仅40—45秒就够了。
因此研究人员认为“通过在垂直墙壁上水平奔跑，我们创造了一种人造重力。”这项运动仅需要在月球基地中建设一间圆形运动室，在房顶安装悬索和安全带（仅9公斤），整套装置无需能源，这相比于比大型离心机的成本，根本不值一提。
研究人员认为在月球上“每天跑步两次，每次几分钟就足够了”。这种运动量足以应对低重力带来的主要问题，比如骨密度下降和心血管健康问题。这项练习也可以用于帮助宇航员为返回地球做准备。
近期相关研究成果发表于英国《皇家学会开放科学》，对此英国伦敦大学学院的Ilan Kelman评价说：“从实验设计和科学分析的角度来看，这项研究看起来是可靠、重要的。”
不同重力加速度条件下的运动效果