【菠萝科学奖】航天员闻起来什么味？

xiaomo2012

2016菠萝化学奖颁给北京化工大学的祁欣等人，以表彰他们发现了航天员体味的具体化学成分。不要装作你没有好奇过这个问题了，来看一看严肃科学是如何解答的吧。

【菠萝科学奖】航天员闻起来什么味？

9 U! E! G( Z0 }! W/ c乘员舱是航天员每天生活的场所，为了保证这里的环境对航天员健康无害，他们自己的代谢物也需要得到定性和定量分析。上个世纪，俄罗斯、美国都已做过类似的研究，而2012年，北京化工大学理学院的祁欣等研究者和中国航天员科研训练中心合作，分析了中国男性代谢污染物的产生速率，成果以《航天器乘员舱中人体代谢痕量化学污染物产生速率》为标题发表在ActaAstronautica杂志上——某种程度上说，也可以算是对航天员体味的化学分析了。
说到代谢产生的物质，屎和尿显然是大头，但是乘员舱里倒不需要考虑这两个途径产生的污染，因为一般来说，它们和乘员舱的空气是隔离的。那么人体代谢产生污染的途径就主要剩下了三个：呼出的气体、皮肤挥发出的气体和汗液。这三个渠道都能产生哪些污染物、它们产生的速度如何，就是这个实验要研究的内容。

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知道了，开始试验吧。图片来源：123rf.com
% q0 O" h- m( B* w* i+ f! Y室温、人的年龄、饮食、运动、个人健康状况都和代谢污染物的种类和产生速度有关系，所以这个实验也要对这些方面详加考虑。研究对象方面，科学家挑选了20名非常“标准”的中国男性志愿者，尽量贴近航天员的情况：他们的年龄在28～40岁之间，很健康——没有糖尿病、肠胃炎、肝病和肾病，不吸烟，测试前和测试中也没有过量饮酒；他们身量中等——身高为165～175cm，体重为65～75kg；实验期间吃的是标准的中餐。
值得说明的是，此前美国和俄罗斯的研究考虑了其他条件，但并没有涉及运动状态，而中国的研究则设定了三种运动状态，看运动负荷对代谢污染物的产生有什么影响。在真正的轨道中，航天员的运动状态一般包括睡眠、安静、轻到中度的运动，这次研究就据此设计了三种状态：一是安静状态，志愿者需要静坐1小时；二是轻度运动状态，志愿者需要在跑步机上慢走1小时；三是中度运动状态，志愿者需要在跑步机上慢跑1小时。

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太空舱里也能做运动。图片来源：paratic.com
6 g2 ^* F2 I0 v/ s0 H实验的环境是一个模拟的航天器乘员舱，温度在22摄氏度左右，志愿者们需要穿上一种特制的气密性服装，以便三种渠道产生的代谢物能被有效地收集起来。
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这就是实验使用的特殊服装。图片来源：祁欣

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上图分别展示了三种运动状态。左侧为安静状态（坐着就说坐着……），右侧为轻度和中度运动状态。图片来源：祁欣
& l1 q2 T4 f" N, m2 F' l在动用了气相色谱-质谱联用仪、气相色谱仪、紫外分光光度计等工具仔细分析后，中国男性航天员在乘员舱中到底会“制造”哪些污染就一目了然了。祁欣等人一共找到了16种化合物，包括烃类、醇类、酮类、醛类、酸类、含氮化合物，其中某些物质会在中度运动时产量明显增加，比如硫化氢就增加得非常明显，而硝基吡啶等的产出则在三种状态下没有明显区别。
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我们可是相当精确的。图片来源：123rf.com
之前美国和俄罗斯的研究得到的数据差异不小，把中国的数据加进比较的行列，会发现一些有趣的结果：中国男性和俄罗斯男性的氨和丙酮产生速率接近，一氧化碳、乙醛、氢则接近美国男性的结果。此外，二氯甲烷等几种代谢物并没有在美俄的研究中发现，属于纯粹的中国造。
这16种化合物中有刺激物，有窒息性毒剂，也有中枢神经系统抑制物，不过要想知道它们到底会给航天员的健康带来什么影响，还需要看看剂量再说。在做了一番计算后，实验得出结论，认为每个人每天能释放出的污染物量对乘员舱的环境而言是安全的。不过，污染物的浓度会有积累效应，而乘员舱毕竟是密闭的，如果不及时妥善处理污染物，航天员的健康还是有可能受到威胁。特别是对于长期航天任务来讲，这项研究的结果对环境控制和生命维持系统的设计很有意义。
4 y, S7 f6 X% ?说回航天员的体味问题，其实他们的体味应该和普通人没什么大差别，而考虑到代谢物中含有氨、硫化氢这种性质描述中自带重口词汇的物质，如果太长时间不洗澡的话，航天员的味道肯定也并不好闻。

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图片来源：imgur.com
+ a2 _+ l& `. ~+ W2 T' n) v1 |PS，总感觉他们似乎漏掉了产自肠道的气体呢……
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