人在月球上行走,挺快

只要看过尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)首次在月球上漫步的影片,你就一定会被他异乎寻常的步态所吸引。不过,与大多数人认为的刚好相反,宇航员在月球上独特的步态并不是重力太低的结果。Wyle科学、工程及技术实验室的科学家约翰·德威特(John De Witt)解释说,早期的宇航服不是设计用来行走的,因此宇航员只能将就着宇航服做出有限的动作。

人在月球上行走

美国航空航天局(NASA)负责飞船外活动生理学、系统及演示项目的迈克尔·格恩哈特(Michael Gernhardt)想更深入地了解人类在低重力环境下会如何运动,包括速度多快时我们会从步行转变成奔跑,以便设计出允许更自由运动的现代宇航服。

在地球上测试月面重力下我们会如何运动的唯一准确方法,就是搭乘NASA改装过的DC-9飞机,在作俯冲抛物线飞行降低机上感受到的重力的同时,开始起跑。德威特和他的同事布伦特·爱德华兹(Brent Edwards)、梅莉莎·斯科特-潘多夫(Melissa Scott-Pandorf)及詹森·诺克罗斯(Jason Norcross)一起,召募了3名宇航员和其他5名能在俯冲的飞机上忍住恶心的受试者,在实验中检验他们的奔跑。

“俯冲的飞机上可不太舒服,”德威特回忆说,“如果你感到恶心,那就完了。我们想要确保我们找的人能够适应飞行。”一旦受试者登上飞机,实验团队每次俯冲时只有20秒时间,机上的重力相当于地球重力的1/6。只有在这些时间段内,他们能够测试被设置成不同速度的跑步机上,受试者是在步行还是在奔跑。不过,德威特回忆说,在头几次抛物线飞行时的手忙脚乱之后,实验进展得非常。

回到地面上之后,德威特及其同事分析了受试者从步行逐渐转变成奔跑的速度。德威特解释说,“奔跑是指有双脚会周期性地同时离开地面。”按照理论计算,人在月面重力环境下由步行转变成奔跑的速度,应该在0.8米/秒。然而,研究团队算出了他们在实验中观察到的转变速度,结果让他们吃了一惊——“平均值为1.4米/秒”。

“对我而言,”德威特说,“这样的差异是实验中最有趣的部分。”他指出,反向摆动的双臂和双腿所产生的加速力,或许可以解释从步行到奔跑的转变速度为什么会有提升。他解释说,这种手臂和腿部的摆动所产生的加速效应,在地球上可能也在发生,只不过相对于我们地球上的重力,四肢摆动产生的加速力就相对可以忽略了。不过,他推测这一效应在微弱的月球重力环境下会更加显著。

德威特还说,转变速度更高并非没有先例。其他科学家先前也曾在地面上模拟过月面重力,用一根吊杆来承载受试者5/6的体重,而那些受试者从步行转变成奔跑的速度也在1.4米/秒左右。他说,“这件事告诉科学家,在实验室里所做的研究,虽然成本要飞机便宜许多,大概也足够给你提供所需要的信息了。”

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