آنچه سفر فضایی در مورد خواب و ریتم شبانه روزی به ما می آموزد

ویرایش شده توسط Swati Mestri، بررسی توسط اندرو زینین

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

بر روی زمین، بسیاری از ما به ندرت باید به سیگنال هایی فکر کنیم که ساعت های داخلی ما را در یک راستا نگه می دارند. خورشید طلوع می کند، نور روز تغییر می کند، تاریکی فرا می رسد و صبح دوباره می آید.

بدن ما در کنار این چرخه تقریبا 24 ساعته تکامل یافته است. نور یکی از قوی ترین سیگنال هایی است که بدن ما برای همگام سازی ساعت شبانه روزی استفاده می کند. اما چه اتفاقی می‌افتد وقتی خورشید دیگر برنامه قابل اعتمادی ارائه نمی‌دهد؟

یک فضاپیما تقریبا هر 90 دقیقه یک بار به دور زمین می چرخد، بنابراین فضانوردان در هر 24 ساعت حدود 16 طلوع و غروب خورشید را تجربه می کنند. آنها نمی توانند هر بار که خورشید ناپدید می شود بخوابند - اما بدن آنها هنوز باید بداند که چه زمانی زمان خواب، بیدار شدن، خوردن، ورزش و کار است.

این امر باعث می شود که پرواز فضایی چیزی فراتر از یک چالش مهندسی باشد. این یک آزمایش خارق‌العاده در زیست‌شناسی انسان است - آزمایشی که می‌تواند نشان دهد وقتی نشانه‌های محیطی که به طور معمول خواب ما را تنظیم می‌کنند، چه اتفاقی می‌افتد.

تصور می شود که خواب توسط دو سیستم بیولوژیکی در حال تعامل کنترل می شود. یکی از آنها ساعت شبانه روزی است که به تعیین زمانی که مغز انتظار خواب و بیداری را دارد کمک می کند. دیگری فشار خواب است که هر چه بیشتر بیدار بمانیم به تدریج افزایش می یابد و در هنگام خواب از بین می رود. معمولا این سیستم ها با هم کار می کنند. اما جت لگ، شیفت کاری و پرواز فضایی می تواند آنها را از هم جدا کند.

یک فضانورد ممکن است پس از ساعت‌ها بیداری خسته شده باشد، اما همچنان برای خوابیدن تلاش می‌کند، زیرا سیستم شبانه‌روزی آن‌ها نشان می‌دهد که روز است. احساس خستگی و آمادگی بیولوژیکی برای خواب همیشه یک چیز نیست. این تمایز یکی از مهم ترین درس هایی است که پرواز فضایی می تواند در مورد خواب به ما بیاموزد.

تحقیقات در زمان‌شناسی و علم خواب نشان داده است که هدایت دقیق برنامه‌های فضانوردان در مورد ورزش، وعده‌های غذایی، نور مناسب و برنامه‌ریزی کاری می‌تواند به جبران برخی از اثرات منفی از دست دادن خواب و اختلالات شبانه‌روزی کمک کند. نور مصنوعی را نیز می توان برای ارائه نشانه های محیطی مناسب تری کنترل کرد.

اما یک نکته وجود دارد: دادن زمان خواب به فضانوردان لزوما به معنای خوابیدن آنها نیست. به طور سنتی به فضانوردان در هر روز پرواز فضایی حدود 8 و نیم ساعت فرصت خواب داده می شد. اما تحقیقات در مورد انواع مختلف ماموریت ها نشان می دهد که آنها اغلب فقط در حدود 6 تا 6 و 1/2 ساعت کار می کنند.

شب به شب تکرار می شود، این شکاف به محدودیت خواب مزمن تبدیل می شود. تحقیقات روی ایستگاه فضایی بین‌المللی، الگوهای خواب روزانه شش ساعته یا کمتر را با کاهش قابل اندازه‌گیری توجه هوشیار مرتبط می‌داند - توانایی توجه و پاسخ مطمئن به اطلاعات مهم. در محیطی که یک سیگنال از دست رفته می تواند عواقب جدی داشته باشد، خواب صرفا یک موضوع راحتی نیست، بلکه بخشی از ایمنی ماموریت است.

بخش مورد علاقه من در ماموریت پرواز ماهانه آرتمیس ۲ ناسا در آوریل ۲۰۲۶ زمانی بود که اعضای خدمه هر روز با موسیقی انتخاب شده توسط فضانوردان و خانواده هایشان از خواب بیدار می شدند. یک روز صبح، کریستینا هموک کخ فضانورد آمریکایی ناسا را ​​به خاطر قطع کردن "باشگاه پونی صورتی" توسط چاپل روان قبل از گروه کر صدا کرد.

موسیقی به جای یک درمان شبانه روزی، یک سنت روحیه بخش بود. اما فضانوردان همچنین از مانیتورهای حرکتی و خواب بر روی مچ به عنوان بخشی از مطالعه Artemis Research ناسا برای سلامت و آمادگی خدمه قبل، حین و بعد از ماموریت استفاده کردند. این به محققان اجازه داد تا چگونگی تغییر خواب و فعالیت در طول تمرین، پرواز در اعماق فضا و بازیابی روی زمین را در کنار اندازه‌گیری‌های شناخت، رفتار و عملکرد تیم بررسی کنند.

مأموریت‌هایی مانند آرتمیس II، همراه با شبیه‌سازی‌های مریخ ناسا، پنجره‌ای غیرمعمول به خواب انسان را در اختیار دانشمندان قرار می‌دهند. تحقیقات فضایی به جای اینکه آن را به عنوان چیزی که به سادگی در زمان خستگی اتفاق می‌افتد تلقی کنیم، نشان می‌دهد که چقدر خواب به زمان‌بندی بستگی دارد.

ناسا فقط اختلال خواب را مشاهده نمی کند. همچنین در حال آزمایش راه‌هایی برای جلوگیری از آن است - مانند پخش نویز صورتی (یک سیگنال صوتی حاوی تمام فرکانس‌هایی که انسان می‌تواند بشنود، اما با فرکانس‌های پایین‌تر بلندتر و فرکانس‌های بالاتر آرام‌تر) از طریق هدبند در طول یک فرصت خواب چهار ساعته در طول روز می‌تواند هوشیاری بعدی را بهبود بخشد.

مطالعه مقدماتی، که شامل 14 بزرگسال سالم بود، هیچ تفاوتی در اینرسی خواب یا توجه هوشیار بین صدای صورتی و شرایط کنترل در 40 دقیقه اول پس از بیدار شدن پیدا نکرد.

در فضاپیماها، نور به عنوان بخشی از سیستم حمایت از حیات بیولوژیکی در نظر گرفته می شود. نور سفید غنی شده با آبی می تواند از هوشیاری پشتیبانی کند و به همگام سازی ساعت شبانه روزی در طول ساعات بیداری برنامه ریزی شده کمک کند، در حالی که نور کم نور و کم آبی می تواند به آماده سازی مغز برای خواب کمک کند.

اما این یک معامله مهندسی غیرمنتظره ایجاد می کند. آزمایشات اخیر ناسا نشان داد که نورپردازی قبل از خواب باعث تولید ملاتونین بیشتر می شود اما تمایز رنگ را مختل می کند. بنابراین، هنگامی که فضانوردان نیاز به شناسایی کنترل‌ها، تجهیزات یا سیگنال‌های هشدار با کد رنگی دارند، یک تنظیم نور که به نفع سیستم شبانه‌روزی است، ممکن است نامناسب باشد.

زمانی که فضانوردان کم خواب باید هوشیار باشند، کافئین می تواند از برخی جنبه های عملکرد محافظت کند، اما مشخص شده است که با خوابی که برای عملکرد خوب روز بعد نیاز دارند نیز تداخل دارد.

در فضا مانند زمین، کافئین می تواند به طور موقت یک مشکل را حل کند و در عین حال بی سر و صدا به ایجاد مشکل بعدی کمک کند.

چالش بعدی حتی اساسی‌تر است: چه اتفاقی می‌افتد وقتی انسان‌ها به طور کلی زندگی مطابق با روز زمین را متوقف کنند؟ یک "سل" مریخی تقریبا 24 ساعت و 40 دقیقه طول می کشد. این 40 دقیقه اضافی ممکن است بی اهمیت به نظر برسد، اما برای سیستم شبانه روزی انسان، یک مشکل دائمی برنامه ریزی را ایجاد می کند.

در اواخر سپتامبر 2026، خدمه چهار نفره آخرین شبیه‌سازی سالانه CHAPEA مریخ ناسا قرار بود از برنامه 24 ساعته زمینی به این روز مریخی طولانی‌تر حرکت کنند. اکنون انتظار می رود که خدمه به وقت مریخ بمانند تا ماموریت مستقر در مرکز فضایی جانسون در هیوستون تگزاس در 31 اکتبر به پایان برسد.

چهل دقیقه ممکن است بی اهمیت به نظر برسد، اما به تعویق انداختن مکرر زمان خواب و بیداری به معنای درخواست مداوم از سیستم شبانه روزی برای تنظیم است. کاوشگران آینده مریخ ممکن است واقعی ترین شکل جت لگ قابل تصور را تجربه کنند - نه صرفا در مناطق زمانی سفر کنند، بلکه بین روزهای سیاره ای سفر کنند.

سواتی مستری دارای مدرک لیسانس در مهندسی الکترونیک است و از سال 2019 به عنوان ویرایشگر محتوا کار کرده است. او ویرایش اسناد تحقیقاتی در زمینه فناوری، مراقبت های بهداشتی و علم مواد را تجربه کرده است و علاقه خاصی به فناوری و فضا دارد. نمایه کامل →

فوق لیسانس فیزیک با تجربه تحقیق. علاقه مندان به اخبار علمی طولانی مدت. نقش کلیدی در موفقیت سرمقاله Science X ایفا می کند. نمایه کامل →

این مقاله از The Conversation تحت مجوز Creative Commons بازنشر شده است. مقاله اصلی را بخوانید.