从雅典到国际空间站

在莎拉·怀亚特11岁生日那天，在肯塔基州梅菲尔德的家中，她惊奇地盯着电视，看到尼尔·阿姆斯特朗和巴兹·奥尔德林在月球上行走。近1000英里外，11岁的杰弗里·戈尔茨坦（Jeffrey Goldstein）从布朗克斯收看了电视，完全被迷住了。

今天，这两个国家都在进行自己的太空研究，同时培养下一代科学家。

怀亚特是俄亥俄大学植物分子和细胞生物学教授，拥有植物生理学博士学位，他已经向国际空间站发送了四个实验，第五个即将离开。从微重力如何影响植物生长到太阳辐射对植物发育的影响，她的研究无所不包。怀亚特最近还与美国国家科学院选出的19名美国顶尖科学家一起，为美国宇航局制定了一项“十年调查”，总结了过去10年美国太空研究的情况，并提出了未来10年推进科学发展的战略建议。怀亚特说：“与这个国家的顶尖科学家进行对话是很有趣的。”

戈尔茨坦还将他对太空的热爱发展为一项以教育为重点的事业，他获得了天体物理学博士学位，并在史密森尼和挑战者中心等机构工作。如今，他领导着国家地球和空间科学教育中心（NCESSE）和阿瑟·c·克拉克空间教育研究所。

2023年，他们在Goldstein创立并指导的学生太空飞行实验计划（SSEP）中相遇。

从2010年开始，SSEP允许小学高年级到本科生设计微重力实验并撰写正式提案；迄今为止，已有19次任务将学生实验送入太空。在18号任务中，来自37个参与学习社区的每一个获奖学生将登上一架飞往国际空间站的SpaceX航天飞机——俄亥俄大学学生的作品将首次出现在其中。

合作与沟通

Goldstein建立SSEP计划是为了填补STEM教育的空白：美国科学教育与专业研究团体之间缺乏实际合作

戈尔茨坦说：“所有正规教育——从学前班到拿到最终文凭和握手——都有一个核心目标，那就是让我们的孩子为现实世界做好准备。”“如果我们想激励学生成为科学家和工程师，他们现在就开始承担起科学家和工程师的职责是绝对必要的。这意味着他们要对周围的世界提出问题，批判性地思考，解决问题，并与团队合作，以面对面和书面的方式交流他们的想法和想法。”

对于SSEP， Goldstein首先向美国的每个学院、大学和公立学区发出公告。每个感兴趣的社区都必须提交一份正式的实施计划，证明他们拥有合适的教育团队和成功的策略。一旦被接受，每个社区可以向国际空间站发送一个学生设计的实验，消除了跨社区的竞争。

来自威廉希尔亚洲真人平台莫米的环境与植物生物学专业四年级学生维多利亚·斯威勒（Victoria Swiler）在怀亚特的实验室工作时发现了SSEP。

“怀亚特博士说，‘嘿，我收到了一封关于学生太空研究机会的邮件。你想这么做吗？’我说：‘当然！’”斯威勒回忆道。“所以她说，‘好吧，你在帮我做外联。我们起草几封电子邮件吧。’”

怀亚特和斯威勒从大约50封来自感兴趣的学生的电子邮件回复开始，这些学生代表了校园里的每一所大学。怀亚特说：“我们听取了理工科学生的意见，也听取了英语专业、历史专业、音乐家的意见——几乎所有人的意见。”

与此同时，来自威廉希尔亚洲真人平台汉密尔顿的生物科学专业三年级学生迈克尔·莱恩（Michael Lane）正在寻找研究机会。“当我了解到这一点时，我就想，‘太空？！我当然想这么做，’”他回忆道。

莱恩与斯威勒和内森·史密斯（来自威廉希尔亚洲真人平台森特维尔的二年级野外生态学专业学生）一起被安排在威廉希尔亚洲真人平台的“第二组”。该小组由来自威廉希尔亚洲真人平台斯特朗斯维尔的转化生物医学科学博士候选人Nick Whitticar主持。

实验设计

第二小组与其他9个小组（共34名本科生）一起参加俄亥俄大学本科生研究和写作课程，学习科学方法、提案写作和国际空间站飞行实验的严格参数。怀亚特确保每个小组至少有一名自然科学专业的成员，其他方面，年龄和学术背景在研究小组中均匀分布。

根据Goldstein的说法，这种方法——以及SSEP的一般方法——反映了空间研究的跨学科性质。他说：“没有纪律是一座孤岛。”“如果你想到美国宇航局，每个人都会想到‘宇航员’。不过，尽管他们的知名度很高——他们理应成为公众英雄——但宇航员本质上是被美化的技术人员。每个宇航员的背后都有数百名工程师和科学家。”

SSEP的参与者接受了实验设计的速成课程，包括在国际空间站进行研究所涉及的限制，那里的空间极其有限，宇航员的努力必须事先精心编排。

怀亚特解释说：“实验受到航天硬件的限制。”他描述了一个6英寸长、直径半英寸的圆柱体，用夹子把它分成两半或三半。“他们可以研究任何适合的东西，并且可以保持静止状态（直到到达国际空间站的实验室）：植物、细菌、铁锈。”

斯威勒说，在研究他们团队提案的实验选择时，她回顾了怀亚特合作的十年调查，发现了一个关于在国际空间站上发现的新细菌的部分。

斯威勒说：“他们对所有的东西进行了测序，发现[国际空间站的细菌]具有可能促进植物生长的特性。”“我们想看看它是否真的能做到。”

学生团队从加利福尼亚州的美国宇航局喷气推进实验室订购了样品，然后设计了他们的实验，将一种名为拟南芥（俗称：thale cress，芸苔属植物，与卷心菜有关）的植物种子嵌入两种基质中，这两种基质结合了植物食物和一种类似明胶的固化剂——琼脂——一种用作对照，另一种与国际空间站的细菌混合。

斯威勒说：“从国际空间站获取细菌非常酷，但我最喜欢的部分是设计我们自己的实验。”她解释说，在将对照植物与暴露在国际空间站细菌中的植物进行比较后，史密斯领导的研究小组将检查植物样本的基因测序，寻找特定的基因表达。

史密斯说：“我没有意识到提议的范围有多广。”他确定了10个植物基因来分析它们对细菌的反应。“寻找基因真的很有趣，但也很有挑战性，”他补充道。“你必须考虑所有事物将如何相互作用。这有点像和自己下棋，我必须做很多研究才能找到最合适的棋子，这样我们才能得到正确的结果。其中一个基因——我认为是最酷的一个——作为一种致病反应，使细胞壁变硬。”

在10个团队完成各自的提案后，研究副校长办公室的拨款发展和项目高级主任罗克珊·马-布伦（Roxanne Male-Brune）组织了一个教授小组，选出俄亥俄大学将发送给NCESSE进行最终选择的三个提案。

第二组晋级了。然后，在12月，该小组的努力得到了回报，执行副总裁兼教务长伊丽莎白·塞尔斯宣布他们是由NCESSE召集的专家委员会选出的最终获胜的山猫队。他们的实验将于今年秋天飞往国际空间站，由宇航员进行。与此同时，第二小组将在地球上做同样的事情，以获取额外的控制数据。

剩下的威廉希尔亚洲真人平台的参与者可以使用怀亚特的微重力模拟回转器在波特大厅测试他们的假设。怀亚特解释说：“我们的恒温器有一个轴向这个方向旋转，另一个轴向另一个方向旋转。”“这些管子仍然处于重力状态——它们在我的实验室里，只是在滚动——但在管子里，重力的影响是混乱的。”

所有申请

怀亚特指出，对植物的太空研究，无论是她自己的还是她的SSEP学生获奖者的研究，都可以应用于比太空探索更广泛的领域。

怀亚特说：“当我们学会在危险的条件下种植植物时——无论是在月球、火星还是一般的太空——我们也学会了在地球上创造更好的生态系统。”“地球上有很多地区是沙漠，或者当地人正在经历饥荒。如果我们能弄清楚如何在可能封闭的小区域更好地种植营养丰富的作物，这也可以帮助地球上的人们。”

对于Goldstein来说，SSEP的主要目标只是让年轻人对基于探究的学习和科学方法感到兴奋。他认为这种方法丰富了所有学生，而不仅仅是那些追求STEM学习和职业的学生。

他说：“人类天生好奇，以证据为基础的学习者——提出问题，在宇宙中寻找数据。”“科学的方法遵循实践的、基于过程的方法，它定义了我们人类如何最好地学习。这是科学家和工程师推动他们领域发展的方式，也是厨师创造新菜的方式。这是诗人创作新作品的方式，也是艺术家在画布上作画的方式。SSEP通过真正沉浸在美国的太空计划中来培养这些技能，”戈尔茨坦总结道，并补充说，“郑重声明，我们很荣幸和兴奋今年能与俄亥俄大学合作。”

 

关于项目：学生航天实验计划（SSEP）是美国国家地球和空间科学教育中心（NCESSE）和国际上亚瑟·c·克拉克空间教育研究所的一个计划。它是通过与纳诺拉克斯有限责任公司的战略伙伴关系实现的，纳诺拉克斯有限责任公司根据《空间法协议》与美国宇航局合作，作为利用国际空间站作为国家实验室的一部分。莎拉·怀亚特博士在俄亥俄大学指导该项目。