1983年11月28日上午11时，一个新的时代开始了。一名美国生物医学工程师和一名德国材料学家登上“哥伦比亚号”航天飞机，成为首批飞入空间的文职人员。这次飞行将完成载人宇航史上最有雄心的科学项目之一。“空间实验室1号”（Spacelab 1）便是许多这类飞行中的首次航行，取得的信息相当于二十八万卷百科全书。
空间实验室仅是空间实验沧海中之一粟。每次航天飞行都有一些科学或商业性研究成果。观察失重对昆虫活动的影响，使种子发芽，及制造人造雪。制成微细的泡沫聚苯乙烯球体，其均匀度在地球上是无法取得的。在重要的生物医学试验中，这些球体在显微镜下可用以测定细胞，最近，它已成为第一批市售的空间产品，三十五盎司可售得三十五万美元。
在未来，这些成果将大大扩展。诸如不久前开发的“长期暴露装置”一类无人实验封包将每次留置在轨道上几个月，以测试太空对生物样品和可能用以制造未来空间站的材料所产生的影响。航天飞机计划中的四十一次飞行将携带部分空间实验室硬件。载人研究工具本身预定在1988年前再航行四次。
天空实验室
可喜的是，科学家们最终将获得机会，在他们自己的轨道实验室航行，在第一次世界大战前不久，奥地利人V · F · 赫斯就曾做过气球飞行，测量宇宙线。此后，科学家们一直设法将其仪器投入混沌的大气层之外。自1958年“探险者1号”发射以来，一颗颗人造卫星巡行太空，使我们对太阳系中的近邻有所了解。
不久，一幅图片显示出大气层外一个绵亘数千英里、更加广阔的地球环境，它表明，地球产生自身的被复圈，它由来自太阳的超声速质子“风”挤压成泪滴状外形。当阵阵太阳风冲入这一磁层时，邻近地球的带电粒子便穿过磁场内两个漏斗状缺口向南北两极加速运动，这便形成了青绿透亮的光，称为北极光——这一现象在三小时内投入大气层的放电量为美国年电能消耗量的九倍。
上述瑰丽景象却不是太阳风唯一的产物。这种磁层干扰还能引起严重的无线电、电报和电话通讯中断、断电，越南战争时的水雷自动爆炸，以及其他许多事件。
人造卫星使我们初次窥见这一新的环境，拓展了轨道前缘。而首次载人科学探测则起始于“天空实验室计划”（Skylab program）。天空实验室于1973年发射，它重一百吨，体积大于两个棚车车厢，携带一台复杂的太阳观察台。宇航员用这台仪器摄下了日冕内的空洞，在地球上，只有在日食时才能看到这种温度高达数百万度炽热气体的被复层。曰冕空洞如灯塔光柱般旋转，由太阳表面不断向外喷射物质——现认为，太阳风大都来源于这些喷射物质。
天空实验室还提供了十分炫目的日晕照片。这是一些光亮气体的扭曲弧。这种气体在几秒钟内以相当于一千万颗氢弹的威力由太阳表面喷出。日晕出现于太阳黑子附近，在那里，强大磁场堵住太阳内部的能量流。受阻能量的温度较低，从而使黑子呈现暗色。但强大磁场又使强大的质子和电子束加速运动，这便产生了日晕。
黑子和与此相关的日晕，以22年为周期，渐现渐没，与气候类型变异有连带关系。天空实验室帮助我们理解这一现象，并揭示出日冕空洞的存在，它有助于我们明白地球上的种种事件如何与一颗相距9，300万英里的恒星表面情况息息相关。
空间实验室
还在天空实验室作轨道飞行时，NASA和欧洲宇航局（ESA）就已着手讨论下一步计划。当时离航天飞机首航还有一年，但他们却已都认识到这对空间实验是有益的。由此，空间实验室便应运而生。
建造一个耗资五亿美元，载上航天飞机货舱的实验室的任务交给了ESA。在一份联合声明中，两个宇航局吁请全世界科学界为这次首航提供实验项目。在400余项建议中，选定72项。
这些实验是历次宇航中最丰富多彩的。需要直接由人照顾的仪器安置在一间活动房屋大小的压力舱内。此外，望远镜和一台产生人造极光的粒子加速器等装置，则固定在一个如小吨位货车大小的货盘上，裸露在太空。压力舱和货盘都设计得只需重新组合，便可反复使用于多次航行。
保证工作正常运转的关键在于沟通地面科学家和空间实验室人员的双向视听联系。
人的因素
载人同行从事实验的好处在设备故障时会立即显示出来。此次航行比较突出的事件之一，是一架预定拍摄覆盖地球表面1，000平方英里范围的高分辨照相机突然失灵。这是一项极其紧要的工作，迄今为止，仅有百分之四十的地球表面被绘制成详尽的资源开发地图（其余百分之六十大多在发展中国家）。若用常规方法摘这项工作，将花费十至二十年时间由飞机拍摄成本昂贵的照片。空间实验室照相机却只需用几周时间就可完成。
亏得德国照相机制造商与休斯敦的专家和帕克之间举行了相距数千英里的电话会议，那架照相机才又投入使用，连续拍摄了1000幅精彩照片。
大出意外
全体人员虽则在轨道上待了十天，已经极其疲惫，其中包括最后时刻决定延长的一天时间，但在“哥伦比亚号”于12月8日着陆之后，仍然不能休息。他们还要经受多天试验，以便搞清萣他们的身体如何重新适应地球引力。硅晶体、向日葵秧苗、血样、胶卷、电视录像带，以及机上人员取得的其他具体成果，同时发往各主管研究人员的实验室进行分析。这些成果，至少对于其中一名科学家，在着陆后仅数小时，就显然使他感到意外了。
宾汉顿纽约州立大学生物学家弗兰克 · 萨尔兹曼设计了一项实验，想一举证明：各种生物体都具有天生的生物钟，控制着睡眠——苏醒循环和激素分泌一类生物节奏。这种理论认为，生物钟独立于环境信号之外。例如，若将一个其菌放在一间暗室里，尽管无昼夜的更迭使它遵从时间，其生物钟仍一如往常。这点已为地球上的实验所证实。萨尔兹曼说：“由于存在着独立于外界信号之外的生物钟，生物便得以配合环境变化而不受其支配。例如，老鼠的生物钟会告知它在日出前及时返穴，免遭捕获。”
但有少数持怀疑态度者却坚持，控制生物周期的是气压等一类细微变异的环境刺激，而不是生物钟。为了排除这一可能性，萨尔兹曼设计了一项实验，即将内装真菌的玻璃试管装上空间实验室中一只不透光的箱子里，这样就不致受到地球表面任何外界信号的影响了。他做出假说，这些真菌，将如被置于地面上不透光的箱子里一样，每22小时产孢子—次。
在航途的第七天，乌尔夫 · 默伯尔德取出试管观察。毫无疑义，他对地球通话说，这些真菌正如预期的那样产孢了。
但在着陆后不久，当这位生物学家终于有机会亲自查看这些其菌时，兴奋变成十足的困惑_默尔伯德错了，22小时的周期并不清晰——显然有断续产孢现象。有趣的是，当默尔伯德在返航时将真菌放回箱里后，真菌又严守22小时产孢周期，这表明航天飞机内的光多少刺激了生物钟。
萨尔兹曼说：“我依然深信这一理论，但又不免迷惑。我真的至今还不曾找到满意的解释哩。”
分析结果
着陆四个月后，那些主管研究人员再次在马歇尔集会，讨论他们的分析结果。在货盘上做实验的科学家们报道了激动人心的结果。
尽管大林的电子加速器没造出人造极光，可他的另一实验却带回一个饶有兴味，但却极其初步的结果，这对我们有关太阳系的形成概念有所启发。二十世纪七十年代，获诺贝尔奖的物理学家汉恩斯 · 艾尔文推断说，在太阳系原生气尘开始收缩逐步形成行星和太阳的这段过程中，普通的不带电原子加速至极高速率，从而失去电子。这种电离过程能使原子带电。由于同电荷相斥，异电荷相吸，电离后的原子会激烈地交互作用，因而影响到太阳系的诞生。与此理论相反，今天的科学知识认为，万有引力，而不是带电粒子的交互作用，才是具有意义的作用力。
大林发现，当他的装置向航天飞机尾流喷射不带电原子时，这些原子依然不带电。但当这些粒子以飞机飞行轨道方向射入太空时，它们获得的附加速足以使其失去电子。查佩尔说：“这是我们首次通过实验证实了艾尔文的看法。”
犹他大学玛莎 · 托尔利用一架图谱测象台测定来自大气离层的“气辉”（airglow）光的全光谱。这种气辉，只有在分子受太阳辐射激发放光时才会出现。由于每种分子释放出各自的不同波长，从而使托尔这类测定各种波长全光谱的装置能立即探测到大气中所有辉光成分。在此以前，从未做过这样的实验。托尔说，她的实验揭示出“多种神奇特性”——有些化学成分迄未识别。这些发现可能意义重大，因为甚至微量的化学成分也会“在大气层中产生能动作用”，并影响天候。
一架配有广角镜的照相机对天体领域中有意义的部分进行了扫描，首次指认出横跨在大小麦哲伦星云罅隙间，由星球和气体构成的天桥。这两种天像均是不规则形的星系，它们数百万年绕我们的银河运行一周。我们星系产生的潮汐引力使星云处于纷乱状态，不少星球不断由此产生。而这两个星云，又牵引着银河的旋臂，或许还使它们略微变形。
对光谱中无线电波敏感的地面望远镜，曾测得一个环绕这些星云的气体被复层以及它们之间的桥状物，这从某种意义上可知，它们多少属于单一结构。但是，其视野足以包容这些星云的光学望远镜，却未能观察到这座桥。用紫外线波长摄得大气层外的图片，并作电子放大，空间实验室上的那台法国极广视野照相机能清晰地观察到这座桥。
失重影响
实验室工作人员进行的实验，同样有启示作用。
淋巴细胞是人体抗病免疫的重要部分，瑞士奥古斯都 · 科戈利设计的测试失重对淋巴细胞影响的一项实验，可能对太空移民计划产生影响。
把贮藏在空间实验室里经过培养的淋巴细胞，暴露在某种物质中，这种物质一般会使淋巴细胞像在人体受微生物侵袭时那样发生分裂。但结果，几乎没有细胞分裂。科戈利说：“它们只是没作反应罢了。”为什么？他从萨尔兹曼的真菌实验中获得了暗示，认为是失重干扰了细胞的生物钟。
然而，宇航员在飞行中并没感到严重不适，这说明免疫系统在某种程度上能够适应。据科戈利说，由苏联礼炮空间站进行的实验已能证实：人体本身的抗病毒干扰素会增长五倍。
对制造理想的单晶硅的可行性试验似乎很成功，尽管对带回样品的详细分析工作还有待于完成。这种晶体最终可被用以更快制造更廉价的计算机集成电路块。
硅棒在炉中溶化，然后再结晶。在失重时，熔融的硅可望不致受到对流的影响，而对流则会由于地心引力作用，使温度低密度高的物质下沉，温度高密度低的物质上浮。由空间的电视录像带上，看不出有地心引力造成的对流迹象。
但另一实验却显示出分子间引力会产生一种更为微妙的对流。这种对流称为“马兰哥尼效应”，由对此作出预言的意大利科学家的姓氏而得名，这种现象如此微妙，它无法在地球上很好观测，但在空间实验室，因无地心引力引起的对流，这种效应就极显然。这样，马兰哥尼效应极可能对失重时的制造工艺过程产生影响。
空间实验室的主要目标之一，是研究失重对人类感觉和反应的影响。在航行前后及航行期间，曾定期以工作人员为实验对象，进行六项实验。其结果，大致可以肯定：所谓宇航病——不少宇航员在失重头两天的疾患——是大脑紊乱所致。
设计其中某些试验的麻省理工学院科学家拉里 · 扬说，失重时，大脑由内耳中的微末器官接收到“无用”信息，这些器官要有地心引力才能确切感知身体的方位。当大脑理解到毋需理会那些无用信号时，为使宇航者意识其身体方位，大脑就得更加有赖于视觉线索了。
扬氏所做的一项实验足以很好证实这点。实验要求某宇航者凝视一只箱子的内部，箱内装有旋转圆顶，上面印着各种彩色点子。如果他十分有赖于其视觉，那么他很快便会感到，在旋转的像是他自身，而非色点。要抑止那可感运动，他将力图作反向旋转。实际情况恰是如此。
展望未来
为了探求从世俗到现实到宇宙的种种问题答案，“空间实验室1号”将科学研究的广大领域纳入一次为时不长的航行之中去。它造就了一代新型的科学家——他将会感到搞流体物理实验也像从事生理节奏的生物学实验一样游刃有余。乌尔夫 · 默伯尔德和拜伦 · 利希滕伯格已经开拓出这条遂，许多后来人也将在未来的航行中一显身手，遨游太空。而且，人类世界既包括地球表面，也包括这个行星的周围空间。毫不奇怪，他们将携带他们的试管和望远镜进入轨道去，从事弗兰克 · 萨尔兹曼和所有其他“空间实验室1号”的科学家做过的工作：“探索未知世界”。
[Science Digest，1984年7月]