如何把菜種到太空去?

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看到“神舟十三號(hào)”飛船帶著三位航天員進(jìn)入中國空間站，開啟奇妙的太空生活，很多小讀者不禁會(huì)問：他們?cè)谔焐铣允裁茨兀?/p>

其實(shí)，中國空間站里的食物還是很豐富的，比如魚香肉絲、宮保雞丁、紅燒肉等，速食又美味。可總吃這種速食終究不是長久之計(jì)，隨著人類在地外星球不斷“開疆拓土”，“如何在太空種菜”變得越來越重要。

既然空間站有那么多好吃的，為什么還要在太空種菜呢？

最大的問題是運(yùn)輸成本。目前，國際空間站每人每天要消耗1.8千克的食物和包裝，如果一個(gè)4～5人小分隊(duì)要去火星探索三年（目前的火星單程飛行大約需要半年以上），就要將近10噸的食物，會(huì)給飛行帶來很大的負(fù)擔(dān)。

其次是食物的保質(zhì)期。假設(shè)的三年火星探索要求食物保質(zhì)期至少在三年以上，而隨著時(shí)間流逝，食物的質(zhì)量與口感都會(huì)快速下降——也許第一年味道還不錯(cuò)，但第三年吃起來就不對(duì)勁了。

另一個(gè)關(guān)鍵問題是，人體所必需的維生素和礦物質(zhì)很容易被降解。如果將太空食品在22℃環(huán)境下保存五年，每年檢測(cè)其營養(yǎng)成分都會(huì)發(fā)生變化：在第一年中，大多數(shù)食物的維生素A、維生素C、葉酸、硫胺素都會(huì)大量降解。如果不盡快解決這個(gè)問題，百年前水手們得的壞血病就可能在未來的航天員身上重現(xiàn)——航海時(shí)代的壞血病，就是因?yàn)殚L時(shí)間出海無法吃到水果蔬菜造成的。

除了食物補(bǔ)給，太空種菜其實(shí)也是構(gòu)建人造生態(tài)系統(tǒng)的重要一環(huán)：植物種植可以幫助回收廢水、制造氧氣、凈化空氣，等等。

如果真的要在太空種菜，還是有不小的困難。

最直接的一點(diǎn)就是太空的失重環(huán)境?；鹦巧现亓χ挥械厍虻牟坏饺种?，月球、空間站的重力會(huì)更小，這也導(dǎo)致生長激素的分布、植物生長的方向都會(huì)有所改變。

比如在太空軌道和地球上分別種植擬南芥，就會(huì)發(fā)現(xiàn)太空中植物生長更慢，根部細(xì)胞更小。同時(shí)，根部生長還有一種獨(dú)特的波動(dòng)，根更短，形態(tài)也更“扭曲”。

同時(shí)，太空中持續(xù)存在的輻射還可能造成植物的DNA突變，這些突變可能對(duì)植物的萌芽、生長或繁殖產(chǎn)生影響。

此外，地球上培育農(nóng)作物需要的陽光、水分、土壤、肥料，在太空培育中也一個(gè)不能少。陽光可以用人造光源代替，水分可以使用太空艙的水循環(huán)系統(tǒng)，而土壤就成了最關(guān)鍵的問題。

雖然火星土壤中含有絕大部分植物所需要的物質(zhì)，但是缺乏植物必需的活性氮，需要加入固氮細(xì)菌來輔助植物生長。否則，植物難以開花結(jié)果。

為了克服太空種菜的困難，各國科學(xué)家們可謂是“八仙過海，各顯神通”。

早在1971年，蘇聯(lián)就開始嘗試在太空中種植小麥、蘿卜和洋蔥。經(jīng)過幾十年的嘗試，美國、俄羅斯的科學(xué)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)小麥、油菜、豌豆等多種植物的太空栽培。如今，國際空間站已經(jīng)種植了生菜、大白菜等作物，宇航員品嘗了這些太空蔬菜，認(rèn)為“味道不一般”。

而中國自己的空間實(shí)驗(yàn)室，也在嘗試著蔬菜的種植。2016年發(fā)射的“天宮二號(hào)”空間實(shí)驗(yàn)室里，就種植了生菜。通過各項(xiàng)檢測(cè)，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，優(yōu)化了澆灌方式和肥料后，“天宮二號(hào)”里的生菜長得甚至比地球上的還好一些。2019年，研究者又在“天宮二號(hào)”上種下了擬南芥和水稻，來探究太空環(huán)境對(duì)作物生長的影響。

那如何構(gòu)建完整的生態(tài)系統(tǒng)，讓未來的太空旅行可以實(shí)現(xiàn)自主供給氧氣、水和食物呢？這也是未來太空農(nóng)場(chǎng)的構(gòu)想。

事實(shí)上，早在20世紀(jì)六七十年代，研究者就開始嘗試搭建這種“人造生物圈”，可惜都以失敗告終。所以，科學(xué)家退而求其次：構(gòu)建了一個(gè)與外界有一定關(guān)聯(lián)的系統(tǒng)（比如電力、能源等），也就是目前國際空間站正在使用的受控生態(tài)生命支持系統(tǒng)（簡稱CELSS）。

這個(gè)系統(tǒng)要求植物可以產(chǎn)生足夠的氧氣，同時(shí)這些植物還要滿足人們?cè)谔罩械娜粘Ｊ澄镄枨?，并能利用人們產(chǎn)生的尿液、糞便等廢棄物。

北京航空航天大學(xué)的劉紅教授團(tuán)隊(duì)就曾搭建了受控生態(tài)生命支持系統(tǒng)——“月宮一號(hào)”。在2017年至2018年，八名志愿者依次進(jìn)入“月宮一號(hào)”，生存了370多天，實(shí)現(xiàn)了世界上時(shí)間最長的密閉生存實(shí)驗(yàn)紀(jì)錄。這為未來的探月基地搭建，提供了極佳模板。

也許再過幾年，科幻作品里的太空基地，就要在科學(xué)家們的努力下，變成現(xiàn)實(shí)啦！