月球上第一片綠葉是怎么長出來的

大家好！我是來自重慶大學(xué)的謝更新，今天想向大家分享一下“月球上的第一片綠葉”的故事。

2015年，美國航天局（NASA）在400公里高度的國際空間站里培育出了宇宙空間里的第一朵百日菊。那么，如果在38萬公里之遙的月球上去做這個(gè)生命實(shí)驗(yàn)，植物能不能長出來呢？

到月球上種菜有多難

月球是不適合生命生存的。月球夜晚的溫度在-200℃以下，白天超過120℃，沒有空氣，還有高能粒子和太陽風(fēng)，這些都是不適合生命生存的因素。

2013年，NASA就宣布計(jì)劃于2015年到月球上種菜，但一直沒有國家在月球上種出東西。

現(xiàn)在我們國家強(qiáng)大了，有了做這個(gè)實(shí)驗(yàn)的機(jī)遇。2015年，國家拿出嫦娥四號珍貴的3公斤載荷，向全球征集方案。最終，我們團(tuán)隊(duì)提出的“月面微型生態(tài)圈科普載荷”從257個(gè)方案中脫穎而出。我們試圖在月球上構(gòu)建一個(gè)由生產(chǎn)者、消費(fèi)者和微生物組成的生態(tài)系統(tǒng)來進(jìn)行培植實(shí)驗(yàn)。

嫦娥四號在2013年就已經(jīng)全部做完了，它的位置、空間全部布置完成。我們只能見縫插針地用僅有的3公斤重量，在200毫米×200毫米×200毫米的小空間做這個(gè)實(shí)驗(yàn)。

在月球上做生物實(shí)驗(yàn)，需要把溫度控制在-10～40℃，如果低于-10℃或高于40℃，種子都會死掉。因?yàn)闆]有多余的重量，所以我們不能帶壓縮機(jī)或空調(diào)過去。更不能帶化學(xué)制冷劑，這違反了國際上有關(guān)行星保護(hù)的政策。我們只能用物理的散熱片、熱管、熱泵進(jìn)行熱量平衡和交換，所以挑戰(zhàn)非常大。

萬物生長靠太陽，月球上一個(gè)白晝是14×24小時(shí)，所以陽光非常充足。但是我們的罐子很小，如果進(jìn)入太多陽光的話，溫度就難以控制。經(jīng)過計(jì)算，如果既要控制溫度，又能夠滿足光合作用的話，需要8毫米直徑的陽光進(jìn)入量。于是我們留了一點(diǎn)余地，用10毫米直徑的光導(dǎo)管把陽光引進(jìn)罐子內(nèi)。

也許有人會說，直接用白熾燈光或人造光就可以了呀。但我們認(rèn)為，好不容易到月球做實(shí)驗(yàn)，一定要利用月球的原有資源。

水是生命之源，而月球上是沒有任何液態(tài)水的。我們要對攜帶的水進(jìn)行精準(zhǔn)控制：不能帶太多，汪洋大海里是長不出東西的;不能帶太少，要滿足植物發(fā)芽的需求。經(jīng)過精確計(jì)算，我們必須帶18克水上月球。水也是我們這個(gè)實(shí)驗(yàn)的開關(guān)，一澆水實(shí)驗(yàn)隨即啟動。

還有一個(gè)難點(diǎn)就是照相。實(shí)驗(yàn)在月球上是否成功，全靠相機(jī)傳回的照片為證。相機(jī)必須有備份，一個(gè)壞了另一個(gè)補(bǔ)上。我們不可能像航天一樣做幾十公斤或幾公斤的相機(jī)，我們的兩個(gè)相機(jī)的總重量只能分配不超過60克。這兩個(gè)共重60克的相機(jī)既要抗高溫、抗低溫、抗輻射，還要抗高濕度，可想而知，難度與挑戰(zhàn)性是很高的。

此外，在月球上面做生物實(shí)驗(yàn)，不像拍照或是探測那樣短時(shí)間就做完了。生命要有可以觀測到的現(xiàn)象變化，至少要幾天甚至幾十天，但我們的時(shí)間最多只有9天。為什么是9天呢？因?yàn)樵虑虻囊粋€(gè)白晝是14天，但是嫦娥四號不可能在月球上白晝的第1天就著陸，為什么？因?yàn)闇囟忍?，陽光太少，所以要等月面的溫度比較柔和的時(shí)候才能夠著陸。

誰是月球生物實(shí)驗(yàn)的“主角”

物種的選擇也很重要。我們的微型生態(tài)圈必須包括植物、動物和微生物。關(guān)于植物的選擇，首先考慮的是將來航天員到月球上吃什么、穿什么、用什么，因此選擇的物種必須是生活必需品;這些物種還必須具備抗高溫、抗低溫等能力;此外，不同種子發(fā)芽所需的溫度不同，比如棉花在高溫下才發(fā)芽。而我們不清楚著陸器什么時(shí)候著陸、什么時(shí)候做實(shí)驗(yàn)，所以被選擇的種子的發(fā)芽溫度要錯(cuò)開。

對動物的選擇也很講究。我們從上百種動物里挑選了幾種動物，首先是烏龜，因?yàn)闉觚斢幸粋€(gè)殼，所以它在發(fā)射的時(shí)候可以保護(hù)自己，而且烏龜不喜歡運(yùn)動。此外，烏龜還有一個(gè)很好的寓意，即龜兔賽跑：當(dāng)小玉兔停在月球上時(shí)，就讓烏龜爬上去。不過，烏龜在休眠的時(shí)候，只用不到20天，就會把容器里的氧氣吸完。而著陸器要經(jīng)過3個(gè)月才能抵達(dá)月球，所以烏龜還沒到月球就會死掉，我們無法用它做實(shí)驗(yàn)。

我們還選擇了蠶作為實(shí)驗(yàn)對象，蠶也是一個(gè)寓意很吉祥的物種，是絲綢之路的象征，代表中國的強(qiáng)大。但是蠶很嬌嫩，它的生長適宜溫度是20～27℃，如果溫度太高或太低它都會不吃不喝。為了解決這一問題，我們帶上了一塊電池，借此為它保溫、調(diào)溫。

但是在2018年2月進(jìn)行獨(dú)立評估的時(shí)候，正好出現(xiàn)了三星Note7手機(jī)爆炸的事件，很多專家擔(dān)心電池帶到天上有可能會爆炸。所以我們只有忍痛割愛，把蠶去掉，把電池也拔掉。這個(gè)時(shí)候我們所剩的時(shí)間不多了，無法再做其他的設(shè)計(jì)，于是我們就選擇了一個(gè)生物學(xué)的模式動物——果蠅。最后，我們選定馬鈴薯、油菜、棉花、擬南芥、果蠅和酵母這六個(gè)物種搭配在月球上做實(shí)驗(yàn)，形成一個(gè)微型生態(tài)系統(tǒng)。

我們最終設(shè)計(jì)的“月球載荷生物實(shí)驗(yàn)”罐子，高198毫米，直徑173毫米，重量2.608公斤。為什么只有2.608公斤呢？因?yàn)椴荒軒щ姵厣显虑?，而我們又沒有時(shí)間去做其他設(shè)計(jì)，所以剩下的非常珍貴的300多克就沒用上。

月球第一片綠葉誕生

2019年1月3日10點(diǎn)26分，嫦娥四號在月球上著陸。由于嫦娥四號要做很多實(shí)驗(yàn)、檢測，所以到了當(dāng)天23點(diǎn)18分，我們才被告知可以做實(shí)驗(yàn)，就馬上進(jìn)行加電、拍照，這兩者是同時(shí)觸發(fā)的。

大家看到拍下來的第一張照片后松了一口氣，因?yàn)闆]有出現(xiàn)很多專家擔(dān)心的郁郁蔥蔥或枯枝敗葉的情況，我們拍下的照片跟地面的一模一樣。當(dāng)時(shí)外面的溫度已超過100℃，但裝置里面只有30.6℃。所以只要種子不死，水能夠放出來，實(shí)驗(yàn)就有可能成功。

半小時(shí)后，我們接到指令，說可以放水了，就把18克水一次性放完。

之后月球上的陽光也進(jìn)來了。有光、有水、有空氣，溫度也合適，只要種子不壞，我們的實(shí)驗(yàn)就有可能成功。2019年1月4日拍的照片中有個(gè)小綠點(diǎn)，但那時(shí)我們不敢說種子已經(jīng)發(fā)芽了，因?yàn)槲覀儞?dān)心這個(gè)綠點(diǎn)可能是一顆掉下來發(fā)霉的螺絲釘，或者是一顆腐敗的種子。

2019年1月5日，種子一點(diǎn)點(diǎn)長大，這時(shí)我們有一點(diǎn)興奮了。

到1月7日，我們看到種子長出了一片葉子，就確定實(shí)驗(yàn)成功了。2019年1月7日晚上8點(diǎn)左右，國家航天局局長帶了一批人到我們工位上查看，大家確認(rèn)種子發(fā)芽了，就向全球公布了照片。

我們還在地面上做了一個(gè)同步實(shí)驗(yàn)，這個(gè)實(shí)驗(yàn)在1月7日才看到芽點(diǎn)，所以種子在月球上比在地球上早發(fā)芽將近三天。在月球環(huán)境下，葉片的形態(tài)和生長機(jī)理也發(fā)生了一些變化。

實(shí)驗(yàn)成功后，2019年1月13日，中央電視臺向全球發(fā)布了這個(gè)消息，引起了國際轟動?！蹲匀弧泛汀犊茖W(xué)》雜志都稱這個(gè)實(shí)驗(yàn)是“有史以來第一次”。人類的第一次月球生物實(shí)驗(yàn)由中國人實(shí)現(xiàn)了。

這個(gè)實(shí)驗(yàn)取得了成功，大家肯定對月球探索的下一步、對人類地外生存的下一步有很多暢想。

比如未來我們可以在月球上建花園，讓航天員呼吸到由光合作用產(chǎn)生的氧氣。我們也可以在月球建食物工廠、建農(nóng)場，吃我們在月球上種的食物，最終建立我們的月球基地。

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，人類正在不停地拓展地外生存空間。在本世紀(jì)，是否有可能產(chǎn)生月球?qū)殞毮?？我們可以一起努力，一起暢想?/p>

（袁飆薦自《看天下》）