“太空花園”離我們有多遠(yuǎn)

◆張佳欣

美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）官員表示，人類有望在2030年實(shí)現(xiàn)在月球上生活和工作。人類重返月球的腳步越來(lái)越近，載人登月也備受關(guān)注，除了載人登月所需的關(guān)鍵技術(shù)，宇航員的健康和安全仍是重中之重。

宇航員在月球上如何生活？如何擁有源源不斷的新鮮食物？這將是各國(guó)空間機(jī)構(gòu)和國(guó)際組織共同探究的問(wèn)題。

擁有生機(jī)勃勃的太空花園有多難

還記得安迪·威爾的小說(shuō)《火星救援》中的主人公馬克·沃特尼的經(jīng)歷嗎？當(dāng)他獨(dú)自一人被困火星時(shí)，他嘗試著種植土豆。電影《獨(dú)行月球》中，維修工獨(dú)孤月也被意外留在了月球上。

如果人類要在地球之外有持久的生存基礎(chǔ)，在太空中種植植物是絕對(duì)有必要的。此前，宇航員成功吃到了在國(guó)際空間站中種植的太空蘿卜、辣椒和生菜。但要打造一個(gè)生機(jī)勃勃的太空花園，仍然存在許多挑戰(zhàn)。

太空環(huán)境富含二氧化碳，缺乏土壤微生物，重力也發(fā)生了改變，植物會(huì)暴露在強(qiáng)輻射下，……為了能在太空中茁壯成長(zhǎng)，為人類提供全面均衡的營(yíng)養(yǎng)，植物需要被重新設(shè)計(jì)。相比凍干和預(yù)制食物，新鮮食物可為宇航員提供更多必要的維生素和礦物質(zhì)，增加飯菜的品種，避免其出現(xiàn)“食物疲勞”、營(yíng)養(yǎng)不良和體重下降的情況。

圖1 “太空模型栽培模式”可模擬宇宙環(huán)境種蔬菜（圖/新華網(wǎng)）

目前，太空植物生長(zhǎng)在封閉的人造環(huán)境中，那里有低能量的LED燈、多孔的黏土“土壤”可向植物供應(yīng)水、養(yǎng)分和氧氣，高科技傳感器和攝像頭還能監(jiān)測(cè)植物的健康狀況。然而，植物尚未進(jìn)化出在這種環(huán)境中生長(zhǎng)的能力，無(wú)法適應(yīng)光、溫度等變化，這限制了植物的生長(zhǎng)潛力。

因此，科學(xué)家從植物遺傳學(xué)方面進(jìn)行調(diào)整，以生產(chǎn)生長(zhǎng)速度更快的“可摘可食”的糧食作物，如番茄、胡蘿卜、菠菜和草莓，使它們?cè)诜忾]、受控的環(huán)境中發(fā)揮最大潛力。

澳大利亞：2025年到月球種植物

澳大利亞最早將于2025年到月球上種植植物。澳大利亞月球園藝發(fā)展實(shí)驗(yàn)旨在研究植物能否在月球茁壯成長(zhǎng)。送往月球的植物類型將根據(jù)它們發(fā)芽的速度和對(duì)太空中經(jīng)歷的極端溫度波動(dòng)的耐受性進(jìn)行精心挑選。

澳大利亞本土的復(fù)活草是研究人員正在考慮的植物之一，它可以在沒(méi)有水的情況下以休眠狀態(tài)存活數(shù)月。植物種子和復(fù)活草將被運(yùn)送到以色列“創(chuàng)世紀(jì)2”航天器上的一個(gè)特別設(shè)計(jì)的艙內(nèi)，其中包含傳感器、照相機(jī)和水。在登陸月球表面后，植物的生長(zhǎng)和總體健康狀況將被監(jiān)測(cè)72小時(shí)，其數(shù)據(jù)和圖像也將被傳回地球。

圖2 顯示了來(lái)自太陽(yáng)表面的高速氫離子注入到月球表面并富集在月壤顆粒表層的示意圖(圖/新華社發(fā) 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所供）

日本：為進(jìn)駐月球做準(zhǔn)備

總部位于東京的日本太空企業(yè)咨詢公司DigitalBlast開(kāi)發(fā)了一種名為“Amaz”的人工為植物產(chǎn)生重力的設(shè)備，該設(shè)備直徑20厘米，寬40厘米，質(zhì)量為5千克，可在太空中產(chǎn)生與地球或月球上相同的重力。

宇航員可將植物放入三個(gè)膠囊中，機(jī)器旋轉(zhuǎn)使膠囊產(chǎn)生重力。宇航員還可設(shè)置每個(gè)膠囊的自轉(zhuǎn)速度，每分鐘超過(guò)100圈會(huì)產(chǎn)生與地球相同的重力，少于50圈時(shí)的重力則與月球相當(dāng)，不旋轉(zhuǎn)時(shí)重力則為零。該公司計(jì)劃于2024年在國(guó)際空間站安裝并運(yùn)行該設(shè)備。

此外，2022年2月，日本風(fēng)險(xiǎn)投資公司Towing與建筑公司大林組株式會(huì)社合作，成功利用在月球上發(fā)現(xiàn)的沙子種植小松菜。Towing將月球上的沙子加熱并將其轉(zhuǎn)化為具有許多小凸起和凹痕的材料，為微生物提供棲息地，進(jìn)而通過(guò)添加微生物和人類排泄物，將材料變成土壤。

圖3 太陽(yáng)風(fēng)氫的注入、保存與擴(kuò)散丟失模型圖，嫦娥五號(hào)帶回的月壤揭示了太陽(yáng)風(fēng)可為月球帶來(lái)可利用的水資源(圖/新華社發(fā) 中國(guó)科學(xué)院地質(zhì)與地球物理研究所供）

美國(guó)：矮番茄種子將被送往空間站

美國(guó)國(guó)家航空航天局與太空探索技術(shù)公司于2022年11月22日聯(lián)合執(zhí)行了第26次商業(yè)貨運(yùn)飛船發(fā)射任務(wù)，往國(guó)際空間站運(yùn)送了大量物資、太陽(yáng)能電池陣列、矮番茄種子和一系列科學(xué)實(shí)驗(yàn)裝備。

貨運(yùn)龍飛船將進(jìn)行兩項(xiàng)重要的空間生物學(xué)研究和一項(xiàng)物理科學(xué)研究，這將進(jìn)一步了解宇航員如何在深空環(huán)境中生存和發(fā)展。其中一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)是研究矮番茄種子的生長(zhǎng)——將種子放入兩種不同的光線下，以測(cè)試光線對(duì)果實(shí)、營(yíng)養(yǎng)價(jià)值以及味道的影響。這種矮番茄種子也將在地球上作為對(duì)照實(shí)驗(yàn)進(jìn)行種植，用于衡量零重力環(huán)境對(duì)其生長(zhǎng)的影響。

太空矮番茄將被種植在被稱為植物枕的小袋子里，這些小袋子安裝在空間站的蔬菜生產(chǎn)系統(tǒng)（稱為蔬菜生長(zhǎng)室）中。宇航員會(huì)為其澆水和培育，并為花朵授粉。此外，美國(guó)科學(xué)家首次使用NASA“阿波羅”登月計(jì)劃期間收集的月球土壤，成功種植出擬南芥。

圖4 生長(zhǎng)在月球土壤中的擬南芥（圖/Communications Biology）

探索太空已經(jīng)帶來(lái)了成千上萬(wàn)的創(chuàng)新?？梢灶A(yù)期，隨著載人登月努力的繼續(xù)，人類成就的新領(lǐng)域即將到來(lái)，人們很快不僅限于驚嘆地仰望夜空，還能將腳步踏向大氣層以外的目的地，并在那里播下全新生活方式的種子。（據(jù)《科技日?qǐng)?bào)》）

知識(shí)鏈接

關(guān)于月球的冷知識(shí)

從1969年美國(guó)“阿波羅11號(hào)”登月，宇航員阿姆斯特朗首次在月球留下人類足跡開(kāi)始，人類對(duì)月球的探索從未停止。以下關(guān)于月球的冷知識(shí)，我們?cè)賮?lái)重溫一下吧。

一天有多少個(gè)小時(shí)

月球的自轉(zhuǎn)周期剛好等同于繞地球的公轉(zhuǎn)周期，這樣算下來(lái)差不多是708個(gè)小時(shí)。

有“月震”嗎

在1969年和1977年之間，地震儀每年可以捕捉到月球上3000余起月震。大多數(shù)月震是由撞向月球的巨大隕石造成的。

與地球正“漸行漸遠(yuǎn)”嗎

月球每年都在軌道上向外偏離約3.8 cm。數(shù)據(jù)顯示，月球誕生之初與地球的間距約2萬(wàn)千米，現(xiàn)已擴(kuò)大到約38萬(wàn)千米，隨著時(shí)間的推移，兩者之間的間距會(huì)越來(lái)越遠(yuǎn)。