太空中的一抹綠

2017年2月，SpaceX CRS-10任務火箭從美國卡納維拉爾角升空，飛往國際空間站。這次的火箭帶有一項特殊任務：NASA第一個微觀察計劃。該計劃由德國拉文斯堡的三位農學專業學生設計，目的是研究微重力作用下巖屑的培育，這對發展太空種植技術有著重要意義。也就是說，科學家們正研究哪些作物可在地球以外種植。

農業是人類社會最古老的產業。太空農業這一想法始于1977年。當時中國農業科學院的一位研究員在研究軌道飛行對植物生長的影響后發現，暴露在宇宙輻射下和受到太空中其他因素影響的植物種子會發生DNA突變。

1987年至2005年間，中國向太空發射的火箭中共攜帶了400多種植物種子，正是用這些從太空回來的種子，人們才種出了巨型茄子，和長達半米、重達10公斤的黃瓜。2006年，中國國家航天局在“實踐八號”衛星中裝載了糧食、蔬菜、水果、花卉等2000多種共約215公斤重的種子，用于太空環境下的誘變試驗，即利用宇宙空間環境因素對種子的影響，使種子產生在地面環境中得不到的變異，最終篩選出發生了有利變異的農作物新品種。作為農業大國，中國一直沒有放棄探索太空農業技術。2018年發射的“嫦娥四號”探測器中，也搭載有種子和蟲卵，用以研究其在月球表面的栽培和孵化問題。

關于太空農業的設想

很多學者都看好太空農業的發展潛力，美國普林斯頓大學的物理學教授杰拉德·奧尼爾曾于1977年出版了《太空城市》一書。奧尼爾在書中提出了如何利用當時可用的技術，在沒有大氣層、重力和土壤的太空中創造一座城市。在他設計的太空城中，可容納近1000萬人。要保障這么多人的口糧，需要建立一片農業區域，并保證充足的光照、空氣、水源和養料。據估算，此耕種面積應達到650平方公里，約為安道爾面積的1.5倍。

為實現該設想，奧尼爾倡導發展可同時種植幾種作物的超集約化農業。也就是說，在一塊土地中，同時放入生長周期短和長的作物種子（如玉米和土豆），每年最多同時種植四種作物，并控制好環境的溫度和濕度。如此，每21公頃土地產出的作物就能養活53個人。

顯然，在紙上規劃太空農業是一回事，但要真正實現太空種植又是另外一回事。要不然，也不會自1971年蘇聯將第一個太空站送入軌道以來，一直到2015年，宇航員們的飲食都還只停留在脫水食品階段。人類能在太空中停留的時間越來越長，考慮到向宇宙空間站運送食材的高昂成本（運一公斤意大利面就要耗費近兩萬歐元），各國航天機構都在推行的太空種植計劃也就不足為奇了。

適合太空種植的植物

人類對于太空種植的探索終于有了回報。2015年8月，生活在國際空間站的宇航員們，第一次嘗到了在太空種植出來的生菜。這不僅宣告了人類可以在微重力環境下培育出蔬菜，對人類繼續進軍宇宙的計劃也具有突破性的意義。這得益于NASA的Veggie項目，即嘗試在國際空間站的溫室中，用極少的水和肥料，無土種植可食用植物。

該項目始于2010年，一方面NASA希望確保宇航員能吃上新鮮的食物，另一方面也是為了研究哪類植物在微重力環境下生長得最好。這些年來，Veggie植物生長箱的體積越來越大，可種植的植物種類也越來越豐富：長葉萵苣、白菜、羽衣甘藍、山葵等，多達18種。

人類對于太空種植的研究從未停止。在NASA和歐洲航空航天局的合作研究項目“幼苗計劃3號”中，西班牙國家研究委員會生物研究中心的弗朗西斯科·梅迪納主要負責十字花科南芥屬植物在太空中培養的優化方法。

德國航空航天中心的工程師丹尼爾·舒伯特，也在模擬在火星和月球環境的溫室里種植蔬菜。他利用回收尿液作為肥料，同時改變光照中紅光、藍光和紫外線的比例。研究發現，光照中紫外線的比例越高，種出來的蔬菜味道越好。

要實現太空種植，最大的挑戰在于找到合適的植物品種。適合太空種植的蔬菜品種必須滿足三個條件：一、莖短，這樣可以節省空間;二、不可食用的部分少;三、能適應光線不足的環境，且對有害生物具有一定的抵抗力。幼苗計劃的專家們正在用生物技術對小麥、土豆、大米和生菜等植物進行基因鑒定，尋找這些植物是否具有在極端條件下仍可生存的基因。

為探索火星作準備

美國計劃于2030年實施載人登陸火星任務，NASA現在有關太空農業研究的項目都是在為這個任務作準備。在最理想的情況下，宇航員到達火星也至少需要一年的時間，在火星上停留約六個月后，返回地球又需要一年。所以，一次性帶夠所有機組人員必需的食物是不現實的。

道理很簡單，每個宇航員每天需攝入2500至3000卡路里的熱量，且為了防止鈣流失和微重力條件下的其他不適，食物中必須包含15%的蛋白質、30%的脂肪和50%的碳水化合物，剩下的則是水、咖啡、果汁等液體。所以，食物的儲存就成了問題，如果按每個宇航員每天最少需要兩公斤食物來算，一次包括了四名機組成員在內的火星探險，就至少需要攜帶七噸重的食物。

猶他州立大學的植物學家布魯斯·布格比表示：“為了實現人類殖民火星的計劃，第一批到達火星的宇航員在食物方面必須實現自給自足。”為此，NASA向太空生物應用中心投入500萬美元的經費，用于一個為期五年的研究項目，目標是在模擬火星的環境中生產出生物燃料、化學材料、藥品和食品。

火星種植的可行性

想要在火星上種菜可不是一件簡單的事。地球的土壤中富含礦物質、有機物、氣體、液體和無數的微生物，但在火星的表面卻只有一層薄薄的火山巖。火山巖中缺少養分，但更主要的問題在于其中富含的高濃度氯酸鹽會對人體產生致命傷害。馬德里天體生物學中心的瑪麗亞·索爾薩諾表示，解決方法只能從兩個方向入手：一、開發能夠清潔土壤的植物;二、找到不吸收土壤中氯酸鹽的植物。

在2015年上映的電影《火星救援》中，宇航員馬克·沃特尼在火星上挖坑種植土豆，他用糞便為土豆施肥，借助火箭燃料獲得液態水，最后成功種出了土豆。盡管這只是一部虛構的科幻片，但布格比表示，在火星上種植土豆確實具有可行性，且可以種的植物也不僅限于土豆。

2016年，NASA和秘魯的國際馬鈴薯中心展開合作，在地球上的仿火星生態實驗室中培育土豆。他們選取了65個品種的土豆，觀察它們能否在與火星相似的環境下發芽。利馬工程技術大學的生物工程系主任胡里奧·西爾瓦表示，為了找到適合在火星上種植的品種，他們用了將近300公斤的土豆。

專家們測試了幾種不同的種植方式，其中一種被證實有效：先將土豆種子放進裝著有機物質的膠囊，再將其放入裝有模擬火星土壤的花盆里，令人驚喜的是，有三個品種的土豆成功發芽了。

土豆是世界第四大農作物，人類的主要食物來源中約有1000種作物，雖然目前還無法在模擬火星的生態環境中種植所有的作物，但土豆的成功種植至少是一個良好的開始。更何況，進行火星種植的意義并不只在于獲得食物。布格比教授稱，火星稀薄的大氣中含有很多二氧化碳，植物可以吸收二氧化碳并釋放氧氣，幫助我們將火星改造成一個更適宜人類居住的星球。