如何把菜種到太空去?

bio kiwi

看到“神舟十三號”飛船帶著三位航天員進入中國空間站，開啟奇妙的太空生活，很多小讀者不禁會問：他們在天上吃什么呢？

其實，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，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4～5人小分隊要去火星探索三年（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，會給飛行帶來很大的負擔。

其次是食物的保質期。假設的三年火星探索要求食物保質期至少在三年以上，而隨著時間流逝，食物的質量與口感都會快速下降——也許第一年味道還不錯，但第三年吃起來就不對勁了。

另一個關鍵問題是，人體所必需的維生素和礦物質很容易被降解。如果將太空食品在22℃環境下保存五年，每年檢測其營養成分都會發生變化：在第一年中，大多數食物的維生素A、維生素C、葉酸、硫胺素都會大量降解。如果不盡快解決這個問題，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——航海時代的壞血病，就是因為長時間出海無法吃到水果蔬菜造成的。

除了食物補給，太空種菜其實也是構建人造生態系統的重要一環：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。

最直接的一點就是太空的失重環境。火星上重力只有地球的不到三分之一，月球、空間站的重力會更小，這也導致生長激素的分布、植物生長的方向都會有所改變。

比如在太空軌道和地球上分別種植擬南芥，就會發現太空中植物生長更慢，根部細胞更小。同時，根部生長還有一種獨特的波動，根更短，形態也更“扭曲”。

同時，太空中持續存在的輻射還可能造成植物的DNA突變，這些突變可能對植物的萌芽、生長或繁殖產生影響。

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

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

為了克服太空種菜的困難，各國科學家們可謂是“八仙過海，各顯神通”。

早在1971年，蘇聯就開始嘗試在太空中種植小麥、蘿卜和洋蔥。經過幾十年的嘗試，美國、俄羅斯的科學家已經實現小麥、油菜、豌豆等多種植物的太空栽培。如今，國際空間站已經種植了生菜、大白菜等作物，宇航員品嘗了這些太空蔬菜，認為“味道不一般”。

而中國自己的空間實驗室，也在嘗試著蔬菜的種植。2016年發射的“天宮二號”空間實驗室里，就種植了生菜。通過各項檢測，科學家發現，優化了澆灌方式和肥料后，“天宮二號”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”上種下了擬南芥和水稻，來探究太空環境對作物生長的影響。

那如何構建完整的生態系統，讓未來的太空旅行可以實現自主供給氧氣、水和食物呢？這也是未來太空農場的構想。

事實上，早在20世紀六七十年代，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，科學家退而求其次：構建了一個與外界有一定關聯的系統（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生命支持系統（簡稱CELSS）。

這個系統要求植物可以產生足夠的氧氣，同時這些植物還要滿足人們在太空中的日常食物需求，并能利用人們產生的尿液、糞便等廢棄物。

北京航空航天大學的劉紅教授團隊就曾搭建了受控生態生命支持系統——“月宮一號”。在2017年至2018年，八名志愿者依次進入“月宮一號”，生存了370多天，實現了世界上時間最長的密閉生存實驗紀錄。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，就要在科學家們的努力下，變成現實啦！