“太空花園”離我們有多遠

2023-03-03 02:39:28張佳欣

◆張佳欣

美國國家航空航天局（NASA）官員表示，人類有望在2030年實現在月球上生活和工作。人類重返月球的腳步越來越近，載人登月也備受關注，除了載人登月所需的關鍵技術，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？這將是各國空間機構和國際組織共同探究的問題。

擁有生機勃勃的太空花園有多難

還記得安迪·威爾的小說《火星救援》中的主人公馬克·沃特尼的經歷嗎？當他獨自一人被困火星時，他嘗試著種植土豆。電影《獨行月球》中，維修工獨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，在太空中種植植物是絕對有必要的。此前，宇航員成功吃到了在國際空間站中種植的太空蘿卜、辣椒和生菜。但要打造一個生機勃勃的太空花園，仍然存在許多挑戰。

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

圖1 “太空模型栽培模式”可模擬宇宙環境種蔬菜（圖/新華網）

目前，太空植物生長在封閉的人造環境中，那里有低能量的LED燈、多孔的黏土“土壤”可向植物供應水、養分和氧氣，高科技傳感器和攝像頭還能監測植物的健康狀況。然而，植物尚未進化出在這種環境中生長的能力，無法適應光、溫度等變化，這限制了植物的生長潛力。

因此，科學家從植物遺傳學方面進行調整，以生產生長速度更快的“可摘可食”的糧食作物，如番茄、胡蘿卜、菠菜和草莓，使它們在封閉、受控的環境中發揮最大潛力。

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展實驗旨在研究植物能否在月球茁壯成長。送往月球的植物類型將根據它們發芽的速度和對太空中經歷的極端溫度波動的耐受性進行精心挑選。

澳大利亞本土的復活草是研究人員正在考慮的植物之一，它可以在沒有水的情況下以休眠狀態存活數月。植物種子和復活草將被運送到以色列“創世紀2”航天器上的一個特別設計的艙內，其中包含傳感器、照相機和水。在登陸月球表面后，植物的生長和總體健康狀況將被監測72小時，其數據和圖像也將被傳回地球。

圖2 顯示了來自太陽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/新華社發中國科學院地質與地球物理研究所供）

總部位于東京的日本太空企業咨詢公司DigitalBlast開發了一種名為“Amaz”的人工為植物產生重力的設備，該設備直徑20厘米，寬40厘米，質量為5千克，可在太空中產生與地球或月球上相同的重力。

宇航員可將植物放入三個膠囊中，機器旋轉使膠囊產生重力。宇航員還可設置每個膠囊的自轉速度，每分鐘超過100圈會產生與地球相同的重力，少于50圈時的重力則與月球相當，不旋轉時重力則為零。該公司計劃于2024年在國際空間站安裝并運行該設備。

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

圖3 太陽風氫的注入、保存與擴散丟失模型圖，嫦娥五號帶回的月壤揭示了太陽風可為月球帶來可利用的水資源(圖/新華社發中國科學院地質與地球物理研究所供）

美國國家航空航天局與太空探索技術公司于2022年11月22日聯合執行了第26次商業貨運飛船發射任務，往國際空間站運送了大量物資、太陽能電池陣列、矮番茄種子和一系列科學實驗裝備。

貨運龍飛船將進行兩項重要的空間生物學研究和一項物理科學研究，這將進一步了解宇航員如何在深空環境中生存和發展。其中一項實驗是研究矮番茄種子的生長——將種子放入兩種不同的光線下，以測試光線對果實、營養價值以及味道的影響。這種矮番茄種子也將在地球上作為對照實驗進行種植，用于衡量零重力環境對其生長的影響。

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系統（稱為蔬菜生長室）中。宇航員會為其澆水和培育，并為花朵授粉。此外，美國科學家首次使用NASA“阿波羅”登月計劃期間收集的月球土壤，成功種植出擬南芥。

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

探索太空已經帶來了成千上萬的創新。可以預期，隨著載人登月努力的繼續，人類成就的新領域即將到來，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《科技日報》）

知識鏈接

關于月球的冷知識

從1969年美國“阿波羅11號”登月，宇航員阿姆斯特朗首次在月球留下人類足跡開始，人類對月球的探索從未停止。以下關于月球的冷知識，我們再來重溫一下吧。

一天有多少個小時

月球的自轉周期剛好等同于繞地球的公轉周期，這樣算下來差不多是708個小時。

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。大多數月震是由撞向月球的巨大隕石造成的。

與地球正“漸行漸遠”嗎

月球每年都在軌道上向外偏離約3.8 cm。數據顯示，月球誕生之初與地球的間距約2萬千米，現已擴大到約38萬千米，隨著時間的推移，兩者之間的間距會越來越遠。