中国如何让第一棵幼苗在月球上发芽

今年早些时候，在距地球约 238,900 英里的神秘月球背面，两片娇嫩的绿叶绽放。这株发芽的棉花植株位于中国嫦娥四号着陆器的生物圈腹部，是农业史上的首例——此前从未有其他幼苗在月球上发芽。虽然该植物在短短两周后就被冻死了，但新创建的 3D 重建图意味着科学家可以继续思考这种植物短暂的寿命。

2019 年 1 月 3 日，嫦娥四号着陆器（中国探月计划三阶段中的第二阶段）成为首个着陆月球背面的探测器。由于月球被潮汐锁定（它始终只向地球展示其球体的一面），因此月球背面是一个基本未被探索的表面。它也是太阳系最大的撞击盆地之一的所在地：南极-艾特肯盆地深达八英里，直径为 1,553 英里，因其大量的水冰而具有科学意义，使其成为嫦娥着陆和探索的理想场所。

除了研究星际无线电波和绘制岩石地形图外，着陆器还把五种生物带到了月球表面：棉花、马铃薯和拟南芥种子、果蝇卵和酵母菌株。国际空间站上以前曾有多种植物发芽，包括拟南芥，它是卷心菜和芥菜的近亲。但在月球上——即使在气候受控的生物圈的安全范围内——也只有棉花占主导地位。

“很难知道为什么只有棉花植株发芽。这可能是由于任何因素造成的，例如极端温度、给它们提供足够水的过程或相对湿度，”前 NASA 科学家、在太空农业领域拥有 25 年以上经验的 Gary Stutte 说道。“在太空中，出错的情况比正确情况要多得多。”

如果我们想进一步探索太空，那么学会在恶劣的外星条件下种植植物是必不可少的。在前往火星甚至更远的太空的长途旅行中，植物的作用不仅仅是为宇航员提供新鲜食物。它们的光合作用可用于去除空气中的有毒二氧化碳并将其替换为氧气。它们还可以通过蒸腾作用净化水，蒸腾作用是指通过根部吸收的液体从叶子中蒸发，使空气中充满我们可以捕获和使用的过滤水分的过程。农作物甚至可以使宇航员更快乐、更不孤独，因为它们本质上为太空增加了一些生物。

为了获得这些回报，重庆大学先进技术研究院设计了一个 5.7 磅重的生物圈容器，以复制类似地球的环境。容器内的压力保持在一个大气压——大约与海平面相同——地球上的科学家远程控制浇水方案。但植物并没有完全享受到家里的所有舒适：它们仍然必须应对来自外星的障碍，例如高水平的宇宙辐射和低水平的重力。

太空辐射是原子的电子在宇宙中加速运动时被剥离的产物。虽然暴露在太空辐射下的后果尚不明确，但科学家知道它会损害人体细胞，引发癌症和白内障等健康问题。棉花植株也经历了微重力。由于月球的引力是地球的六分之一，因此幼苗相对没有重量。科学家在土壤上放置了一个塑料笼状结构以保持植物的稳定，但是，一个在地球引力下茁壮成长的物种，如果没有这种重量，必然会以奇怪的方式生长。

这株棉花植株在外星环境中生长了一个月球日，相当于地球上的 14 天。与其名字相反，月球的黑暗面实际上并不黑暗。相反，它经历了为期两周的阳光照射，随后是同样长的黑暗期。月球上白天的温度徘徊在 200 华氏度左右，但到了晚上会降至 -310 华氏度。如果没有适当的隔热，这株开拓性的幼苗就会被冻死。然而，它短暂的成功凸显了生物在类似太空的环境中茁壮成长所必需的环境控制。这也表明了国际社会最近对太空探索和定居的兴趣。

嫦娥六号是中国计划于 2020 年代初发射的月球探测任务，目前正在接受国内外的提案。由于棉花种植的成功，全球许多航天机构都在寻求与重庆大学的合作。

“探索和殖民月球或火星不再是美国独有的事业，”斯塔特说。“太空探索必然会成为一项国际努力。现在这是一个物种的决定，这些任务中的每一个都会让我们对可能性的理解增加一点点。”