月面首株嫩芽!全靠“不锈钢饭盒”
发布时间:2019-01-15
出品:科普中国
制作:谭璞
监制:中国科学院计算机网络信息中心

  就在今天,一则新闻登上了各大版面的头条,嫦娥四号“发芽了”!这并不是一则洋葱新闻,也不是嫦娥四号能够“逆天”违反自然规律,在接近真空的月球表面种出了地球植物。这一切,都是这个由重庆大学牵头研发的“不锈钢饭盒”搞得鬼。 

图片来源:重庆大学 

    

  月面微型生态圈:月亮上种土豆 

  虽然这个外观像个保温饭盒的载荷只有三公斤重,容积不到一升,但却肩负着一个光荣而神圣的任务:第一次在月亮上种土豆。载荷虽然不大,但零部件却不少。除了铝合金壳体,这个载荷罐还带有一套半导体温控设备,一套摄像系统,一些培养基(土壤),水、空气、马铃薯种子、拟南芥种子,棉花籽,微生物(酵母等)和昆虫卵(原计划是养蚕,后来改成养果蝇)。值得称道的是,这个罐子的顶部还留有阳光导管,可以把嫦娥四号外表面接收到的日光照射通过光纤传导进载荷内部,让罐子里的花花草草也能享受到月球表面的天然阳光。 

载荷罐内部结构,转自微博 

    

  那它是怎么工作的呢? 

  在发射到落月前的阶段,温控设备会把载荷内部控制在一个较低的温度,土壤也会保持干燥,使植物种子和虫卵处于休眠状态。而当嫦娥四号在月球表面着陆,太阳能帆板正常打开之后,温控系统将把载荷中的“土壤”和空气调整到合适的温度(维持在1-30摄氏度之间),并向土壤中放水,刺激植物发芽。上面提到的调温,放水等步骤,都已经在嫦娥四号落月后的几天内完成了。而今天(加水后的第九天),载荷罐中终于长出了大家热切盼望的第一株棉花嫩芽! 

  按照原计划,在后续植物生长的过程中,传导进载荷内部的太阳光将会起到促进光合作用的功能,光合作用中产生的氧气可以用于供给动植物及微生物的呼吸过程。在植物生长中产生的枯枝败叶,以及在实验过程中死去的果蝇幼虫和微生物,又可以被活着的微生物分解掉,成为植物生长所必需的肥料。而微生物和它的代谢产物也可以成为蛆宝宝出生后的食物来源。在这个过程中,微生物和蛆宝宝(以及长大后的果蝇)也会不断通过呼吸作用放出二氧化碳,反过来又能为植物的光合作用提供原料。 

  这也就是说,动物,植物和微生物的生长,在这个小小的载荷里,构成了一个微小的闭环生态体系,简直是螺蛳壳里做道场。 

微型生态圈试验载荷(图片来源:新浪新闻) 

    

  不过,作为一次无人参与的试验性任务,这一载荷当然没有携带大量的水和空气。嫦娥四号也将很快进入长达半个月的月夜。基于月夜供电不足,保温困难等原因,实验已经宣告结束。所以,我们最终并不会收获到在月球上耕种出来的土豆。这也就意味着,想吃月球土豆和月球地三鲜的吃货同志们,还需要稍安勿躁,坐等下一阶段的载人登月和月球基地任务。 

  其实,把这个微型生态圈的载荷罐设计得这么小,功能上还有各种局限,也实在是无奈之举。此次发射嫦娥四号探测器的,仍然是上一代“扛把子”长征三号乙运载火箭,这种设计于上世纪九十年代的中型运载火箭,在面对如今越来越繁重的探月任务时,已经显得有些力不从心。为了兼顾这位老同志的体力,探测器自然也不能太大,要在已经不大的探测器里塞上一个人造生态圈,就更是难上加难了。在如此小的体量里,种出土豆棉花已经十分困难,想要在月球上种出一道完整的“地三鲜”,显然需要一个更加完善的人造生态体系。而这个进阶版人造生态圈的建设,还得依靠尚在闺阁中的长征五号重型火箭,以及尚在襁褓中的长征九号巨型运载火箭。 

  虽然月球基地的实际开工建设一时半会还难有眉目,但我国其实早已开始了关于在月面进行农业生产,和创建能够自给自足的月面基地的初期研究。北京航空航天大学的团队在此方向已经深耕十余年,于2014建造出了模拟未来中等规模月球基地的月宫一号,并于去年(2018年)完成了自给自足驻留长达一年的“月宫365”实验。在这轮地面实验中,八名志愿者在密闭的月宫一号里成功种出了大豆、小麦、胡萝卜、西红柿、草莓等农作物,为未来的月面长期驻留积累了宝贵的经验。有了月宫一号,做一道地三鲜这样比较复杂的素菜显然也不是什么困难的事。 

  虽然此次嫦娥四号搭载的“微型生态圈”只能算是月宫生态圈的“迷你版赠品”,但即便是这小小的一步,也是生态圈实验从地面向太空发展的一大步。 

月宫一号结构图(图片来源:自月宫一号官方微信公众号) 

    

  今天,植物在载荷中的发芽标志着这一实验取得了至关重要的进展。 

  据介绍,生物科普试验载荷在月面注水进行发芽和生长实验以后,经过9天时间进入月夜期。目前,生物科普试验载荷已进入断电状态,载荷内部在月夜温度零下52℃的情况下,所携带的六种生物将结束本次科普试验使命,处于冷冻状态。待下一个月昼期温度上升后,在全封闭状态的生物科普试验载荷罐中,六种生物将被慢慢分解成无害的有机物,并将被永久封存在生物科普试验载荷内部。 

    

  (本文中标明来源的图片均已获得授权)

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