首次月面生物實驗：如何在月球上開出人類第一朵花

嫦娥四號科普載荷實驗生長箱。受訪者供圖

第二看臺

在月球表面開出第一朵花，人類移居月球也許不是夢。由教育部深空探測聯合研究中心組織，重慶大學牽頭的科普載荷“月面微型生態圈”，將作為嫦娥四號的“乘客”之一，于2018年登陸月球表面，進行人類首次月面生物實驗，屆時將向全球進行直播。

僅重3公斤的“乾坤”罐

“月面微型生態圈”是一個由特殊鋁合金材料制成的圓柱形“罐子”，高18厘米，直徑16厘米，凈容積約0.8升，總重量3公斤。罐子雖然不大，內部可含有“整個世界”。

深空探測中心副主任、重慶大學先進技術研究院院長謝更新教授介紹，這個搭載嫦娥四號上月球的“罐子”里，將放土豆和擬南芥兩種植物的種子和蠶卵，以及土壤、養分、空氣等動植物生長需要的元素，還有記錄動植物生長的微型攝像機和照相機、調節溫度的空調、提供能源的電池等。

在罐子里，土豆和擬南芥會通過光導管吸收月球表面的自然光進行光合作用，釋放氧氣供生態圈里的“消費者”——蠶卵，然后蠶卵排出二氧化碳和生活垃圾提供給植物種子，循環往復，小生態圈就初現形態了。

雖然這個小小的罐子僅重3公斤，但是它里面的零部件達40個，成本造價在千萬元以上。聚集了機械、控制、環境、生物、材料、能源、光學、通信等多學科交叉的研發團隊的智慧，獨創了多種新技術。

上千次篩選出的三位“乘客”

去年，美國宇航員斯科特·凱利在NASA空間站中培育出了一朵百日菊，成為第一株在外太空開放的花朵。這次我國帶上月球開的花將是土豆花或擬南芥花。為什么會選擇土豆、擬南芥、蠶這三位地球“乘客”到月球呢？

“這是我們經過上千次篩選的結果。”謝更新解釋，因為“罐子”里資源有限，就要求里面的動植物不能占用過多空間。哪些動植物能登上月球，首要條件就是“個子小”。其次，由于月球上沒有大氣傳遞熱量，晝夜溫差大，在太空艙內溫度控制在30℃到-60℃，“罐子”內溫度控制在最低-10℃，因此要求動植物能耐高溫、耐凍，而且能抗輻射和抗干擾。

謝更新說，土豆是大家熟悉的食物，很有可能是以后太空的主食。這次選擇的土豆是特別培育的“小個子”品種。擬南芥開花周期短，從發芽到開花只需1個月，是很好的實驗用模式植物，因此把承擔在月球開出第一朵花的任務交給了它。

蠶卵將在生態圈中完成蟲卵孵化、幼蟲生長發育和破繭成蝶的完整生命周期。選擇蠶，有一個重要原因是因為它承載了中國的傳統文化。

驗證月球上的光合作用

“這次實驗主要是想觀察月球上的光合作用，并向人們進行科普。”謝更新介紹，通過“月面微型生態圈”觀察低重力、強輻射條件下植物的種子發芽、幼苗生長和開花的全過程，或蟲卵孵化、幼蟲成長發育、破繭成蝶，驗證月球環境下種子的呼吸作用和植物的光合作用。

與地球不同的是，月球自轉一周需要28天。月球上的一個白天相當于地球的14天，屆時這些動植物將在月球上連續度過14個白天再進入14個黑夜。

“我們會通過光導管引進月球表面自然光線，實現月面原位資源利用，讓動植物完全接受月球的光照環境。”謝更新稱，之前也考慮過用人工光線模擬地球上的光照環境，但利用月面自身光照對實驗的意義更大。如果動植物能夠適應月球光照進行生長，那么以后人類就可以在月球建設基地，開展長時間的科研工作，對人類未來在地外星球生存具有重大意義。

謝更新稱，“罐子”里的溫度會保持在-10℃至30℃之間，土豆、擬南芥和蠶將在里面實現微型生態循環。謝更新說，他們預計的時間為3個28天，希望能夠在月球順利開出第一朵花。

技術難點在于溫度控制

此次嫦娥四號所抵達的月球背面距地球38萬公里。月球環境真空，白天溫度能達到100多攝氏度，夜晚零下100多攝氏度，加上微重力、太陽輻射強、高能粒子沖擊等，給實驗帶來不小的困難。

“科普載荷月面微生態圈的難點在于溫度的控制和能源的供給。”謝更新介紹，因為太空艙不會給“罐子”供電，因此他們需要自己解決能源問題。為了讓“罐子”里溫度恒定，他們給“月面微生態圈”穿上保溫服并裝了空調。但這個空調不是普通的空調，是應用重慶大學在建筑溫控上的優勢研制出的新型空調。利用太陽能電池就能進行溫度控制，保證微型生態圈以及照相機等一些耗電器材的工作。

謝更新介紹，從發射準備到飛行登月，中間大約會有兩個月時間。為了讓動植物不在途中就開始生長，他們進行了大量相關試驗，以保證動植物在旅途中沉睡，到達月球后再被喚醒。他說，發射后不能人為遙控操作，只能通過攝像頭和傳感器進行觀測。屆時，他們將通過視頻觀測動植物的生長過程，用傳感器檢測里面的溫度，向全球直播。

據了解，這個科普載荷已歷時兩年多實驗，預計在今年9月完成正式品，明年年底發射。除重慶大學外，湖南大學、北京航空航天大學、中國航天科技集團等高校和企業也參與其中，涉及機械、控制、環境、生物、光學、能源等多學科交叉的多個研發團隊，其中多項技術今后將用于民用。