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        太空中的一抹綠

        2020-04-09 08:17:29米蓋爾·安赫爾·塞巴德爾
        海外文摘 2020年3期
        關(guān)鍵詞:宇航員土豆火星

        米蓋爾·安赫爾·塞巴德爾

        月球土壤缺乏水和營養(yǎng)物質(zhì),想要種植作物十分困難。中國發(fā)射的“嫦娥四號(hào)”將土豆種子帶上了月球。

        2017年2月,SpaceX CRS-10任務(wù)火箭從美國卡納維拉爾角升空,飛往國際空間站。這次的火箭帶有一項(xiàng)特殊任務(wù):NASA第一個(gè)微觀察計(jì)劃。該計(jì)劃由德國拉文斯堡的三位農(nóng)學(xué)專業(yè)學(xué)生設(shè)計(jì),目的是研究微重力作用下巖屑的培育,這對(duì)發(fā)展太空種植技術(shù)有著重要意義。也就是說,科學(xué)家們正研究哪些作物可在地球以外種植。

        農(nóng)業(yè)是人類社會(huì)最古老的產(chǎn)業(yè)。太空農(nóng)業(yè)這一想法始于1977年。當(dāng)時(shí)中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院的一位研究員在研究軌道飛行對(duì)植物生長的影響后發(fā)現(xiàn),暴露在宇宙輻射下和受到太空中其他因素影響的植物種子會(huì)發(fā)生DNA突變。

        1987年至2005年間,中國向太空發(fā)射的火箭中共攜帶了400多種植物種子,正是用這些從太空回來的種子,人們才種出了巨型茄子,和長達(dá)半米、重達(dá)10公斤的黃瓜。2006年,中國國家航天局在“實(shí)踐八號(hào)”衛(wèi)星中裝載了糧食、蔬菜、水果、花卉等2000多種共約215公斤重的種子,用于太空環(huán)境下的誘變?cè)囼?yàn),即利用宇宙空間環(huán)境因素對(duì)種子的影響,使種子產(chǎn)生在地面環(huán)境中得不到的變異,最終篩選出發(fā)生了有利變異的農(nóng)作物新品種。作為農(nóng)業(yè)大國,中國一直沒有放棄探索太空農(nóng)業(yè)技術(shù)。2018年發(fā)射的“嫦娥四號(hào)”探測(cè)器中,也搭載有種子和蟲卵,用以研究其在月球表面的栽培和孵化問題。

        關(guān)于太空農(nóng)業(yè)的設(shè)想

        很多學(xué)者都看好太空農(nóng)業(yè)的發(fā)展?jié)摿?,美國普林斯頓大學(xué)的物理學(xué)教授杰拉德·奧尼爾曾于1977年出版了《太空城市》一書。奧尼爾在書中提出了如何利用當(dāng)時(shí)可用的技術(shù),在沒有大氣層、重力和土壤的太空中創(chuàng)造一座城市。在他設(shè)計(jì)的太空城中,可容納近1000萬人。要保障這么多人的口糧,需要建立一片農(nóng)業(yè)區(qū)域,并保證充足的光照、空氣、水源和養(yǎng)料。據(jù)估算,此耕種面積應(yīng)達(dá)到650平方公里,約為安道爾面積的1.5倍。

        為實(shí)現(xiàn)該設(shè)想,奧尼爾倡導(dǎo)發(fā)展可同時(shí)種植幾種作物的超集約化農(nóng)業(yè)。也就是說,在一塊土地中,同時(shí)放入生長周期短和長的作物種子(如玉米和土豆),每年最多同時(shí)種植四種作物,并控制好環(huán)境的溫度和濕度。如此,每21公頃土地產(chǎn)出的作物就能養(yǎng)活53個(gè)人。

        顯然,在紙上規(guī)劃太空農(nóng)業(yè)是一回事,但要真正實(shí)現(xiàn)太空種植又是另外一回事。要不然,也不會(huì)自1971年蘇聯(lián)將第一個(gè)太空站送入軌道以來,一直到2015年,宇航員們的飲食都還只停留在脫水食品階段。人類能在太空中停留的時(shí)間越來越長,考慮到向宇宙空間站運(yùn)送食材的高昂成本(運(yùn)一公斤意大利面就要耗費(fèi)近兩萬歐元),各國航天機(jī)構(gòu)都在推行的太空種植計(jì)劃也就不足為奇了。

        2015年8月3日,宇航員謝爾·林格倫和斯考特·凱利在國際空間站品嘗到了在地球之外種出來的第一棵生菜。

        科學(xué)家在模擬國際空間站的環(huán)境下嘗試種植蔬菜。

        適合太空種植的植物

        人類對(duì)于太空種植的探索終于有了回報(bào)。2015年8月,生活在國際空間站的宇航員們,第一次嘗到了在太空種植出來的生菜。這不僅宣告了人類可以在微重力環(huán)境下培育出蔬菜,對(duì)人類繼續(xù)進(jìn)軍宇宙的計(jì)劃也具有突破性的意義。這得益于NASA的Veggie項(xiàng)目,即嘗試在國際空間站的溫室中,用極少的水和肥料,無土種植可食用植物。

        該項(xiàng)目始于2010年,一方面NASA希望確保宇航員能吃上新鮮的食物,另一方面也是為了研究哪類植物在微重力環(huán)境下生長得最好。這些年來,Veggie植物生長箱的體積越來越大,可種植的植物種類也越來越豐富:長葉萵苣、白菜、羽衣甘藍(lán)、山葵等,多達(dá)18種。

        將這些植物的種子撒在NASA 研發(fā)的Veggie 植物生長箱中,21天后,就能在太空中長出一片生機(jī)勃勃的綠苗。

        適合太空種植的植物

        人類對(duì)于太空種植的研究從未停止。在NASA和歐洲航空航天局的合作研究項(xiàng)目“幼苗計(jì)劃3號(hào)”中,西班牙國家研究委員會(huì)生物研究中心的弗朗西斯科·梅迪納主要負(fù)責(zé)十字花科南芥屬植物在太空中培養(yǎng)的優(yōu)化方法。

        德國航空航天中心的工程師丹尼爾·舒伯特,也在模擬在火星和月球環(huán)境的溫室里種植蔬菜。他利用回收尿液作為肥料,同時(shí)改變光照中紅光、藍(lán)光和紫外線的比例。研究發(fā)現(xiàn),光照中紫外線的比例越高,種出來的蔬菜味道越好。

        要實(shí)現(xiàn)太空種植,最大的挑戰(zhàn)在于找到合適的植物品種。適合太空種植的蔬菜品種必須滿足三個(gè)條件:一、莖短,這樣可以節(jié)省空間;二、不可食用的部分少;三、能適應(yīng)光線不足的環(huán)境,且對(duì)有害生物具有一定的抵抗力。幼苗計(jì)劃的專家們正在用生物技術(shù)對(duì)小麥、土豆、大米和生菜等植物進(jìn)行基因鑒定,尋找這些植物是否具有在極端條件下仍可生存的基因。

        為探索火星作準(zhǔn)備

        美國計(jì)劃于2030年實(shí)施載人登陸火星任務(wù),NASA現(xiàn)在有關(guān)太空農(nóng)業(yè)研究的項(xiàng)目都是在為這個(gè)任務(wù)作準(zhǔn)備。在最理想的情況下,宇航員到達(dá)火星也至少需要一年的時(shí)間,在火星上停留約六個(gè)月后,返回地球又需要一年。所以,一次性帶夠所有機(jī)組人員必需的食物是不現(xiàn)實(shí)的。

        道理很簡(jiǎn)單,每個(gè)宇航員每天需攝入2500至3000卡路里的熱量,且為了防止鈣流失和微重力條件下的其他不適,食物中必須包含15%的蛋白質(zhì)、30%的脂肪和50%的碳水化合物,剩下的則是水、咖啡、果汁等液體。所以,食物的儲(chǔ)存就成了問題,如果按每個(gè)宇航員每天最少需要兩公斤食物來算,一次包括了四名機(jī)組成員在內(nèi)的火星探險(xiǎn),就至少需要攜帶七噸重的食物。

        猶他州立大學(xué)的植物學(xué)家布魯斯·布格比表示:“為了實(shí)現(xiàn)人類殖民火星的計(jì)劃,第一批到達(dá)火星的宇航員在食物方面必須實(shí)現(xiàn)自給自足?!睘榇?,NASA向太空生物應(yīng)用中心投入500萬美元的經(jīng)費(fèi),用于一個(gè)為期五年的研究項(xiàng)目,目標(biāo)是在模擬火星的環(huán)境中生產(chǎn)出生物燃料、化學(xué)材料、藥品和食品。

        火星種植的可行性

        想要在火星上種菜可不是一件簡(jiǎn)單的事。地球的土壤中富含礦物質(zhì)、有機(jī)物、氣體、液體和無數(shù)的微生物,但在火星的表面卻只有一層薄薄的火山巖?;鹕綆r中缺少養(yǎng)分,但更主要的問題在于其中富含的高濃度氯酸鹽會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生致命傷害。馬德里天體生物學(xué)中心的瑪麗亞·索爾薩諾表示,解決方法只能從兩個(gè)方向入手:一、開發(fā)能夠清潔土壤的植物;二、找到不吸收土壤中氯酸鹽的植物。

        在2015年上映的電影《火星救援》中,宇航員馬克·沃特尼在火星上挖坑種植土豆,他用糞便為土豆施肥,借助火箭燃料獲得液態(tài)水,最后成功種出了土豆。盡管這只是一部虛構(gòu)的科幻片,但布格比表示,在火星上種植土豆確實(shí)具有可行性,且可以種的植物也不僅限于土豆。

        2016年,NASA和秘魯?shù)膰H馬鈴薯中心展開合作,在地球上的仿火星生態(tài)實(shí)驗(yàn)室中培育土豆。他們選取了65個(gè)品種的土豆,觀察它們能否在與火星相似的環(huán)境下發(fā)芽。利馬工程技術(shù)大學(xué)的生物工程系主任胡里奧·西爾瓦表示,為了找到適合在火星上種植的品種,他們用了將近300公斤的土豆。

        上面兩幅為火星溫室模擬圖,采用了先進(jìn)的水培技術(shù)(無需耕地)和LED照明技術(shù)(無需光照)。

        專家們測(cè)試了幾種不同的種植方式,其中一種被證實(shí)有效:先將土豆種子放進(jìn)裝著有機(jī)物質(zhì)的膠囊,再將其放入裝有模擬火星土壤的花盆里,令人驚喜的是,有三個(gè)品種的土豆成功發(fā)芽了。

        土豆是世界第四大農(nóng)作物,人類的主要食物來源中約有1000種作物,雖然目前還無法在模擬火星的生態(tài)環(huán)境中種植所有的作物,但土豆的成功種植至少是一個(gè)良好的開始。更何況,進(jìn)行火星種植的意義并不只在于獲得食物。布格比教授稱,火星稀薄的大氣中含有很多二氧化碳,植物可以吸收二氧化碳并釋放氧氣,幫助我們將火星改造成一個(gè)更適宜人類居住的星球。

        [譯自西班牙《真有趣》]

        編輯:馬果娜

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