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人类在月球上种庄稼的梦想,让中国人实现了!

发布日期:2019/1/17  查看次数:2673 来源:科技日报  作者:

 
 
    核心提示:人类在月球上种植出植物的梦想已经实现!1月15日上午,重庆大学举办嫦娥四号生物科普试验载荷新闻发布会,对外正式公布这一消息。
 


  1月12日20点,嫦娥四号登陆月球背面的生物科普试验载荷罐传回的最后一张试验照片,显示罐内生长出的植物嫩芽长势良好。这表明在经历月球高真空、宽温差、强辐射等严峻环境考验后,人类首次月面的生物生长培育实验成功!

  212.75小时的试验 ,月球长出人类种植的首株绿叶
  生物科普试验载荷罐是一个高度密封的圆柱形抗压容器,由特殊铝合金材料制成, “罐子”直径173毫米,高198.3毫米,总重量共2.608公斤。
  罐子虽然不大,不过搭载的“乘客”却不少。据了解,生物科普试验载荷内搭载了棉花、油菜、土豆、拟南芥、酵母和果蝇六种生物,它们形成一个简单的微型生态系统。
  2018年10月10日下午, 生物科普试验载荷罐在地面组装合盖。为了确保全过程无生物污染,所有生物装载操作均在严格无菌环境的超净工作台中进行。
  2018年12月8日,生物科普试验载荷罐随着嫦娥四号探测器成功升空。
  2019年1月3日23点18分,在经历发射和着落等阶段严酷的力学考验后,生物科普试验载荷于嫦娥四号登陆月球第一天加电开机,并启动主相机拍照。
  2019年1月3日23点48分,在地面控制中心发送放水指令后,搭载的6种生物结束休眠,进入生物月面生长发育模式。
  2019年1月5日晚8点,地面接收数据显示生物科普试验载荷内种子已经发育为胚根。在随后传回的图片中,可以清晰地看到棉花种子率先发芽,长出了绿绿的叶子。
  2019年1月12日20:03:34地面发送了生物科普试验载荷断电指令,载荷正常关机。生物科普试验载荷内部在月夜温度为零下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。
  “从开机至断电,生物科普试验载荷在轨工作状态良好,累计工作时间长达212.75小时,顺利实现了种子发芽,达到了设计指标,部分指标超过预期。”教育部深空探测联合研究中心副主任、生物科普试验载荷总设计师、重庆大学先进技术研究院院长谢更新教授在接受科技日报记者独家专访时表示。这是人类第一次在月面上做生物生长试验,在荒芜的月球上培育出第一株植物嫩芽,并随时间的推移,成功实现人类有史以来第一片在月球生长的绿叶。
  突破五大难题,实现首次生物实验
  “以前科学家在空间站以及其他航天器上开展过多次生物试验,但月球上还从未有过。此次生物科普试验载荷已初步实现人类首次月面生物试验,对人类今后建立月球基地提供研究基础和经验,具有重大意义。”谢更新说,要成功实验并不容易,他们准备了3年多的试验,突破了生物休眠、“旅途”颠簸、放水控制、密封控制、月面采光五大难题。
发布会现场
  据了解,因为嫦娥四号探测器发射的要求,罐内搭载的植物种子和果蝇虫卵需在罐中等待长达3个月,其中发射场需等待两个月,太空飞行近一个月,在此期间需保证休眠状态。“如果植物在罐内提前发芽,就失去了试验的意义。”谢更新说。对此他们特制了干燥的土壤,同时在真空条件下对罐体进行了密封,保证在此期间罐内不会受到地球温度、湿度的影响,避免产生水份促使植物种子发芽。
  放水时间把控也是一大难题。必须确保到达月球试验启动后水能放出来,不能放不出来,也不能放早了。为此,团队采取了两个措施,一方面使用电磁泵启动放水装置,二是在水管口用新型溶剂封口,在月球高温环境中封口溶剂才会随着放水脱落,确保在月球上才会让水浇灌到土壤中。
  从发射、变轨到着陆, 生物科普试验载荷罐要经历严酷的力学条件,如何让土壤不散落是业界关心的问题。谢更新说,对此他们采用了遇水即融的材料,保证土壤在“旅途”中的安全。
  为了解月球上的光合作用情况,此次实验没有采取内置灯光的形式,而是通过光导管引进月球表面自然光线,实现月面原位资源利用,让动植物完全接受月球的光照环境。谢更新介绍,通过在罐上开通,用光导管引光进入,顺利地让罐内的生物受到月球上太阳光的照射。因为此次降落的地点在月球背面南极——艾特肯盆地冯·卡门撞击坑,月尘较厚,担心月尘会对光导管进行封堵,对此他们进行了多次实验,对导管的方位和角度进行了特别的设计,从而顺利引入了阳光。
  谢更新介绍,此次罐内的主副相机累计拍照35次,下传照片170多幅。与整器保持良好的持续通信状态,并实时传回温度、电压、气压等各项遥测数据。通过照片数据和遥测数据分析,设备内部水已完全浸润土壤,温度、压力等完全符合生物生长发育的要求。
  月地对比 ,月球上植物先于地球发芽
  为进一步凸显本次生物科普试验载荷的科研和科普价值,生物科普试验载荷项目组同时在重庆大学开展了地、月对比实验,对比同一个生态系统(密闭空间)在地球、月球不同条件下以及在地面自然条件下(开放空间)的生长发育情况。
图片来源:新浪微博
  1月3日晚23:50分,地面对照试验生物科普试验载荷与月表生物科普试验载荷同步注水,地面对照试验正式开始。地面对照分为封闭环境1:1对照试验和开放环境下的对照试验。整个地面对照试验全程以在轨工作的生物科普试验载荷传回的温度作为参考,地面对照通过控温,与在轨工作温度保持一致。
  截至1月12日,地面对照实验罐体内已陆续发现棉花、油菜种子萌发,且长势良好,另一套地面对照试验罐内未见种子萌芽。开放环境下,可见油菜、棉花和马铃薯种子萌芽,幼苗呈茂盛生长趋势。
  “月球和地面的实验室在同温度、同湿度下进行的,不同的是月球上日照条件虽然较差,但为24小时照射,同时有辐射,地面上没有辐射。”谢更新说,不过月球上发芽比地球上更快,为何会出现这一情况,他们会进行进一步研究。
  耐高温植物更适合月球生长
  在此前报道中,最初确定的旅行“乘客”是土豆、拟南芥、蚕,为何这次会变为棉花、油菜、土豆、拟南芥、酵母和果蝇?
  “这是根据罐内资源变化数百次试验选择的结果。”谢更新解释,因为“罐子”里资源有限,里面的动植物不能占用过多空间,同时由于月球上没有大气传递热量,昼夜温差大,在太空舱内温度控制在30℃到-60℃,“罐子”内温度采用物理控制方式,控制在最低-10℃,因此要求动植物能有耐高温、耐冻、抗辐射和抗干扰的特点。同时因为不清楚月面的温度,从生物的多样性上考虑,他们选择了低温和高温的物种都试一试。
网友评论 来源新浪微博
  实验显示,最终耐高温的棉花种子最先实现了发芽,虽然充满期待,但是其余耐低温的种子未能发芽。
  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,经过近9天时间进入月夜期。目前,生物科普试验载荷已于1月12日20点03分断电。
  “下一次开机时间是1月30日,我们会关注是否会发生奇迹。”谢更新说,因为不能配备电池,所以此次不能在关机的状态下保证罐内的温度,所携带的六种生物将因为低温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。
  未来将扩大载荷罐尺寸,进行更多实验
  “这是全人类第一次在月球上做生物实验,并且成功地长出了绿色植物,而这个第一是我们中国人取得的,可以说意义重大。”重庆大学副校长、科普载荷项目总指挥刘汉龙说,虽然这次实验时间只有212.75小时,但是拿到了大量的珍贵的第一手数据,为以后研究打下了基础。同时,此次实验解决了生物在月球生长的几大难点,这一研究可以促进人类实现在月球上建立月球村或月球站的计划。
  同时,此次实验的重要作用之一就是科普,因此项目团队安装了相机,全程记录这一过程,并与地球实验进行对比,将向青少年、广大科普爱好者和宇宙探索爱好者进行科普宣传。
  下一步,项目团队将继续研究在月球环境和地球环境下植物生长需要哪些条件,对发现的一些生物有趣现场进行进一步研究。还将进一步扩大实验,扩大生物科普试验载荷罐的尺寸,增加更多更新的研究内容。
 

 

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