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美探究"太空農(nóng)場"可行性 派植物"礦工"外星淘金
關(guān)鍵詞： 太空農(nóng)場 月球 礦工 太空探測器 火星衛(wèi)星 太空農(nóng)業(yè) 太空探索 外星生命 植物根系 植物栽培
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美國希望在本世紀(jì)30年代中期之前將宇航員送上火星
美國總統(tǒng)奧巴馬在新太空探索計劃中明確表示，希望在本世紀(jì)30年代中期之前將宇航員送上火星。為此，美國宇航局(NASA)將研發(fā)新型太空探測器，實現(xiàn)對近地小行星、月球和火星衛(wèi)星的載人探索。奧巴馬毫不諱言，他們將借助小行星、月球、火星衛(wèi)星這些“跳板”，實現(xiàn)踏足火星的最終目的。
作為人類探索太空的前哨戰(zhàn)，月球及其資源當(dāng)仁不讓地成為了科學(xué)家們的試驗場。據(jù)美國物理學(xué)家組織網(wǎng)近日報道，研究人員將利用阿波羅登月計劃帶回的月球表面風(fēng)化層的土壤樣本，重新開展植物培育實驗。他們希望深入了解月壤對植物生長和發(fā)育的影響，以測試建造太空農(nóng)場的可行性。一旦有了這樣的生命維持體系，不論是在星際旅行中還是在外星球基地上，都能夠確保宇航員有充足的食品供應(yīng)。而研究人員還有一個更大的野心，那就是利用植物當(dāng)“礦工”，來開采月球乃至火星上的豐富礦產(chǎn)，這種“就地取材”的方式不僅能夠降低建造太空基地的成本，其中也有很多資源是地球上極為稀缺的，對于人類來說價值非凡。
月球土壤不會影響植物生長
美國于上世紀(jì)六七十年代開展了世人矚目的阿波羅登月計劃，將人類送上了月球。歷次阿波羅飛行都對月球表面進(jìn)行了廣泛考察，并搜集了大量月球風(fēng)化層樣本。
月球風(fēng)化層是由灰塵、泥土、碎石和其他物質(zhì)組成的混合物，松散地覆蓋在固體巖床之上。對于阿波羅載人登月飛行任務(wù)所帶回的月球樣本，NASA的防范工作可謂做到了家：專門興建了一個月球物質(zhì)回收和回歸宇航員檢疫實驗室(theLunarReceivingLab)來接待這些“外星訪客”。這樣做的目的是為了確保科學(xué)家利用月壤做實驗時不會有任何危險的污染物或者未知的外星生命形式“逃脫”，從而避免危及地球生態(tài)。
不過這種擔(dān)憂很快被證明是不必要的。初步研究顯示，與月球土壤樣本接觸過的植物并沒有枯萎或者死亡。研究人員將阿波羅11號和阿波羅12號帶回的月球土壤樣本撒在35種植物的根部和葉片上，這些植物仍然能夠茁壯生長。同樣的，動物實驗也表明，同月球樣本的接觸并沒有讓它們受到不良影響。
NASA旗下的《天體生物學(xué)》雜志最近發(fā)表了對阿波羅時期月壤實驗的研究回顧，再次確認(rèn)取自月球風(fēng)化層的樣本沒有毒素，也不含外星生命形式的污染物，不會對生活在地球上的人類和動植物構(gòu)成威脅。
探究建造太空農(nóng)場的可能性
一粒種子落在月球上是否能夠順利地生根萌芽？科學(xué)家們目前還沒有答案。
雖然同少量的月球土壤接觸并不妨礙植物的存活，有些甚至還長得枝繁葉茂，但研究人員表示，由于最后一次月球土壤實驗還是在30年前進(jìn)行的，囿于當(dāng)時的技術(shù)條件和手段，月球土壤到底會給植物帶來何種影響，尚存在許多未知因素。
比如，阿波羅時期的實驗從未研究過月球物質(zhì)對細(xì)菌和真菌等微生物的影響，而這些微生物是植物獲取營養(yǎng)的“幫手”。甚至宇航員身上的微生物都可能會進(jìn)入植物的根際土中與植物根系相互作用。佛羅里達(dá)大學(xué)的遺傳學(xué)家安娜-麗莎·保羅解釋說，植物的根系處定居著一群微生物，它們負(fù)責(zé)將大的有機(jī)物質(zhì)分解成植物容易吸收的小分子成分，保證了植物生長所需的營養(yǎng)素。
安娜-麗莎·保羅和同事羅伯特·費爾決定繼續(xù)阿波羅時期未竟的事業(yè)，開展利用月球土壤培育植物的實驗。他們的研究將借助過去幾十年來分子生物學(xué)和遺傳學(xué)領(lǐng)域開發(fā)出的新技術(shù)手段，從分子水平上了解在月壤中生長的植物為了適應(yīng)環(huán)境將會如何開啟或者關(guān)閉它們的基因，進(jìn)而幫助人類實現(xiàn)在月球乃至其他外星球上發(fā)展太空農(nóng)業(yè)的夢想。
新的實驗并不需要重返月球進(jìn)行。研究人員已經(jīng)制定了計劃，只需從NASA所采集的數(shù)百公斤月球風(fēng)化層樣本中取出幾克就夠了。
保羅說，一克月球風(fēng)化層土壤就可以維系好幾株擬南芥的生長。擬南芥是首種被成功進(jìn)行基因組測序的植物，與甘藍(lán)和蘿卜等人們餐桌上常見的蔬菜同屬十字花科，對這種模式生物的研究無疑將給未來的月球生物學(xué)實驗提供一個基準(zhǔn)。這些實驗不僅有助于解答基本植物生物學(xué)領(lǐng)域的一些問題，而且還可以為發(fā)展地外生態(tài)系統(tǒng)儲備知識。
同時，更多的地球?qū)嶒炓部梢詭椭こ處熀涂茖W(xué)家們更好地設(shè)計未來的在軌或者外星農(nóng)場。
意大利泰雷茲·阿萊尼亞空間公司的工程顧問克勞迪奧·費內(nèi)托認(rèn)為，在建造并將一個演示系統(tǒng)送往太空之前，在地球上進(jìn)行極端環(huán)境測試非常有幫助，這樣才能確保其中的一些關(guān)鍵設(shè)計能夠發(fā)揮作用。
費內(nèi)托和同事在近期的英國《宇航學(xué)報》上發(fā)表文章指出，他們經(jīng)過計算發(fā)現(xiàn)，對于一個擁有18位常駐民的月球基地來說，一個20%來自地球食品供給、80%依靠生物再生的生命支持系統(tǒng)可以保證基地運(yùn)轉(zhuǎn)的時間長達(dá)5年以上。
植物或可充當(dāng)“礦工”
《天體生物學(xué)》雜志上發(fā)布的阿波羅時期月壤實驗的研究回顧還表明，植物具有從月球風(fēng)化層中“提取”某些營養(yǎng)物質(zhì)的能力。一項研究發(fā)現(xiàn)，發(fā)芽的種子和幼苗似乎很享受月球土壤給它們提供的營養(yǎng)。雖然月球風(fēng)化層中缺乏氮、磷、硫和鉀等植物必需的元素，但卻含有豐富的鐵、鎂和錳等元素，同樣可以促進(jìn)植物生長。
科學(xué)家于是提出大膽設(shè)想，希望通過新研究進(jìn)一步開發(fā)植物的這種潛力，將植物改造成“生物礦工”，來提取月球上的營養(yǎng)物質(zhì)或者礦物質(zhì)。這樣一來，月球農(nóng)場不僅可以滿足宇航員的飲食需求，還是未來建設(shè)太空基地的有力保障。這些豐富的原材料可以用于月球基地的建設(shè)和運(yùn)營，比如生產(chǎn)太陽能電池和建筑材料等，這將使人類實現(xiàn)不依賴于地球資源的太空“可持續(xù)發(fā)展”成為可能。
當(dāng)然，所有的這一切都可以說是為了登陸火星做準(zhǔn)備。雖然目前科學(xué)家還沒有獲得火星樣本，但有一些研究已經(jīng)在利用模擬火星土壤進(jìn)行植物栽培實驗，而對月球土壤樣本的測試無疑可以提供很多有益參考。
費內(nèi)托表示，即使NASA已經(jīng)取消了短期內(nèi)重返月球的計劃，載人火星任務(wù)也同樣可以受益于這樣的自我維持系統(tǒng)。要知道，從地球去往月球不過幾天時間，而飛往火星卻是一段為時半年的旅程，讓宇航員隨船攜帶足夠的食物和飲用水顯然是個極大的挑戰(zhàn)。
費爾說，我們的目標(biāo)之一是要找到一個最佳途徑，利用植物構(gòu)建一個生命支持系統(tǒng)，同時開發(fā)植物的“采礦”潛力，為將來的載人太空探索活動以及建設(shè)外星基地提供保障。