“月球嫩芽”破土而出！嫦娥四号“月宫种菜”究竟是如何做到的？

2019年1月15日，嫦娥四号上搭载的生物科普试验载荷发布最新试验照片，照片显示试验搭载的棉花种子已长出嫩芽，这也标志着嫦娥四号完成了人类在月面进行的首次生物实验。难以想象在环境严酷的月球背面，嫦娥四号上居然存在着这样一个“生命绿洲”。该项目由重庆大学教育部深空探测联合研究中心牵头研制，这是全球首次月球生物搭载和生长实验。

1月3日10时26分，嫦娥四号成功在月球背面的南极-艾特肯盆地内的冯·卡门撞击坑软着陆，开启了人类探索月球的新旅程。重庆大学的‘生物科普试验载荷’项目是在嫦娥四号面向全国征集‘月球探测载荷创意设计征集活动’的近300份作品中脱颖而出的，与嫦娥四号一起成功着陆月球背面。

科普载荷都有哪些目标？科普，是本次科普载荷项目最基本也是最重要的使命；科普载荷“月面微型生态圈”通过观察月面动植物生长状况的方式向公众普及生物学知识。本次科普载荷搭载的6名“神秘旅客”分别是马铃薯、油菜、棉花、拟南芥、果蝇、酵母。其中，植物生产氧气和食物，作为消费者的果蝇和分解者的酵母消耗食物和氧气后产生二氧化碳，供植物进行光合作用。酵母可以分解植物和果蝇废弃物而生长，酵母又可以作为果蝇的食物。如此循环往复，一个含有生产者、消费者和分解者的微型生态系统就此形成。

教育部深空探测联合研究中心副主任、重庆大学先进技术研究院院长谢更新教授介绍， 项目将展示生物在月球低重力、强辐射、自然光照条件下动植物的生长发育状态，同时还将开展微型生态系统地、月对比实验，比较在地球、月球不同条件下的生长发育情况。

“月球种菜”难在哪里？这就要从月球上严酷的自然环境说起了，月球上的一天相当于29个地球日，其中白天和黑夜大约各占一半。由于没有大气层的保护，月球表面温度变化非常剧烈。月夜的最低温度甚至低于零下180摄氏度，而月昼太阳直射的环境下温度可以高达150摄氏度，昼夜温差超过300摄氏度。在这样的环境下，几乎没有任何生命可以存活。同时，由于月球没有磁场的保护，月表还是一个充满宇宙射线和高能粒子的环境，这对于任何生命和仪器设备都是一个巨大挑战。此外，月面的重力仅仅相当于地球的1/6，光照、密闭环境都与地球截然不同。动植物在这种环境中的生长发育都与地球存在很大差异。如何挺过火箭发射和奔月过程中的考验？如何在月球背面的严酷环境下生存？如何维持一个适宜生命生存的绿洲？这对于月球上的生命和整个项目组都是一场只能成功的考验，然而他们真的做到了。“月面生态圈”凝聚心血精心设计“月面微型生态圈”是由特殊铝合金制成的圆柱形“罐子”，高18厘米，直径16厘米，净容积约0.8升，总重量3公斤。小“罐子”里乾坤大，顶部10 mm直径的光导管将太阳光引入内部，提供植物生长所需能源，聚酯薄膜保温层和半导体冷热片会保持内部温度，内置摄像头会对生物生长过程进行图像拍摄并传回地面。

罐体内处处可见科技创新：土壤和空气都经过精心选择；创新设计的低功耗和零功耗两种方式进行两次浇水，巧妙利用自然条件解决了月球浇水的难题；在发射落月的过程中，通过特殊可溶纤维进行保护。这是由于这些精心设计，罐体和小生命在嫦娥四号的保护下经受了发射落月过程和严酷太空环境的考验，成功降落在了月球背面，确认各项状态良好。

1月3日晚23时48分，科普载荷内电磁泵放水。1月4日，相机传回图片显示放水成功，内部温度控制在30左右，罐内结构、密封、温控正常。水和阳光是生命之源，马铃薯、油菜、棉花、拟南芥种子和果蝇酵母等六位旅客被水和阳光唤醒，开始了他们在月球背面的生长发育和孵化之旅。为了适应在月球之旅，这些旅客都经过精挑细选。

他们“个子小”适宜在罐内有限环境中生活。由于月球表面低重力、强辐射、高温差等极端条件限制，他们还具有耐高温、耐冻，而且能抗辐射和抗干扰的本领。这些经过精心选拔的“月球旅客”在地面人员的精心控制和照料下逐渐适应了月球的新环境。1月4日月球背面冯·卡门撞击坑内的温度已经突破100摄氏度，而在“小罐子”内依然维持着30度左右的环境，这是非常适宜植物发育的。

由于月球的昼夜周期长达29天，因此地球上的一天相当于月球上大约50分钟。1月5日晚上，月球背面冯·卡门撞击坑的太阳越升越高，几乎已经达到了正午，嫦娥四号舱外环境温度高达100多摄氏度。“小罐子”内也承受着巨大的温度压力，最高温度达到36.5摄氏度，对6位“月球旅客”而言这也是最难熬的时候。1月7日，在科研人员的精心调控下，“小罐子”内温度逐渐下降，随着月球正午的过去，对“月球旅客”和科研人员而言，最难熬的时刻已经过去。嫦娥四号内部的月面微型生态圈始终将温度维持在生命适宜的水平，提供了一个湿度、温度、氧气、阳光、水分、气压满足生命需求的环境。在月球无比严酷的环境下，“月球旅客”们克服温度、光照、密闭环境、低重力、高辐射的挑战。终于在月球背面，终于破土而出，这不仅是生命的奇迹，也是科技的奇迹。

而这些奇迹背后的创造者正是重庆大学，依托教育部深空探测联合研究中心，重庆大学集中机械、生物、环境、航空航天、自动控制等多学科优势，经过3年的持续攻坚，克服了重重困难和挑战，出色完成了科普载荷研制和试验任务，成功实现了人类首次月面生物实验，对中国未来载人登月以及人类未来在地外星球生存都具有重大意义。

作者| 宋宇豪

审稿| 林文杰 川陀智库高级研究员

文章由腾讯科学“科普中国头条创作与推送项目”团队推出