出品：科普中国
制作：谭璞
监制：中国科学院计算机网络信息中心
就在今天，一则新闻登上了各大版面的头条，嫦娥四号“发芽了”！这并不是一则洋葱新闻，也不是嫦娥四号能够“逆天”违反自然规律，在接近真空的月球表面种出了地球植物。这一切，都是这个由重庆大学牵头研发的“不锈钢饭盒”搞得鬼。
图片来源：重庆大学
月面微型生态圈：月亮上种土豆
虽然这个外观像个保温饭盒的载荷只有三公斤重，容积不到一升，但却肩负着一个光荣而神圣的任务：第一次在月亮上种土豆。载荷虽然不大，但零部件却不少。除了铝合金壳体，这个载荷罐还带有一套半导体温控设备，一套摄像系统，一些培养基（土壤），水、空气、马铃薯种子、拟南芥种子，棉花籽，微生物（酵母等）和昆虫卵（原计划是养蚕，后来改成养果蝇）。值得称道的是，这个罐子的顶部还留有阳光导管，可以把嫦娥四号外表面接收到的日光照射通过光纤传导进载荷内部，让罐子里的花花草草也能享受到月球表面的天然阳光。
载荷罐内部结构，转自微博
那它是怎么工作的呢？
在发射到落月前的阶段，温控设备会把载荷内部控制在一个较低的温度，土壤也会保持干燥，使植物种子和虫卵处于休眠状态。而当嫦娥四号在月球表面着陆，太阳能帆板正常打开之后，温控系统将把载荷中的“土壤”和空气调整到合适的温度（维持在1-30摄氏度之间），并向土壤中放水，刺激植物发芽。上面提到的调温，放水等步骤，都已经在嫦娥四号落月后的几天内完成了。而今天（加水后的第九天），载荷罐中终于长出了大家热切盼望的第一株棉花嫩芽！
按照原计划，在后续植物生长的过程中，传导进载荷内部的太阳光将会起到促进光合作用的功能，光合作用中产生的氧气可以用于供给动植物及微生物的呼吸过程。在植物生长中产生的枯枝败叶，以及在实验过程中死去的果蝇幼虫和微生物，又可以被活着的微生物分解掉，成为植物生长所必需的肥料。而微生物和它的代谢产物也可以成为蛆宝宝出生后的食物来源。在这个过程中，微生物和蛆宝宝（以及长大后的果蝇）也会不断通过呼吸作用放出二氧化碳，反过来又能为植物的光合作用提供原料。
这也就是说，动物，植物和微生物的生长，在这个小小的载荷里，构成了一个微小的闭环生态体系，简直是螺蛳壳里做道场。
微型生态圈试验载荷（图片来源：新浪新闻）
不过，作为一次无人参与的试验性任务，这一载荷当然没有携带大量的水和空气。嫦娥四号也将很快进入长达半个月的月夜。基于月夜供电不足，保温困难等原因，实验已经宣告结束。所以，我们最终并不会收获到在月球上耕种出来的土豆。这也就意味着，想吃月球土豆和月球地三鲜的吃货同志们，还需要稍安勿躁，坐等下一阶段的载人登月和月球基地任务。
其实，把这个微型生态圈的载荷罐设计得这么小，功能上还有各种局限，也实在是无奈之举。此次发射嫦娥四号探测器的，仍然是上一代“扛把子”长征三号乙运载火箭，这种设计于上世纪九十年代的中型运载火箭，在面对如今越来越繁重的探月任务时，已经显得有些力不从心。为了兼顾这位老同志的体力，探测器自然也不能太大，要在已经不大的探测器里塞上一个人造生态圈，就更是难上加难了。在如此小的体量里，种出土豆棉花已经十分困难，想要在月球上种出一道完整的“地三鲜”，显然需要一个更加完善的人造生态体系。而这个进阶版人造生态圈的建设，还得依靠尚在闺阁中的长征五号重型火箭，以及尚在襁褓中的长征九号巨型运载火箭。
虽然月球基地的实际开工建设一时半会还难有眉目，但我国其实早已开始了关于在月面进行农业生产，和创建能够自给自足的月面基地的初期研究。北京航空航天大学的团队在此方向已经深耕十余年，于2014建造出了模拟未来中等规模月球基地的月宫一号，并于去年（2018年）完成了自给自足驻留长达一年的“月宫365”实验。在这轮地面实验中，八名志愿者在密闭的月宫一号里成功种出了大豆、小麦、胡萝卜、西红柿、草莓等农作物，为未来的月面长期驻留积累了宝贵的经验。有了月宫一号，做一道地三鲜这样比较复杂的素菜显然也不是什么困难的事。
虽然此次嫦娥四号搭载的“微型生态圈”只能算是月宫生态圈的“迷你版赠品”，但即便是这小小的一步，也是生态圈实验从地面向太空发展的一大步。
月宫一号结构图（图片来源：自月宫一号官方微信公众号）
今天，植物在载荷中的发芽标志着这一实验取得了至关重要的进展。
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9天时间进入月夜期。目前，生物科普试验载荷已进入断电状态，载荷内部在月夜温度零下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。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。
（本文中标明来源的图片均已获得授权）
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