月球上第一綠葉誕生記

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在月球環(huán)境下，葉片的形態(tài)和生長機理發(fā)生了一些變化。

中國“嫦娥四號” 搭載著一項科普載荷——“月面微型生態(tài)圈”，期望在荒涼月表上培育生命。

到月球上種菜有多難

月球是不適合生命生存的。月球夜晚的溫度在-200℃以下，白天超過120℃，沒有空氣，還有高能粒子和太陽風，這些都是不適合生命生存的因素。

2015年，國家拿出嫦娥四號珍貴的3公斤載荷，來向全球征集方案。最終，我們團隊提出的“月面微型生態(tài)圈科普載荷”從257個方案中脫穎而出。我們試圖在月球上構建一個由生產者、消費者和微生物組成的生態(tài)系統(tǒng)來進行培植實驗。

我們只能見縫插針地用僅有的3公斤重量、在200×200×200毫米的小空間做這個實驗。整個空氣占據(jù)的空間有0.82升，生物生長的空間是0.42升。當時著陸器的底板上已經擺不下任何東西了，所以我們所有的器材都只能掛在著陸器的天花板上。而且我們的空氣不能通過增壓來壓縮，因為沒有其他的機器讓我們增壓。只有兩個控制信號，就是放水和拍照。

在月球上做生物實驗，需要把溫度控制在-10～40℃，如果低于-10℃或高于40℃，種子都會死掉。因為沒有多余的重量，所以我們不能帶壓縮機或空調過去。更不能帶化學制冷劑，這違反了國際上有關行星保護的政策。我們只能用物理的散熱片、熱管、熱泵進行熱量平衡和交換，所以挑戰(zhàn)非常大。

萬物生長靠太陽，月球上一個白晝是14×24小時，所以陽光非常充足。但是我們的罐子很小，如果進入太多陽光的話，溫度就難以控制。經過計算，如果既要控制溫度，又能夠滿足光合作用的話，需要8毫米直徑的陽光進入量。于是我們留了一點余地，用10毫米直徑的光導管把陽光引進罐子內。

此外，嫦娥四號有可能會落在一個斜坡上或者是一個石塊上，這樣我們將面臨最惡劣的情況：陽光只能從30°的位置切進去。

還有一個困難是，嫦娥四號落在月球背面的時候，它揚起的灰塵有10米多高。我們在地面做實驗時，灰塵會降落到光導管上面，把光導管全部蓋住。為了解決這個問題，我們把光導管做成中間高、四周低的形狀，然后在光導管表面涂上一層我們研制的涂料，避免月塵粘上去。

月球上是沒有任何液態(tài)水。我們要對攜帶的水進行精準控制：水不能帶太多，汪洋大海是長不出東西的;不能帶太少，要滿足植物發(fā)芽的需求。經過精確計算，我們必須帶18克水上月球。水也是開關，一澆水實驗隨即啟動。

我們在地面做實驗時，一經力學振動，水就灑出來了。此外，月球重力是地球的1/6，在這低重力的條件下，水可能放不出來。為此，我們加了一個水泵。同時，為了防止水撒出來，我們研制了一種溶劑把水管堵住。只有達到月球上的某個溫度時，這個溶劑會溶化，水才能夠流出來。

除此之外還有其他的難點，比如生物固定。在空間站里，生物固定主要是用紗布或絲網固定包裹，生物可以包得很緊。而月球上沒有人，如果包得太緊，種子發(fā)芽的時候就沖不出來;而包得太松的話，發(fā)射的時候就會變成一盤散沙。我們找不到平衡點，于是想了一個辦法：用水溶棉作為固定材料，而到月球上水一澆下去，水溶棉就會溶化。

靜置也是一個難點。種子只能在月球上發(fā)芽，如果它在地面發(fā)芽或者死掉，實驗就失敗了，因此我們必須精準控制它的發(fā)芽時間。這個植物艙需要在西昌擺2個月，飛行要飛1個月。在這3個月我們既要它不死也不能生長，也要它安全。

還有一個難點就是照相。實驗在月球上是否成功，全靠相機傳回的照片為證。相機必須有備份，一個壞了另一個補上。我們不可能像航天一樣做幾十公斤或幾公斤的相機，我們的兩個相機的總重量只能分配不超過60克。這兩個共重60克的相機既要抗高溫、抗低溫、抗輻射，還要抗高濕度，難度與挑戰(zhàn)性是很高的。

此外，在月球上面做生物實驗，生命要有可以觀測到的現(xiàn)象變化，至少要幾天甚至幾十天，但我們的時間最多只有9天。因為月球的一個白晝是14天，但是嫦娥四號不可能在月球上白晝的第1天就著陸，因為溫度太低，陽光太少，所以要等月面的溫度比較柔和的時候才能夠著陸。也不能很晚關機，必須在太陽下山之前。因為在太陽下山之前，溫度會急劇下降，這樣儀器就控制不了了。所以我們只有9個地球日的時間。值得高興的是，我們爭分奪秒，在8天22個小時45分鐘的時間內完成了實驗。

月球第一片綠葉誕生

我們選定六個物種搭配在月球上做實驗，形成一個微型生態(tài)系統(tǒng)。最終設計的“月球載荷生物試驗”罐子，高198毫米，直徑173毫米，重量2.608公斤。

在月球上，光直接從光導管進入裝置內，我們在生物板上0.42升的生物成長空間來做實驗，底下是控制板等。我們通過散熱片進行物理散熱，在外面100多℃的情況下，讓裝置內部的溫度保持在20多℃。

2019年1月3日10點26分，嫦娥四號落在了月球上。晚上23點18分，指揮部告訴我們可以做實驗了。于是我們馬上進行加電、拍照，這兩者是同時觸發(fā)。

大家看到第一張照片后松了一口氣，因為沒有出現(xiàn)郁郁蔥蔥或枯枝敗葉的情況，跟地面的一模一樣。我們測到的氣壓是1.04個大氣壓，幾乎沒有漏氣的情況。當時外面的溫度已有100多℃，但裝置里面30.6℃。所以只要種子不死，水能夠放出來，實驗就有可能成功。

半個小時后，指揮部給我們指令說可以放水了，我們就把18克水一次性放完。

2019年1月4日拍的照片中，有個小綠點。但那時我們不敢說種子已經發(fā)芽了，因為擔心這個綠點也可能是一個螺絲釘?shù)粝聛戆l(fā)霉了，或者是一個腐敗的種子。2019年1月5日，種子一點點長大了。直到1月7日，我們看到種子長出了一片葉子，便確定實驗成功了。

我們還在地面上做了一個同步實驗，這個同步實驗在1月7日才看到芽點，所以種子在月球上比在地球上早發(fā)芽將近3天。從1月7日的照片中可見，它的根不是往土里扎的，是橫著生長的;而且葉子不是展開的，像包菜一樣包起來了。說明在月球環(huán)境下，葉片的形態(tài)和生長機理發(fā)生了一些變化。

實驗成功后，2019年1月13日，中央電視臺向全球發(fā)布了這個消息，引起國際轟動。人類的第一次月球生物實驗由中國人實現(xiàn)了。

摘編自微信公眾號“格致論道講壇”