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月球上的第一片绿叶(解码·发现)

(来源:网站编辑 2019-01-16 06:57)
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  1月7日,月球上植物生长情况。
  重庆大学供图

  1月7日,地面营养土内的植物生长情况。
  重庆大学供图

  1月15日,在重庆市政府新闻办举行的新闻发布会上,重庆大学宣布:随嫦娥四号登陆月球背面的生物科普试验载荷内,搭载了棉花、油菜、马铃薯、拟南芥、酵母和果蝇6种生物,其中棉花种子成功发芽。

  “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。”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说,“这将为人类今后建立月球基地提供研究基础和经验。”

  1株嫩芽,在等待和盼望中生长

  1月3日,嫦娥四号登陆月球第一天的23时18分,生物科普试验载荷罐凭借着高度密封的抗压能力,通过了发射和着陆等阶段严酷的力学考验,加电开机并启动主相机拍照。23时48分,地面控制中心发送放水指令,植物种子和果蝇虫卵结束等待发射两个月以及太空飞行近一个月的休眠状态,进入了生物月面生长发育模式。

  等待,盼望。

  1月5日20时,地面接收数据显示,载荷内种子已经发育为胚根,生物生长培育成功了。

  1月12日20时03分34秒,地面发送了生物科普试验载荷断电指令,载荷正常关机。

  “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,主副相机累计拍照34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,达到设计指标,部分指标超过预期。”谢更新介绍。

  “在空间站以及其他航天器上,以前开展过多次生物生长培育实验。但在月球上,这是第一次。”谢更新说。

  6种生物,从上百次物种筛选中胜出

  生物科普试验载荷项目将展示生物在月球低重力、强辐射等条件下的生长发育状态,对生物物种筛选有着非常严苛的要求。因为“罐子”资源有限,要求里面的动植物不能占用过多空间。首要条件就是“个子小”。

  由于月球表面低重力、强辐射、高温差等极端条件限制,因此要求动植物能耐高温、耐冻,而且能抗辐射和抗干扰。

  本次生物科普试验载荷生物种类的筛选,除了实现在月球表面环境下植物种子发芽和幼虫成长的最低目标,更重要的是对未来进一步开展太空生物学研究进行长远考量。

  粮、棉、油是人类赖以生存的最基本需求,因而棉花得以入选;马铃薯很有可能成为以后人类太空生存的主食;油菜作为重要的油料作物,是太空食物中不可或缺的油料保障;拟南芥、果蝇、酵母是全球科学家研究生物的模式物种,它们生长周期短,能够在短时间内展示完整的生命过程,便于研究生物生长发育和代谢规律。

  这6种生物还构成了一个含有生产者、消费者和分解者的微型生态系统。其中,植物生产氧气和食物,供所有生物“消费”;作为消费者的果蝇和分解者的酵母,通过消耗氧气产生二氧化碳,供植物进行光合作用。而酵母可以通过分解植物和果蝇废弃物而生长,并能作为果蝇的食物。

  “这6种生物最终能成为首次登上月球背面的幸运儿,也是经历了上百次物种筛选和无数次生物实验。”重庆大学副校长、科普载荷项目总指挥刘汉龙教授介绍说,“自接到任务到生物物种确定直至载荷封装,课题组历经两年,从云南深山悬崖到新疆沙漠地区,就是为了寻找能够在极端条件下生存的生物物种。”

  9天实验,地、月生物状态对比同时展开

  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,在月夜零下52摄氏度的温度下,所携带的6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,6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。”刘汉龙说。

  这一项目看似难度不高,但顺利实施的背后,是成百上千次的试验数据,是数不清的挫折与失败。

  此次的生物科普试验载荷罐直径173毫米,高198.3毫米,内部除了6种生物,还有18毫升水,以及土壤、空气、热控以及两个记录生物生长状态的相机,总重量为2.608公斤,生物生长空间为1升左右。

  为确保科普载荷在轨工作安全,罐体结构件全部由高性能铝合金加工而成,且进行了防腐处理,并通过分析、试验进行了多方面验证。针对长期零下57摄氏度的低温微弱漏气现象,团队通过结构分析、密封材料性能优化等多种方法予以解决。为了使科普载荷能够在零下60摄氏度到80摄氏度的温度范围内保持稳定的适宜生物生存的温度,项目组通过20多次的热方案设计及优化,最终确定了由半导体制冷器、电加热器、散热片及隔热措施相结合的方式,实现科普载荷内部智能化温度控制。

  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。“在地面对照实验罐体内,棉花、油菜种子长出了嫩绿的子叶。开放环境下,油菜、棉花和马铃薯种子已经萌芽。”刘汉龙说。

  

  本版制图:郭 祥


  《 人民日报 》( 2019年01月16日 12 版)

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(责编:王仁宏、曹昆)

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