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在内容展开前,我们先抛出一个问题引发思考:假如未来的某一天,人类真正开启了太空旅行,将会面临哪些挑战呢?
小鲸认为,食物供给无疑是大多数人首先会考虑到的问题之一。对于短暂的太空旅行而言,食物可以通过地面运送到太空,如现在的国际空间站上的食品就是由SpaceX的龙飞船输送上去的。然而,如果是长期的太空旅程呢?那就需要考虑在太空中种植各种植物,以此满足人类对食物的需求。
值得注意的是,当前的宇航员已经在太空中成功种植了一些植物。那么他们是如何做到这一点的呢?
本期小鲸将带领大家一同揭示这个神秘的太空种植技术的秘密。
在地球上,我们只需将种子埋入土壤,给予适量的水分,以及适宜的温度和光照,种子便能发芽成长。由此可见,光照、温度、湿度、空气和土壤是植物生长不可或缺的五个要素。
至于在空间站内,由于其内部的空气和温度能够保证宇航员正常生活,自然也能满足植物生存的要求。然而,其他的几个条件又是怎样的呢?
首先来看光照。已有大量研究表明,植物的光合作用并不需要吸收阳光中的所有光线。其中,蓝光和红光因其波长特性成为植物生长的基础条件,同时也是电力转化为光能效率最高的颜色。而绿光的波长有助于增强人类观察植物时的视觉效果,例如生菜更偏好于红光和蓝光,对红光的吸收效率极高,因此在红光照射下生长良好。
为此,在空间站的种植区域,我们可以看到一些可调节光谱的LED灯,这些灯具能够为蔬菜提供所需的不同光质光照。
解决了光照问题之后,种植蔬菜还需要土壤。不过在空间站内种植生菜所用的土壤与地球上的截然不同。以中国的太空蔬菜种植为例,我们使用了一种名为蛭石的人工植物生长介质。蛭石实际上是一种常见的植物生长原料,其吸水性强,水分在其内部传输受重力影响极小,因此水分可以顺利向上吸附。此外,蛭石体积小、重量轻,方便带上太空,如今已被广泛应用于植物组织培养和育苗等领域。
这样一来,土壤问题也得到了解决,接下来需要关注的就是湿度。实际上,湿度反而是最容易调整的环节。我们知道,空间站中的水主要来源于地球补给,但同时,空间站内还设有专门的水回收系统,能将废水收集并经过滤装置循环利用。因此,宇航员可以在植物土壤中安装含水率监测装置,根据监测数据使用注射器及时为植物补充水分。
至此,太空种植植物所需的光照、土壤和湿度三个关键条件均得以妥善解决。那么,在太空中究竟能种植哪些植物呢?
在此,我们不妨介绍一下中国在这方面的成就。2016年9月,中国天宫二号发射升空,其中的空间实验室搭载了一个微型培养箱,箱内种植了水稻和拟南芥。提到水稻大家都不陌生,而拟南芥这个名字或许稍显陌生,但它所属的十字花科家族却是我们日常生活中常见的蔬菜种类。为什么要在太空中种植拟南芥呢?原来,拟南芥是一种常用于分子生物学研究的模式植物,其生命周期短、基因组小。拟南芥仅有5对染色体,与人类的23对染色体相比,差异显著。由于拟南芥具备繁殖速度快等优势,科研人员可以通过地面远程控制,在太空中的培养箱中调控温度和浇水,从而使得拟南芥和水稻得以顺利生长、开花和结籽。
除拟南芥和水稻之外,据新华网报道,中国在2019年发射的嫦娥四号在月球背面成功着陆,并完成了多项科学探测任务,其中包括一项月面生物科普实验。此次实验携带了棉花、油菜、土豆、拟南芥、酵母和果蝇六种生物的种子及虫卵进行培育。试验结果显示,棉花种子在月球表面艰难环境中成功萌发出嫩芽,实现了人类首次在月球表面的生物生长培育实验。
再来看看国外的太空种植成果。2015年8月,国际空间站的航天员经过33天的培育,首次品尝到了自己亲手种植的太空蔬菜——红色长叶莴苣(即我们常说的生菜)。航天员将生菜用橄榄油和醋拌匀,纷纷表示味道不错。而在2020年11月30日,美国宇航员在国际空间站上采摘了20棵萝卜。之所以选择种植萝卜,是因为科学家对其特性已有深入了解,且萝卜能在约27天内成熟,无需特别照料。他们用铝箔包裹好这些萝卜,并置于冷藏室内,计划于次年将它们带回地球供科学家进一步研究。
有些人可能会问,太空种植的蔬菜真的能吃吗?吃了是否会拥有超能力呢?事实上,关于能否食用、口感如何等问题,我们也尚未亲身体验。目前,宇航员们已在国际空间站上种植了15种植物,其中包括8种绿叶蔬菜。此外,他们还掌握了定期收割的技术,仅收获新鲜生菜或其他科学样本中的特定叶片,保留其余叶片及植株主体,大约每10天进行一次新的收割。这样的技术有利于提高轨道作物的产量,为空间站内的宇航员提供新鲜且富有营养的食物。
回顾以上成果,我们不得不承认,我国在太空种植领域与国外仍存在一定的差距。
小鲸认为,太空种植植物的意义远不止于此。宇航员在太空中生活离不开氧气、食物和水,而这些资源以往几乎全依赖于飞船发射运送至太空,但每次发射的成本都非常高昂。而在太空中种植植物既能生成更多氧气,又能实现蔬菜的自我供给,这不仅能降低宇航员太空生活的成本,同时对于我们了解植物在微重力环境下生长的规律,为将来建立太空基地打下坚实的基础。
设想一下,如果未来我们真的能搭乘SpaceX公司的星舰前往火星旅行,一次往返可能耗时数月之久。此时,如果我们能够在火星上自行种植可供食用的植物,就可以减少返回地球重新补给的需求。
自古以来,人类仰望星空的好奇心早已深深烙印在我们的基因之中。每一次的出发,都源自对未知世界的渴望。我们探索世界、揭示奥秘、寻求答案。正是这份好奇心让人类意识到自身的渺小,并驱使我们不断朝更接近真理的方向迈进!
至于未来科幻电影中的生活方式何时能成为现实,就让我们交由时间来揭晓答案吧!
参考文献:
1. NASA,《Meals Ready to Eat: Expedition 44 Crew Members Sample Leafy Greens Grown on Space Station》,发布日期:2015年8月8日,网址:
2. NASA,《Zinnia Flowers Starting to Grow on the International Space Station》,发布日期:2015年12月24日,网址:
3. NASA,《First Flower Grown in Space Station's Veggie Facility》,发布日期:2016年1月20日,网址:
4. NASA,《Flowering Zinnias on Space Station set Stage for Deep-Space Food Crop Research》,发布日期:2016年2月13日,网址:
5. 嫦娥四号月球实验,相关信息参见:
- 新华网:
- 新华网:
- 人民网:
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