太空中的一抹绿

2017年2月，SpaceX CRS-10任务火箭从美国卡纳维拉尔角升空，飞往国际空间站。这次的火箭带有一项特殊任务：NASA第一个微观察计划。该计划由德国拉文斯堡的三位农学专业学生设计，目的是研究微重力作用下岩屑的培育，这对发展太空种植技术有着重要意义。也就是说，科学家们正研究哪些作物可在地球以外种植。

农业是人类社会最古老的产业。太空农业这一想法始于1977年。当时中国农业科学院的一位研究员在研究轨道飞行对植物生长的影响后发现，暴露在宇宙辐射下和受到太空中其他因素影响的植物种子会发生DNA突变。

1987年至2005年间，中国向太空发射的火箭中共携带了400多种植物种子，正是用这些从太空回来的种子，人们才种出了巨型茄子，和长达半米、重达10公斤的黄瓜。2006年，中国国家航天局在“实践八号”卫星中装载了粮食、蔬菜、水果、花卉等2000多种共约215公斤重的种子，用于太空环境下的诱变试验，即利用宇宙空间环境因素对种子的影响，使种子产生在地面环境中得不到的变异，最终筛选出发生了有利变异的农作物新品种。作为农业大国，中国一直没有放弃探索太空农业技术。2018年发射的“嫦娥四号”探测器中，也搭载有种子和虫卵，用以研究其在月球表面的栽培和孵化问题。

关于太空农业的设想

很多学者都看好太空农业的发展潜力，美国普林斯顿大学的物理学教授杰拉德·奥尼尔曾于1977年出版了《太空城市》一书。奥尼尔在书中提出了如何利用当时可用的技术，在没有大气层、重力和土壤的太空中创造一座城市。在他设计的太空城中，可容纳近1000万人。要保障这么多人的口粮，需要建立一片农业区域，并保证充足的光照、空气、水源和养料。据估算，此耕种面积应达到650平方公里，约为安道尔面积的1.5倍。

为实现该设想，奥尼尔倡导发展可同时种植几种作物的超集约化农业。也就是说，在一块土地中，同时放入生长周期短和长的作物种子（如玉米和土豆），每年最多同时种植四种作物，并控制好环境的温度和湿度。如此，每21公顷土地产出的作物就能养活53个人。

显然，在纸上规划太空农业是一回事，但要真正实现太空种植又是另外一回事。要不然，也不会自1971年苏联将第一个太空站送入轨道以来，一直到2015年，宇航员们的饮食都还只停留在脱水食品阶段。人类能在太空中停留的时间越来越长，考虑到向宇宙空间站运送食材的高昂成本（运一公斤意大利面就要耗费近两万欧元），各国航天机构都在推行的太空种植计划也就不足为奇了。

适合太空种植的植物

人类对于太空种植的探索终于有了回报。2015年8月，生活在国际空间站的宇航员们，第一次尝到了在太空种植出来的生菜。这不仅宣告了人类可以在微重力环境下培育出蔬菜，对人类继续进军宇宙的计划也具有突破性的意义。这得益于NASA的Veggie项目，即尝试在国际空间站的温室中，用极少的水和肥料，无土种植可食用植物。

该项目始于2010年，一方面NASA希望确保宇航员能吃上新鲜的食物，另一方面也是为了研究哪类植物在微重力环境下生长得最好。这些年来，Veggie植物生长箱的体积越来越大，可种植的植物种类也越来越丰富：长叶莴苣、白菜、羽衣甘蓝、山葵等，多达18种。

人类对于太空种植的研究从未停止。在NASA和欧洲航空航天局的合作研究项目“幼苗计划3号”中，西班牙国家研究委员会生物研究中心的弗朗西斯科·梅迪纳主要负責十字花科南芥属植物在太空中培养的优化方法。

德国航空航天中心的工程师丹尼尔·舒伯特，也在模拟在火星和月球环境的温室里种植蔬菜。他利用回收尿液作为肥料，同时改变光照中红光、蓝光和紫外线的比例。研究发现，光照中紫外线的比例越高，种出来的蔬菜味道越好。

要实现太空种植，最大的挑战在于找到合适的植物品种。适合太空种植的蔬菜品种必须满足三个条件：一、茎短，这样可以节省空间;二、不可食用的部分少;三、能适应光线不足的环境，且对有害生物具有一定的抵抗力。幼苗计划的专家们正在用生物技术对小麦、土豆、大米和生菜等植物进行基因鉴定，寻找这些植物是否具有在极端条件下仍可生存的基因。

为探索火星作准备

美国计划于2030年实施载人登陆火星任务，NASA现在有关太空农业研究的项目都是在为这个任务作准备。在最理想的情况下，宇航员到达火星也至少需要一年的时间，在火星上停留约六个月后，返回地球又需要一年。所以，一次性带够所有机组人员必需的食物是不现实的。

道理很简单，每个宇航员每天需摄入2500至3000卡路里的热量，且为了防止钙流失和微重力条件下的其他不适，食物中必须包含15%的蛋白质、30%的脂肪和50%的碳水化合物，剩下的则是水、咖啡、果汁等液体。所以，食物的储存就成了问题，如果按每个宇航员每天最少需要两公斤食物来算，一次包括了四名机组成员在内的火星探险，就至少需要携带七吨重的食物。

犹他州立大学的植物学家布鲁斯·布格比表示：“为了实现人类殖民火星的计划，第一批到达火星的宇航员在食物方面必须实现自给自足。”为此，NASA向太空生物应用中心投入500万美元的经费，用于一个为期五年的研究项目，目标是在模拟火星的环境中生产出生物燃料、化学材料、药品和食品。

火星种植的可行性

想要在火星上种菜可不是一件简单的事。地球的土壤中富含矿物质、有机物、气体、液体和无数的微生物，但在火星的表面却只有一层薄薄的火山岩。火山岩中缺少养分，但更主要的问题在于其中富含的高浓度氯酸盐会对人体产生致命伤害。马德里天体生物学中心的玛丽亚·索尔萨诺表示，解决方法只能从两个方向入手：一、开发能够清洁土壤的植物;二、找到不吸收土壤中氯酸盐的植物。

在2015年上映的电影《火星救援》中，宇航员马克·沃特尼在火星上挖坑种植土豆，他用粪便为土豆施肥，借助火箭燃料获得液态水，最后成功种出了土豆。尽管这只是一部虚构的科幻片，但布格比表示，在火星上种植土豆确实具有可行性，且可以种的植物也不仅限于土豆。

2016年，NASA和秘鲁的国际马铃薯中心展开合作，在地球上的仿火星生态实验室中培育土豆。他们选取了65个品种的土豆，观察它们能否在与火星相似的环境下发芽。利马工程技术大学的生物工程系主任胡里奥·西尔瓦表示，为了找到适合在火星上种植的品种，他们用了将近300公斤的土豆。

专家们测试了几种不同的种植方式，其中一种被证实有效：先将土豆种子放进装着有机物质的胶囊，再将其放入装有模拟火星土壤的花盆里，令人惊喜的是，有三个品种的土豆成功发芽了。

土豆是世界第四大农作物，人类的主要食物来源中约有1000种作物，虽然目前还无法在模拟火星的生态环境中种植所有的作物，但土豆的成功种植至少是一个良好的开始。更何况，进行火星种植的意义并不只在于获得食物。布格比教授称，火星稀薄的大气中含有很多二氧化碳，植物可以吸收二氧化碳并释放氧气，帮助我们将火星改造成一个更适宜人类居住的星球。