月球上第一绿叶诞生记

谢更新

在月球环境下，叶片的形态和生长机理发生了一些变化。

中国“嫦娥四号” 搭载着一项科普载荷——“月面微型生态圈”，期望在荒凉月表上培育生命。

到月球上种菜有多难

月球是不适合生命生存的。月球夜晚的温度在-200℃以下，白天超过120℃，没有空气，还有高能粒子和太阳风，这些都是不适合生命生存的因素。

2015年，国家拿出嫦娥四号珍贵的3公斤载荷，来向全球征集方案。最终，我们团队提出的“月面微型生态圈科普载荷”从257个方案中脱颖而出。我们试图在月球上构建一个由生产者、消费者和微生物组成的生态系统来进行培植实验。

我们只能见缝插针地用仅有的3公斤重量、在200×200×200毫米的小空间做这个实验。整个空气占据的空间有0.82升，生物生长的空间是0.42升。当时着陆器的底板上已经摆不下任何东西了，所以我们所有的器材都只能挂在着陆器的天花板上。而且我们的空气不能通过增压来压缩，因为没有其他的机器让我们增压。只有两个控制信号，就是放水和拍照。

在月球上做生物实验，需要把温度控制在-10～40℃，如果低于-10℃或高于40℃，种子都会死掉。因为没有多余的重量，所以我们不能带压缩机或空调过去。更不能带化学制冷剂，这违反了国际上有关行星保护的政策。我们只能用物理的散热片、热管、热泵进行热量平衡和交换，所以挑战非常大。

万物生长靠太阳，月球上一个白昼是14×24小时，所以阳光非常充足。但是我们的罐子很小，如果进入太多阳光的话，温度就难以控制。经过计算，如果既要控制温度，又能够满足光合作用的话，需要8毫米直径的阳光进入量。于是我们留了一点余地，用10毫米直径的光导管把阳光引进罐子内。

此外，嫦娥四号有可能会落在一个斜坡上或者是一个石块上，这样我们将面临最恶劣的情况：阳光只能从30°的位置切进去。

还有一个困难是，嫦娥四号落在月球背面的时候，它扬起的灰尘有10米多高。我们在地面做实验时，灰尘会降落到光导管上面，把光导管全部盖住。为了解决这个问题，我们把光导管做成中间高、四周低的形状，然后在光导管表面涂上一层我们研制的涂料，避免月尘粘上去。

月球上是没有任何液态水。我们要对携带的水进行精准控制：水不能带太多，汪洋大海是长不出东西的;不能带太少，要满足植物发芽的需求。经过精确计算，我们必须带18克水上月球。水也是开关，一浇水实验随即启动。

我们在地面做实验时，一经力学振动，水就洒出来了。此外，月球重力是地球的1/6，在这低重力的条件下，水可能放不出来。为此，我们加了一个水泵。同时，为了防止水撒出来，我们研制了一种溶剂把水管堵住。只有达到月球上的某个温度时，这个溶剂会溶化，水才能够流出来。

除此之外还有其他的难点，比如生物固定。在空间站里，生物固定主要是用纱布或丝网固定包裹，生物可以包得很紧。而月球上没有人，如果包得太紧，种子发芽的时候就冲不出来;而包得太松的话，发射的时候就会变成一盘散沙。我们找不到平衡点，于是想了一个办法：用水溶棉作为固定材料，而到月球上水一浇下去，水溶棉就会溶化。

静置也是一个难点。种子只能在月球上发芽，如果它在地面发芽或者死掉，实验就失败了，因此我们必须精准控制它的发芽时间。这个植物舱需要在西昌摆2个月，飞行要飞1个月。在这3个月我们既要它不死也不能生长，也要它安全。

还有一个难点就是照相。实验在月球上是否成功，全靠相机传回的照片为证。相机必须有备份，一个坏了另一个补上。我们不可能像航天一样做几十公斤或几公斤的相机，我们的两个相机的总重量只能分配不超过60克。这两个共重60克的相机既要抗高温、抗低温、抗辐射，还要抗高湿度，难度与挑战性是很高的。

此外，在月球上面做生物实验，生命要有可以观测到的现象变化，至少要几天甚至几十天，但我们的时间最多只有9天。因为月球的一个白昼是14天，但是嫦娥四号不可能在月球上白昼的第1天就着陆，因为温度太低，阳光太少，所以要等月面的温度比较柔和的时候才能够着陆。也不能很晚关机，必须在太阳下山之前。因为在太阳下山之前，温度会急剧下降，这样仪器就控制不了了。所以我们只有9个地球日的时间。值得高兴的是，我们争分夺秒，在8天22个小时45分钟的时间内完成了实验。

月球第一片绿叶诞生

我们选定六个物种搭配在月球上做实验，形成一个微型生态系统。最终设计的“月球载荷生物试验”罐子，高198毫米，直径173毫米，重量2.608公斤。

在月球上，光直接从光导管进入装置内，我们在生物板上0.42升的生物成长空间来做实验，底下是控制板等。我们通过散热片进行物理散热，在外面100多℃的情況下，让装置内部的温度保持在20多℃。

2019年1月3日10点26分，嫦娥四号落在了月球上。晚上23点18分，指挥部告诉我们可以做实验了。于是我们马上进行加电、拍照，这两者是同时触发。

大家看到第一张照片后松了一口气，因为没有出现郁郁葱葱或枯枝败叶的情况，跟地面的一模一样。我们测到的气压是1.04个大气压，几乎没有漏气的情况。当时外面的温度已有100多℃，但装置里面30.6℃。所以只要种子不死，水能够放出来，实验就有可能成功。

半个小时后，指挥部给我们指令说可以放水了，我们就把18克水一次性放完。

2019年1月4日拍的照片中，有个小绿点。但那时我们不敢说种子已经发芽了，因为担心这个绿点也可能是一个螺丝钉掉下来发霉了，或者是一个腐败的种子。2019年1月5日，种子一点点长大了。直到1月7日，我们看到种子长出了一片叶子，便确定实验成功了。

我们还在地面上做了一个同步实验，这个同步实验在1月7日才看到芽点，所以种子在月球上比在地球上早发芽将近3天。从1月7日的照片中可见，它的根不是往土里扎的，是横着生长的;而且叶子不是展开的，像包菜一样包起来了。说明在月球环境下，叶片的形态和生长机理发生了一些变化。

实验成功后，2019年1月13日，中央电视台向全球发布了这个消息，引起国际轰动。人类的第一次月球生物实验由中国人实现了。

摘编自微信公众号“格致论道讲坛”