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解密月球第一芽 嫦娥四号生物科普试验载荷中的棉花种子发芽 初步实现人类首次月面生物试验

2019-01-16 09:36作者/编辑: 四川殡葬网 来源:成都商报电子版阅读次数:132

  嫦娥四号生物科普试验载荷传回的照片显示,棉花的种子有发芽的迹象 新华社发

  嫦娥四号生物科普试验载荷罐

  内部搭载了棉花、油菜、土豆、拟南芥、酵母和果蝇6种生物,均放置于密封的生物科普试验载荷罐内。

  罐内除了6种生物,还有18毫升水,和土壤、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。

  嫦娥四号生物科普试验载荷内搭载了棉花、油菜、土豆、拟南芥、酵母和果蝇6种生物,均放置于密封的生物科普试验载荷罐内。载荷传回的照片显示,棉花成功发芽

  “此次生物科普试验载荷已初步实现人类首次月面生物试验,对人类今后建立月球基地提供研究基础和经验,具有重大意义。”

  昨日,嫦娥四号生物科普试验载荷项目团队发布消息称,随嫦娥四号登陆月球背面的生物科普试验载荷中,棉花种子成功发芽。这表明在经历月球高真空、宽温差、强辐射等严峻环境考验后,人类首次月面生物生长培育实验成功!

  由重庆大学牵头的嫦娥四号生物科普试验载荷内搭载了棉花、油菜、土豆、拟南芥、酵母和果蝇6种生物,均放置于密封的生物科普试验载荷罐内。生物科普试验载荷传回的照片显示,棉花成功发芽。据介绍,截至试验结束前,未从传回数据中观测到其它生物生长状况。

  生物科普试验载荷罐由特殊的铝合金材料制成,直径173毫米,高198.3毫米,内部除了6种生物,还有18毫升水,和土壤、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。

  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。微型生态系统中植物负责生产氧气和食物,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。此外,酵母可以分解植物和果蝇废弃物而生长,酵母又可以作为果蝇的食物。

  嫦娥四号登陆月球第一天(1月3日),生物科普试验载荷即加电开机,随后在地面控制中心发送放水指令后,植物种子和果蝇虫卵结束近3个月的休眠状态,进入生物月面生长发育模式。

  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,下传照片170多幅。并实时传回温度、电压、气压等遥测数据。教育部深空探测联合研究中心副主任、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介绍,通过照片和遥测数据分析,设备内部水已浸润土壤,温度、压力等完全符合生物生长发育的要求。

  月球第一芽 还原

  212.75小时试验

  在荒芜月球培育出第一株植物嫩芽

  2018年10月10日下午

  生物科普试验载荷罐在地面组装合盖。为了确保全过程无生物污染,所有生物装载操作均在严格无菌环境的超净工作台中进行

  2018年12月8日

  生物科普试验载荷罐随着嫦娥四号探测器成功升空

  2019年1月3日23点18分

  在经历发射和着落等阶段严酷的力学考验后,生物科普试验载荷于嫦娥四号登陆月球第一天加电开机,并启动主相机拍照

  2019年1月3日23点48分

  在地面控制中心发送放水指令后,搭载的6种生物结束了休眠,进入生物月面生长发育模式

  2019年1月5日20点

  地面接收数据显示生物科普试验载荷内种子已经发育为胚根。在随后传回的图片中,可以清晰地看到棉花种子率先发芽,长出了绿绿的叶子

  2019年1月12日20:03:34

  地面发送生物科普试验载荷断电指令,载荷正常关机。生物科普试验载荷内部在月夜温度为零下52℃的情况下,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

  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,顺利实现了种子发芽,达到了设计指标,部分指标超过预期。”谢更新教授表示,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。

  下一次开机:1月30日

  让我们继续期待奇迹!

  实验显示,最终耐高温的棉花种子最先实现了发芽,虽然充满期待,但其余耐低温的种子则未能发芽。据介绍,生物科普试验载荷在月面注水进行发芽和生长实验以后,经过近9天时间进入月夜期。目前,生物科普试验载荷已于1月12日20点03分断电。

  “下一次开机时间是1月30日,我们会关注是否会发生奇迹。”谢更新教授说,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。

  月球第一芽 揭秘

  成功实验背后

  成功突破5大难题

  谢更新教授介绍,要成功实验并不容易,他们准备了3年多,突破了生物休眠、密封控制、放水控制、“旅途”颠簸、月面采光五大难题。

  ■生物休眠、密封控制

  因为嫦娥四号探测器发射的要求,罐内搭载的植物种子和果蝇虫卵需在罐中等待长达3个月,其中发射场需等待两个月,太空飞行近一个月,在此期间需保证休眠状态。“如果植物在罐内提前发芽,就失去了试验的意义。”谢更新说,对此他们特制了干燥的土壤,同时在真空条件下对罐体进行了密封,保证在此期间罐内不会受到地球温度、湿度的影响,避免产生水分促使植物种子发芽。

  ■放水控制

  放水时间把控也是一大难题。必须确保到达月球试验启动后水能放出来,不能放不出来,也不能放早了。为此,团队采取了两个措施,一方面使用电磁泵启动放水装置,二是在水管口用新型溶剂封口,在月球高温环境中封口溶剂才会随着放水脱落,确保在月球上才会让水浇灌到土壤中。

  ■“旅途”颠簸

  从发射、变轨到着陆, 生物科普试验载荷罐要经历严酷的力学条件,如何让土壤不散落是业界关心的问题。谢更新说,他们对此采用了遇水即融的材料,保证土壤在“旅途”中的安全。

  ■月面采光

  为了解月球上的光合作用情况,此次实验没有采取内置灯光的形式,而是通过光导管引进月球表面自然光线,让动植物完全接受月球的光照环境。谢更新介绍,通过在罐上开通,用光导管引光进入,顺利让罐内生物受到月球上太阳光的照射。因嫦娥四号降落地点在月球背面南极-艾特肯盆地冯·卡门撞击坑,月尘较厚,担心对光导管会进行封堵,对此他们进行了多次实验,对导管的方位和角度进行了特别设计,从而顺利引入了阳光。

  为何选择这6种生物

  为何选择搭载棉花、油菜、土豆、拟南芥、酵母和果蝇?实际上,本次生物科普试验载荷生物种类的筛选,有着非常严苛的要求。

  “这是数百次试验选择的结果。”谢更新解释,因为“罐子”里资源有限,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”。其次,由于月球表面低重力、强辐射、高温差等极端条件限制,要求动植物能耐高温、耐冻,且能抗辐射和抗干扰。从生物多样性上考虑,选择了低温和高温的物种都试一试。

  本次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,更重要的是基于未来进一步开展太空生物学研究的长远考量,而这也是为以后人类进入月球乃至地外星球生存提供保障。粮、棉、油是人类赖以生存的最基本需求,马铃薯是大家熟悉的食物,很有可能是以后太空的主食。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,因其作为全球科学家研究生物的模式物种,生长周期短,能够在短时间内展示完整的生命过程而得以入选,便于研究生物生长发育和代谢规律。

  月球第一芽意义重大

  “这是全人类第一次在月球上做生物实验,并且成功长出了绿色植物,而这个第一是我们中国人取得的,可以说意义重大。”

  重庆大学副校长、生物科普试验载荷项目总指挥刘汉龙说,虽然这次实验时间只有212.75小时,但拿到了大量珍贵的第一手数据,为以后研究打下了基础。同时,此次实验解决了生物在月球生长的几大难点,这一研究可以促进人类计划在月球上建立月球村或月球站的计划。

  同时,此次实验的重要作用之一就是科普,因此项目团队安装了相机,全程记录这一过程,将向青少年和广大科普爱好者和宇宙探索爱好者来进行科普宣传。

  下一步,项目团队将继续研究在月球环境和地球环境下植物生长需要哪些条件,对发现的一些生物有趣现场进行进一步研究。还将进一步扩大实验,扩大生物科普试验载荷罐的尺寸,增加更多更新的研究内容。

  本组稿件据新华社、科技日报