月球上培育出第一朵花

『壹』 人類首次在地球上用其他星球土壤種出植物，種出來的植物有何特點

人類首次在地球上用其他星球土壤種出植物，種出來的植物長得較慢、個頭較小，根系發育不佳更容易出現與壓力相關的特徵。

5月12日，美國佛羅里達大學研究人員聲稱，他們使用從月球上帶回來的月壤培育出了南芥幼芽，這次人類首次使用月壤種出植物，眾所周知，月球上是沒有植物的，惡劣的環境也不適合植物的生存，不過這才有益的嘗試，為未來在月球上種植植物提供了基礎，這次種植是在12個頂針大小的培養皿中各放入一克的月壤，之後放入了營養液，又在每克月壤上放入了幾顆南芥種子，之所以選擇這種植物來種植是因為這種植物的生長周期很短，便於科學家進行觀察實驗。

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『貳』 在月球中種植的菜為什麼都是特大品種的

特大品種的菜發生了基因突變的話，現象更加明顯。更加具有實驗的方便性和調查性。

通過上個世紀美國的載人登月，我們第一次認識到了月球這個神奇的星球，也讓我們的好奇心更重了。經過多年努力，我國在2013年成功發射了嫦娥三號探測器，並在月球實現了軟著陸，這是中國探月史上的重大進步，為我們之後的探月工作奠定了基礎。

截至目前，"月面微型生態圈"已經經歷了幾十次修改。在兩年的時間里，項目能夠迅速成熟完善，除了重慶大學的投入，還有深空中心聯合的28所高校科研力量以及航空集團等多家單位的支持。

嫦娥四號科普載荷實驗生長箱

本次月面生物實驗的目標是在月球表面實現動植物的一個生命周期。這幾種植物將生根發芽，將開出月球表面第一朵花。與去年NASA空間站開出的外太空第一朵花不同。

本次"月面微型生態圈"實驗位置距離地球38萬公里，比離地300多公里的國際空間站遙遠得多，所處月面環境也比國際空間站內部復雜得多。

『叄』 嫦娥奔月|從地球到月球，每次都走不一樣的「路」

轉載請註明：【文章轉載自公號：中國航天科普（id：space-more）】

我們知道：

· 要使物體繞地球作圓周運動，其速度必須達到7.9千米／秒的第一宇宙速度；

· 要使物體擺脫地球引力束縛，飛離地球，其速度必須達到11.2千米／秒的第二宇宙速度；

· 要使物體擺脫太陽引力束縛，飛出太陽系，其速度必須達到16.7千米／秒的第三宇宙速度。

有人可能認為，嫦娥探測器要飛往月球應該達到第二宇宙速度。如果嫦娥探測器以這樣大的速度飛向月球，當然是沒有問題的。但其實只需用更小的速度，將嫦娥探測器送入遠地點為384400千米的橢圓形軌道，就可以使其到達月球了，這是因為月球本身仍然處在地球引力范圍之內的緣故。

經過計算，月球探測器只要在近地點達到10.6千米／秒以上的速度，就可以沿橢圓形軌道飛向月球，這一軌道也叫做地月轉移軌道。低於這一速度，嫦娥探測器將無法飛抵月球。

地月之間相隔茫茫38萬千米的距離，一般說來，探測器發射升空後，有兩種方式飛向月球：

1 先進入地球近地停泊軌道，在該軌道適當位置加速，飛向月球；

2 在大氣層外加速，直接飛向月球。

那麼，嫦娥探測器又是怎樣一步步到達月球的呢？

嫦娥一號探測器到達月球一共分為三步。

1調相軌道

調相軌道是進入地月轉移軌道前的一段軌道，它有很大的靈活性，有很多可利用的優點。

在調相軌道上，技術人員通過提前精確測量和修正軌道，使探測器能夠更精確地進入地月轉移軌道，從而節省能量，還可以增加發射機會。月球探測器在調相軌道進行若干次加速，就能夠達到進入轉移軌道所需的速度了。

嫦娥一號探測器發射升空後，長征三號甲運載火箭將它送入運行周期約為16小時的初始橢圓軌道；隨後星箭分離，嫦娥一號探測器先在16小時軌道上運行三圈到達近地點時，進行第一次大的軌道機動，變軌到周期約為24小時的橢圓軌道；在24小時軌道上運行一圈，再次到達近地點時，進行第二次大的軌道機動，變軌到周期約為48小時的橢圓軌道。探測器在這三條調相軌道上共運行約5天，進行三次大的軌道機動，將飛行速度提高到10.6千米/秒，就可以進入地月轉移軌道了。

嫦娥一號探測器的三次機動，可以理解為運動員扔鐵餅：先轉幾圈，逐步加速然後再扔出去，從而使鐵餅獲得最大的飛行速度。

2地月轉移軌道

地月轉移軌道飛行時間一般都是3至5天，飛行時間越短，速度越大，所需要的能量越大。綜合考慮了能量以及工程實施中的一系列因素後，嫦娥一號選擇了116小時，也就是將近4天20小時的飛行時間。

按照計劃，嫦娥一號探測器進入地月轉移軌道後，要進行兩次中途修正，而在實際飛行過程中，地面控制人員僅用一次修正就達到了預期目標。

3月球捕獲軌道

嫦娥一號探測器到達近月點時開始減速，慢慢進入最終的預定軌道。第一次減速進入周期12小時的大橢圓軌道，這時近月點速度由2.412千米／秒降到2.0642千米／秒；第二次減速進入3.5小時的小橢圓軌道，近月點速度降到了1.8012千米／秒。第三次減速進入周期127.6分鍾的繞月圓軌道，這也是嫦娥一號的使命軌道。至此，嫦娥一號的探月之旅正式拉開了帷幕。

2010年10月1日，嫦娥二號探測器由長征三號丙運載火箭在西昌衛星發射中心成功發射。隨著技術的發展，與嫦娥一號不同，嫦娥二號發射後沒有進入調相軌道，而是直接進入地月轉移軌道，這也是我國首次直接進入地月轉移軌道的發射任務。

嫦娥二號與火箭分離後，經過了5天的飛行，准確進入了距月面100千米的環月軌道。

嫦娥三號探測器與嫦娥二號的飛行軌道基本相同，不同的是，嫦娥三號要進行月面軟著陸。

它在環月圓軌道上運行了4天後開始減速，進入了一條近月點為距月面15千米的橢圓軌道，為著陸月球做准備。到達近月點後，嫦娥三號再次開始減速，沿著一條拋物線緩緩降落至月球表面。

作為嫦娥四號的中繼衛星，鵲橋號則開辟了一條全新的道路。

鵲橋號與火箭分離後，進入地月轉移軌道。經過中途修正，在近月點實施近月制動和月球借力，進入月球至地月L2點的轉移軌道。飛行約4天後，鵲橋號到達地月L2點附近，經過多次軌道捕獲控制及軌道修正，進入了環繞地月L2點的Halo使命軌道，隨即開展在軌測試、天線指向標定和中繼通信鏈路聯調。

同樣是在月球表面軟著陸，嫦娥四號與嫦娥三號的著陸過程卻並不相同。

嫦娥三號和嫦娥四號下降過程均可分為著陸准備段、主減速段、快速調整段、接近段、懸停段、避障段和緩速下降段七部分。但由於嫦娥四號著陸區為月球背面，相對嫦娥三號著陸區地形起伏程度明顯增加。為了避免地形大范圍起伏的影響，與嫦娥三號一邊向前一邊下降的拋物線形軌跡不同，嫦娥四號在主減速段結束後是垂直向下運動的，這樣可以保證高度方向導航結果的正確性，實現安全著陸。

讓人驚喜的是，嫦娥四號任務攜帶的種子在月球上長出了第一片綠葉，我們相信很快就會看到月球上的第一朵花，第一個果實，第一隻蠶寶寶……

出品/中國航天科普&科普中國

參考文獻:

[1].冉隆燧.航天工程設計實踐[M].北京：中國宇航出版社，2012.

[2].吳偉仁.奔向月球[M].北京：中國宇航出版社，2015.

[3].吳偉仁，王瓊，唐玉華，等.「嫦娥4號」月球背面軟著陸任務設計[J]. 深空探測學報，2017，4（2）：111-117.

[4]. 李飛，張熇，吳學英，等. 月球背面地形對軟著陸探測的影響分析[J]. 深空探測學報，2017，4（2）：143-149.

文/段婷

編輯/楊斯爽、賈冰玉

審校/楊潔

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『肆』 月面上的第一株植物綠芽，是怎麼長出來的呢

2019年1月3日23點18分，在經歷發射和著落等階段嚴酷的力學考驗後，生物科普試驗載荷於嫦娥四號登陸月球第一天加電開機，並啟動主相機拍照。

2019年1月3日23點48分，在地面控制中心發送放水指令後，搭載的6種生物結束了休眠，進入生物月面生長發育模式。

2019年1月5日晚8點，地面接收數據顯示生物科普試驗載荷內種子已經發育為胚根。在隨後傳回的圖片中，可以清晰地看到棉花種子率先發芽，長出了綠綠的葉子。

2019年1月12日20:03:34地面發送了生物科普試驗載荷斷電指令，載荷正常關機。生物科普試驗載荷內部在月夜溫度為零下52℃的情況下，所攜帶的六種生物將結束本次科普試驗使命，處於冷凍狀態。

“從開機至斷電，生物科普試驗載荷在軌工作狀態良好，累計工作時間長達212.75小時，順利實現了種子發芽，達到了設計指標，部分指標超過預期。”教育部深空探測聯合研究中心副主任、生物科普試驗載荷總設計師、重慶大學先進技術研究院院長謝更新教授在接受科技日報記者獨家專訪時表示，這是人類第一次在月面上做生物生長試驗，在荒蕪的月球上培育出第一株植物嫩芽，並隨時間的推移，成功實現人類有史以來第一片在月球生長的綠葉。

『伍』 科學家首次用月壤種出植物

科學家首次用月壤種出植物

科學家首次用月壤種出植物，在這項實驗中，科學家們利用月球表面材料（稱為「 月壤」）的樣本，在地球上成功地種植植物。月壤中的植物顯示出生長緩慢，科學家首次用月壤種出植物。

科學家首次用月壤種出植物1

據美國有線電視新聞網(CNN)、今日美國等外媒報道，5月12日發表在《通訊生物學》雜志上的一項新研究顯示，佛羅里達大學的研究人員首次在NASA阿波羅登月計劃任務期間收集的月球土壤中種出了植物。這是植物第一次在月球土壤中發芽生長，為在月球上種植提供氧氣和食物的植物奠定了基礎。

佛羅里達大學負責研究的助理副校長、該研究的合著者之一羅布·費爾表示：「這是一個關鍵發現——植物在月球土壤中生長。這非常令人震驚，因為植物從來沒有去過月球，種子也從未適應過在那裡生活。」

醞釀15年的實驗

擬南芥從月球土壤中發芽 CNN圖

這是一項醞釀已久的實驗，自研究人員首次提出月球樣本的建議和要求以來，已經過去了15年，該請求終於在18個月前獲得批准。

研究小組要求NASA提供阿波羅17號任務期間收集的4克月球土壤。NASA阿波羅樣品策展人瑞安·齊格勒看到了從不同的阿波羅任務中提供更多樣品的科學價值，最終提供了從阿波羅11號、12號和17號任務中收集的月球土壤，共12克。

研究人員使用了通常用來培育細胞的器皿作為「花盆」，每一格填充1克月球土壤，再添加營養物質和水，然後撒下一些擬南芥的種子，擬南芥是一種原產於歐亞和非洲的小型開花植物。

同時，擬南芥的種子也被種植在模擬月球土壤的合成物質和火山灰中，以便和月球土壤種植的植物做對比。

好消息和壞消息

到第16天，在火山灰中生長的植物（左）與在月球土壤中生長的植物（右）之間存在明顯的物理差異。 CNN圖

這項研究的好消息是，所有的種子都發芽並開始生長了。

但壞消息是，在第一周之後，月球土壤的粗糙度和其他特性對這些植物造成了很大的壓力，以至於它們的生長速度比種植在模擬月球土壤中的幼苗要慢。

擬南芥的幼苗在適應月球土壤時表現出掙扎的跡象。與模擬月球土壤中生長的植物相比，播種在月球土壤中的植物生長得更慢、更小，並且表現出更多的壓力跡象，例如色素沉著和壓力相關基因的表達。

雖然在月球土壤中種植的植物都在發芽生長，但在阿波羅11號樣品中生長的植物比在阿波羅12 號和17號樣品中的植物表現更差，這表明月球土壤之間也存在差異。

阿波羅11號樣本暴露在太陽和宇宙輻射的時間最長。研究人員推測，長期高能轟擊的影響可能使月球風化層對生物學特別敏感。月球表面經常受到宇宙輻射和太陽風的轟擊，還有鐵粒子和微小玻璃碎片的影響，所有這些元素都會影響植物的生長。

後續研究

研究人員在LED燈下種植種子 CNN圖

研究人員希望進行後續研究，了解在月球環境中種植植物是如何改變月球土壤的，以及如何啟動月球溫室等問題。

進一步的研究還可以幫助研究人員確定在月球土壤中種植植物的`最有效方法。研究人員還想要清楚地了解這些植物的營養價值，以及它們是否受到土壤的影響。

雖然擬南芥是可食用的，但它不好吃，也不被認為是一種糧食作物。但它與西蘭花、羽衣甘藍、蕪菁和花椰菜屬於同一植物科。

美國國家航空航天局航天仿生學首席科學家巴塔查里亞認為植物生長的發現「相當令人興奮」，並表示該研究為科學家提供了許多後續機會。

巴塔查里亞在一封電子郵件中寫道:「我們需要研究如何讓植物在風化層基質中生長得更好。例如，我們是否需要添加其他組件來幫助植物生長，如果需要，它們是什麼？是否有其他植物能更好地適應這些風化層基質，如果有的話，哪些特性使它們更能適應這些環境？」

「這就是科學令人興奮的地方，每一個新發現都會帶來更獨特和變革性的結果，然後我們可以利用這些結果來幫助提高我們未來太空探索任務的可持續性！」

科學家表示，理想的情況是，未來的宇航員可以利用月球的可用土壤資源進行室內種植，而不是建立一個水培系統。在月球上種植植物是在月球上長期停留的關鍵，它不僅能為宇航員和其他訪客提供食物，還有助於提供干凈的空氣和水。

科學家首次用月壤種出植物2

據CNET報道，根據一項新研究，當美國宇航局在未來幾年將 Artemis 宇航員送回月球表面時，他們有望能夠種植自己的蔬菜。這只是一項歷史性實驗的結果之一，在這項實驗中，科學家們利用月球表面材料（稱為「 月壤」）的樣本，在地球上成功地種植植物。

與芥菜有關的植物擬南芥 (Arabidopsis thaliana) 的種子被放置在半個世紀前在三次不同的阿波羅任務中收集到的微小月壤樣品中。雖然這些種子發芽並生長，但它們並沒有完全茁壯成長。

佛羅里達大學的Stephen Elardo在周三的新聞發布會上說：「月球土壤沒有很多支持植物生長所需的營養物質。」

Elardo是周四發表在《通信生物學》雜志上的一篇介紹該研究的論文的共同作者，其他作者還有 Anna-Lisa Paul和 Robert Ferl。

雖然這些植物的生長方式表明它們受到了壓力，但它們仍然相對迅速地找到了方法，在團隊為它們提供光照、水和營養物質的幫助下。

「兩天後，它們開始發芽了！」同時也是佛羅里達大學園藝科學教授的 Paul在一份聲明中說。「所有東西都發芽了。我無法告訴你我們是多麼的驚訝！每種植物--無論是月球樣本還是對照組，都是如此--直到第六天看起來都一樣。」

在第一周結束時，月壤中的植物顯示出生長緩慢，根部和葉子發育不良，還有一些紅點。後來的遺傳分析將證實這些綠色植物處於壓力之下。

月壤的顆粒非常細小，呈粉狀，但這些顆粒也有鋒利的邊緣。呼吸月球塵埃會損害肺部，而且這些東西對植物生命也不是特別好。

Paul補充說：「最終，我們希望利用基因表達數據來幫助解決我們如何能夠改善壓力反應，使植物--特別是作物--能夠在月球土壤中生長，而對其健康影響很小。」

Ferl說，在月球上種植植物是在月球上長期停留的關鍵，它不僅有助於為宇航員和其他訪客提供食物，還有助於提供清潔的空氣和水。

「當我們去某個地方的太空時，我們總是帶著我們的農業，」同樣來自佛羅里達大學的 Fer說。 「顯示植物將在月球土壤中生長，實際上是朝著這個方向邁出的一大步。」

科學家首次用月壤種出植物3

根據周四發表在《通訊生物學》上的一項研究，研究人員有史以來第一次利用月球土壤成功種植植物。資助這項研究的美國宇航局表示，這一發現為未來在月球棲息地收獲植物鋪平了道路。

該研究的作者之一羅布·費爾周四說，「我們想做這個實驗是因為，多年來我們一直在問這個問題：植物會在月球土壤中生長嗎？事實證明，答案是肯定的。」

佛羅里達大學的研究人員從美國宇航局獲得了月球土壤，也稱為月球風化層來進行實驗。少量土壤樣本來自阿波羅 11 號、12 號和 17 號登月任務。

研究人員在塑料板中使用頂針大小的井，將大約一克月球土壤盆栽，用營養液潤濕並添加 thale cress 種子，一種也稱為擬南芥的植物，原產於歐亞大陸和非洲，易於種植。

NASA 表示，研究人員隨後將托盤放入玻璃容器中，並每天添加營養液。對照組使用火山灰作為土壤。根據研究， 這些植物都在48到60小時內發芽。

「我們很驚訝，」該研究的另一位作者保羅（Anna-Lisa Paul）說，「我們沒有預測到這一點。這告訴我們，月球土壤並沒有中斷植物發芽所涉及的激素和信號。」

但到了第六天，月球土壤中的植物開始生長不同於對照組的水芹。美國宇航局說，研究人員發現月球風化層植物生長緩慢，並顯示出發育不良的根系。此外，有些葉子發育不良，色素沉著呈紅色。

NASA 說，20 天後，植物的 RNA 測序顯示，那些生長在月球土壤中的植物處於壓力之下，並以植物在惡劣環境中通常會出現的方式做出反應。

「在遺傳水平上，植物正在使用通常用於應對壓力源的工具，例如鹽和金屬或氧化應激，因此我們可以推斷植物將月球土壤環境視為壓力」

這些植物對月球土壤樣本的反應也不同。阿波羅 11 號的土壤中的植物不如其他兩次阿波羅任務的土壤中生長的植物那麼健壯。研究人員指出，每個任務都從月球上的不同區域收集土壤。

盡管如此，美國宇航局局長比爾尼爾森表示，這項研究對於了解植物如何克服地球上食物短缺地區的壓力條件至關重要。

隨著美國宇航局即將對月球南極進行的機器人任務，科學家們表示他們將繼續研究月球土壤。

『陸』 嫦娥四號和玉兔二號

嫦娥四號（Change-4 probe）是中國嫦娥工程第二階段的登月探測器──嫦娥三號的備份星，於2018年12月8日2時23分在西昌衛星發射中心由長征三號乙改二型發射升空，於2019年1月3日10時26分嫦娥四號的著陸器攜帶「玉兔二號」成功完成世界首次在月球背面軟著陸。 其主要任務是著陸月球表面，繼續更深層次更加全面地科學探測月球地質、資源等方面的信息，完善月球的檔案資料。

2019年1月15日，嫦娥四號上搭載的生物科普試驗載荷發布了最新試驗照片，照片顯示試驗搭載的棉花種子已經長出了嫩芽，這也標志著嫦娥四號完成了人類在月面進行的首次生物實驗。

此次在月球上進行的生物科普試驗選擇了棉花、油菜、土豆、擬南芥、酵母和果蠅六種生物作為樣本，將它們的種子和蟲卵帶到月球上進行培育。最新傳回的圖片顯示，棉花的嫩芽長勢良好，這是在經歷月球低重力、強輻射、高溫差等嚴峻環境考驗後，在月球上長出的第一株植物嫩芽，實現了人類首次月面的生物生長培育實驗