月球上培育出第一朵花

『壹』 人类首次在地球上用其他星球土壤种出植物，种出来的植物有何特点

人类首次在地球上用其他星球土壤种出植物，种出来的植物长得较慢、个头较小，根系发育不佳更容易出现与压力相关的特征。

5月12日，美国佛罗里达大学研究人员声称，他们使用从月球上带回来的月壤培育出了南芥幼芽，这次人类首次使用月壤种出植物，众所周知，月球上是没有植物的，恶劣的环境也不适合植物的生存，不过这才有益的尝试，为未来在月球上种植植物提供了基础，这次种植是在12个顶针大小的培养皿中各放入一克的月壤，之后放入了营养液，又在每克月壤上放入了几颗南芥种子，之所以选择这种植物来种植是因为这种植物的生长周期很短，便于科学家进行观察实验。

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『贰』 在月球中种植的菜为什么都是特大品种的

特大品种的菜发生了基因突变的话，现象更加明显。更加具有实验的方便性和调查性。

通过上个世纪美国的载人登月，我们第一次认识到了月球这个神奇的星球，也让我们的好奇心更重了。经过多年努力，我国在2013年成功发射了嫦娥三号探测器，并在月球实现了软着陆，这是中国探月史上的重大进步，为我们之后的探月工作奠定了基础。

截至目前，"月面微型生态圈"已经经历了几十次修改。在两年的时间里，项目能够迅速成熟完善，除了重庆大学的投入，还有深空中心联合的28所高校科研力量以及航空集团等多家单位的支持。

嫦娥四号科普载荷实验生长箱

本次月面生物实验的目标是在月球表面实现动植物的一个生命周期。这几种植物将生根发芽，将开出月球表面第一朵花。与去年NASA空间站开出的外太空第一朵花不同。

本次"月面微型生态圈"实验位置距离地球38万公里，比离地300多公里的国际空间站遥远得多，所处月面环境也比国际空间站内部复杂得多。

『叁』 嫦娥奔月|从地球到月球，每次都走不一样的“路”

转载请注明：【文章转载自公号：中国航天科普（id：space-more）】

我们知道：

· 要使物体绕地球作圆周运动，其速度必须达到7.9千米／秒的第一宇宙速度；

· 要使物体摆脱地球引力束缚，飞离地球，其速度必须达到11.2千米／秒的第二宇宙速度；

· 要使物体摆脱太阳引力束缚，飞出太阳系，其速度必须达到16.7千米／秒的第三宇宙速度。

有人可能认为，嫦娥探测器要飞往月球应该达到第二宇宙速度。如果嫦娥探测器以这样大的速度飞向月球，当然是没有问题的。但其实只需用更小的速度，将嫦娥探测器送入远地点为384400千米的椭圆形轨道，就可以使其到达月球了，这是因为月球本身仍然处在地球引力范围之内的缘故。

经过计算，月球探测器只要在近地点达到10.6千米／秒以上的速度，就可以沿椭圆形轨道飞向月球，这一轨道也叫做地月转移轨道。低于这一速度，嫦娥探测器将无法飞抵月球。

地月之间相隔茫茫38万千米的距离，一般说来，探测器发射升空后，有两种方式飞向月球：

1 先进入地球近地停泊轨道，在该轨道适当位置加速，飞向月球；

2 在大气层外加速，直接飞向月球。

那么，嫦娥探测器又是怎样一步步到达月球的呢？

嫦娥一号探测器到达月球一共分为三步。

1调相轨道

调相轨道是进入地月转移轨道前的一段轨道，它有很大的灵活性，有很多可利用的优点。

在调相轨道上，技术人员通过提前精确测量和修正轨道，使探测器能够更精确地进入地月转移轨道，从而节省能量，还可以增加发射机会。月球探测器在调相轨道进行若干次加速，就能够达到进入转移轨道所需的速度了。

嫦娥一号探测器发射升空后，长征三号甲运载火箭将它送入运行周期约为16小时的初始椭圆轨道；随后星箭分离，嫦娥一号探测器先在16小时轨道上运行三圈到达近地点时，进行第一次大的轨道机动，变轨到周期约为24小时的椭圆轨道；在24小时轨道上运行一圈，再次到达近地点时，进行第二次大的轨道机动，变轨到周期约为48小时的椭圆轨道。探测器在这三条调相轨道上共运行约5天，进行三次大的轨道机动，将飞行速度提高到10.6千米/秒，就可以进入地月转移轨道了。

嫦娥一号探测器的三次机动，可以理解为运动员扔铁饼：先转几圈，逐步加速然后再扔出去，从而使铁饼获得最大的飞行速度。

2地月转移轨道

地月转移轨道飞行时间一般都是3至5天，飞行时间越短，速度越大，所需要的能量越大。综合考虑了能量以及工程实施中的一系列因素后，嫦娥一号选择了116小时，也就是将近4天20小时的飞行时间。

按照计划，嫦娥一号探测器进入地月转移轨道后，要进行两次中途修正，而在实际飞行过程中，地面控制人员仅用一次修正就达到了预期目标。

3月球捕获轨道

嫦娥一号探测器到达近月点时开始减速，慢慢进入最终的预定轨道。第一次减速进入周期12小时的大椭圆轨道，这时近月点速度由2.412千米／秒降到2.0642千米／秒；第二次减速进入3.5小时的小椭圆轨道，近月点速度降到了1.8012千米／秒。第三次减速进入周期127.6分钟的绕月圆轨道，这也是嫦娥一号的使命轨道。至此，嫦娥一号的探月之旅正式拉开了帷幕。

2010年10月1日，嫦娥二号探测器由长征三号丙运载火箭在西昌卫星发射中心成功发射。随着技术的发展，与嫦娥一号不同，嫦娥二号发射后没有进入调相轨道，而是直接进入地月转移轨道，这也是我国首次直接进入地月转移轨道的发射任务。

嫦娥二号与火箭分离后，经过了5天的飞行，准确进入了距月面100千米的环月轨道。

嫦娥三号探测器与嫦娥二号的飞行轨道基本相同，不同的是，嫦娥三号要进行月面软着陆。

它在环月圆轨道上运行了4天后开始减速，进入了一条近月点为距月面15千米的椭圆轨道，为着陆月球做准备。到达近月点后，嫦娥三号再次开始减速，沿着一条抛物线缓缓降落至月球表面。

作为嫦娥四号的中继卫星，鹊桥号则开辟了一条全新的道路。

鹊桥号与火箭分离后，进入地月转移轨道。经过中途修正，在近月点实施近月制动和月球借力，进入月球至地月L2点的转移轨道。飞行约4天后，鹊桥号到达地月L2点附近，经过多次轨道捕获控制及轨道修正，进入了环绕地月L2点的Halo使命轨道，随即开展在轨测试、天线指向标定和中继通信链路联调。

同样是在月球表面软着陆，嫦娥四号与嫦娥三号的着陆过程却并不相同。

嫦娥三号和嫦娥四号下降过程均可分为着陆准备段、主减速段、快速调整段、接近段、悬停段、避障段和缓速下降段七部分。但由于嫦娥四号着陆区为月球背面，相对嫦娥三号着陆区地形起伏程度明显增加。为了避免地形大范围起伏的影响，与嫦娥三号一边向前一边下降的抛物线形轨迹不同，嫦娥四号在主减速段结束后是垂直向下运动的，这样可以保证高度方向导航结果的正确性，实现安全着陆。

让人惊喜的是，嫦娥四号任务携带的种子在月球上长出了第一片绿叶，我们相信很快就会看到月球上的第一朵花，第一个果实，第一只蚕宝宝……

出品/中国航天科普&科普中国

参考文献:

[1].冉隆燧.航天工程设计实践[M].北京：中国宇航出版社，2012.

[2].吴伟仁.奔向月球[M].北京：中国宇航出版社，2015.

[3].吴伟仁，王琼，唐玉华，等.“嫦娥4号”月球背面软着陆任务设计[J]. 深空探测学报，2017，4（2）：111-117.

[4]. 李飞，张熇，吴学英，等. 月球背面地形对软着陆探测的影响分析[J]. 深空探测学报，2017，4（2）：143-149.

文/段婷

编辑/杨斯爽、贾冰玉

审校/杨洁

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『肆』 月面上的第一株植物绿芽，是怎么长出来的呢

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日晚8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地面发送了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，所携带的六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。”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在接受科技日报记者独家专访时表示，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。

『伍』 科学家首次用月壤种出植物

科学家首次用月壤种出植物

科学家首次用月壤种出植物，在这项实验中，科学家们利用月球表面材料（称为“ 月壤”）的样本，在地球上成功地种植植物。月壤中的植物显示出生长缓慢，科学家首次用月壤种出植物。

科学家首次用月壤种出植物1

据美国有线电视新闻网(CNN)、今日美国等外媒报道，5月12日发表在《通讯生物学》杂志上的一项新研究显示，佛罗里达大学的研究人员首次在NASA阿波罗登月计划任务期间收集的月球土壤中种出了植物。这是植物第一次在月球土壤中发芽生长，为在月球上种植提供氧气和食物的植物奠定了基础。

佛罗里达大学负责研究的助理副校长、该研究的合著者之一罗布·费尔表示：“这是一个关键发现——植物在月球土壤中生长。这非常令人震惊，因为植物从来没有去过月球，种子也从未适应过在那里生活。”

酝酿15年的实验

拟南芥从月球土壤中发芽 CNN图

这是一项酝酿已久的实验，自研究人员首次提出月球样本的建议和要求以来，已经过去了15年，该请求终于在18个月前获得批准。

研究小组要求NASA提供阿波罗17号任务期间收集的4克月球土壤。NASA阿波罗样品策展人瑞安·齐格勒看到了从不同的阿波罗任务中提供更多样品的科学价值，最终提供了从阿波罗11号、12号和17号任务中收集的月球土壤，共12克。

研究人员使用了通常用来培育细胞的器皿作为“花盆”，每一格填充1克月球土壤，再添加营养物质和水，然后撒下一些拟南芥的种子，拟南芥是一种原产于欧亚和非洲的小型开花植物。

同时，拟南芥的种子也被种植在模拟月球土壤的合成物质和火山灰中，以便和月球土壤种植的植物做对比。

好消息和坏消息

到第16天，在火山灰中生长的植物（左）与在月球土壤中生长的植物（右）之间存在明显的物理差异。 CNN图

这项研究的好消息是，所有的种子都发芽并开始生长了。

但坏消息是，在第一周之后，月球土壤的粗糙度和其他特性对这些植物造成了很大的压力，以至于它们的生长速度比种植在模拟月球土壤中的幼苗要慢。

拟南芥的幼苗在适应月球土壤时表现出挣扎的迹象。与模拟月球土壤中生长的植物相比，播种在月球土壤中的植物生长得更慢、更小，并且表现出更多的压力迹象，例如色素沉着和压力相关基因的表达。

虽然在月球土壤中种植的植物都在发芽生长，但在阿波罗11号样品中生长的植物比在阿波罗12 号和17号样品中的植物表现更差，这表明月球土壤之间也存在差异。

阿波罗11号样本暴露在太阳和宇宙辐射的时间最长。研究人员推测，长期高能轰击的影响可能使月球风化层对生物学特别敏感。月球表面经常受到宇宙辐射和太阳风的轰击，还有铁粒子和微小玻璃碎片的影响，所有这些元素都会影响植物的生长。

后续研究

研究人员在LED灯下种植种子 CNN图

研究人员希望进行后续研究，了解在月球环境中种植植物是如何改变月球土壤的，以及如何启动月球温室等问题。

进一步的研究还可以帮助研究人员确定在月球土壤中种植植物的`最有效方法。研究人员还想要清楚地了解这些植物的营养价值，以及它们是否受到土壤的影响。

虽然拟南芥是可食用的，但它不好吃，也不被认为是一种粮食作物。但它与西兰花、羽衣甘蓝、芜菁和花椰菜属于同一植物科。

美国国家航空航天局航天仿生学首席科学家巴塔查里亚认为植物生长的发现“相当令人兴奋”，并表示该研究为科学家提供了许多后续机会。

巴塔查里亚在一封电子邮件中写道:“我们需要研究如何让植物在风化层基质中生长得更好。例如，我们是否需要添加其他组件来帮助植物生长，如果需要，它们是什么？是否有其他植物能更好地适应这些风化层基质，如果有的话，哪些特性使它们更能适应这些环境？”

“这就是科学令人兴奋的地方，每一个新发现都会带来更独特和变革性的结果，然后我们可以利用这些结果来帮助提高我们未来太空探索任务的可持续性！”

科学家表示，理想的情况是，未来的宇航员可以利用月球的可用土壤资源进行室内种植，而不是建立一个水培系统。在月球上种植植物是在月球上长期停留的关键，它不仅能为宇航员和其他访客提供食物，还有助于提供干净的空气和水。

科学家首次用月壤种出植物2

据CNET报道，根据一项新研究，当美国宇航局在未来几年将 Artemis 宇航员送回月球表面时，他们有望能够种植自己的蔬菜。这只是一项历史性实验的结果之一，在这项实验中，科学家们利用月球表面材料（称为“ 月壤”）的样本，在地球上成功地种植植物。

与芥菜有关的植物拟南芥 (Arabidopsis thaliana) 的种子被放置在半个世纪前在三次不同的阿波罗任务中收集到的微小月壤样品中。虽然这些种子发芽并生长，但它们并没有完全茁壮成长。

佛罗里达大学的Stephen Elardo在周三的新闻发布会上说：“月球土壤没有很多支持植物生长所需的营养物质。”

Elardo是周四发表在《通信生物学》杂志上的一篇介绍该研究的论文的共同作者，其他作者还有 Anna-Lisa Paul和 Robert Ferl。

虽然这些植物的生长方式表明它们受到了压力，但它们仍然相对迅速地找到了方法，在团队为它们提供光照、水和营养物质的帮助下。

“两天后，它们开始发芽了！”同时也是佛罗里达大学园艺科学教授的 Paul在一份声明中说。“所有东西都发芽了。我无法告诉你我们是多么的惊讶！每种植物--无论是月球样本还是对照组，都是如此--直到第六天看起来都一样。”

在第一周结束时，月壤中的植物显示出生长缓慢，根部和叶子发育不良，还有一些红点。后来的遗传分析将证实这些绿色植物处于压力之下。

月壤的颗粒非常细小，呈粉状，但这些颗粒也有锋利的边缘。呼吸月球尘埃会损害肺部，而且这些东西对植物生命也不是特别好。

Paul补充说：“最终，我们希望利用基因表达数据来帮助解决我们如何能够改善压力反应，使植物--特别是作物--能够在月球土壤中生长，而对其健康影响很小。”

Ferl说，在月球上种植植物是在月球上长期停留的关键，它不仅有助于为宇航员和其他访客提供食物，还有助于提供清洁的空气和水。

“当我们去某个地方的太空时，我们总是带着我们的农业，”同样来自佛罗里达大学的 Fer说。 “显示植物将在月球土壤中生长，实际上是朝着这个方向迈出的一大步。”

科学家首次用月壤种出植物3

根据周四发表在《通讯生物学》上的一项研究，研究人员有史以来第一次利用月球土壤成功种植植物。资助这项研究的美国宇航局表示，这一发现为未来在月球栖息地收获植物铺平了道路。

该研究的作者之一罗布·费尔周四说，“我们想做这个实验是因为，多年来我们一直在问这个问题：植物会在月球土壤中生长吗？事实证明，答案是肯定的。”

佛罗里达大学的研究人员从美国宇航局获得了月球土壤，也称为月球风化层来进行实验。少量土壤样本来自阿波罗 11 号、12 号和 17 号登月任务。

研究人员在塑料板中使用顶针大小的井，将大约一克月球土壤盆栽，用营养液润湿并添加 thale cress 种子，一种也称为拟南芥的植物，原产于欧亚大陆和非洲，易于种植。

NASA 表示，研究人员随后将托盘放入玻璃容器中，并每天添加营养液。对照组使用火山灰作为土壤。根据研究， 这些植物都在48到60小时内发芽。

“我们很惊讶，”该研究的另一位作者保罗（Anna-Lisa Paul）说，“我们没有预测到这一点。这告诉我们，月球土壤并没有中断植物发芽所涉及的激素和信号。”

但到了第六天，月球土壤中的植物开始生长不同于对照组的水芹。美国宇航局说，研究人员发现月球风化层植物生长缓慢，并显示出发育不良的根系。此外，有些叶子发育不良，色素沉着呈红色。

NASA 说，20 天后，植物的 RNA 测序显示，那些生长在月球土壤中的植物处于压力之下，并以植物在恶劣环境中通常会出现的方式做出反应。

“在遗传水平上，植物正在使用通常用于应对压力源的工具，例如盐和金属或氧化应激，因此我们可以推断植物将月球土壤环境视为压力”

这些植物对月球土壤样本的反应也不同。阿波罗 11 号的土壤中的植物不如其他两次阿波罗任务的土壤中生长的植物那么健壮。研究人员指出，每个任务都从月球上的不同区域收集土壤。

尽管如此，美国宇航局局长比尔尼尔森表示，这项研究对于了解植物如何克服地球上食物短缺地区的压力条件至关重要。

随着美国宇航局即将对月球南极进行的机器人任务，科学家们表示他们将继续研究月球土壤。

『陆』 嫦娥四号和玉兔二号

嫦娥四号（Change-4 probe）是中国嫦娥工程第二阶段的登月探测器──嫦娥三号的备份星，于2018年12月8日2时23分在西昌卫星发射中心由长征三号乙改二型发射升空，于2019年1月3日10时26分嫦娥四号的着陆器携带“玉兔二号”成功完成世界首次在月球背面软着陆。 其主要任务是着陆月球表面，继续更深层次更加全面地科学探测月球地质、资源等方面的信息，完善月球的档案资料。

2019年1月15日，嫦娥四号上搭载的生物科普试验载荷发布了最新试验照片，照片显示试验搭载的棉花种子已经长出了嫩芽，这也标志着嫦娥四号完成了人类在月面进行的首次生物实验。

此次在月球上进行的生物科普试验选择了棉花、油菜、土豆、拟南芥、酵母和果蝇六种生物作为样本，将它们的种子和虫卵带到月球上进行培育。最新传回的图片显示，棉花的嫩芽长势良好，这是在经历月球低重力、强辐射、高温差等严峻环境考验后，在月球上长出的第一株植物嫩芽，实现了人类首次月面的生物生长培育实验