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太空农场可以从月球泥土中开采矿物

这幅图显示了月球上一片郁郁葱葱的绿色土地,位于一个被圆顶覆盖的环形山内,用来保护和喂养月球宇航员,同时从月球风化层中吸取元素。

研究人员表示,未来的载人登月或火星任务可以使用植物作为生物采集器从外星土壤中提取有价值的元素。

现在,他们希望启动新的实验,以跟进美国国家航空航天局阿波罗登月计划中对植物和月球风化层的研究。

月球风化层是位于坚实基岩顶部的灰尘、土壤、破碎岩石和其他相关材料的松散混合物。阿波罗号的研究表明,返回的月球风化层样本中没有有毒传感器含有可能威胁地球上植物、动物或人类的外星生命形式污染物。

然而,这种珍贵的月神的有限使用意味着科学家无法研究植物在风化层中生长的情况。

盖恩斯维尔佛罗里达大学的遗传学家罗伯特·费尔说:“尽管人们非常钦佩阿波罗时代的创新科学,但如果你在月球风化层中播种,是否会长出大量的种子,这个问题还没有得到回答。”

Ferl和佛罗里达大学的另一位遗传学家Anna Lisa Paul希望从阿波罗时代的实验中断的地方重新开始。新的研究可以利用过去几十年开发的强大工具来研究分子生物学和遗传学,并观察植物如何在分子水平上通过打开或关闭它们的基因来做出反应。

新的研究也可能推动植物如何从月球风化层中获得一些营养的潜力。这可能会破坏月球农业的梦想,将植物转化为飞机上的收获物,并最终帮助维持人类在海洋上的基地。

保罗解释说:“这不仅仅是利用月球和火星的风化层来种植植物。”“这是关于捕获营养物质,否则这些营养物质可能会流失给我们。”

阿波罗时代植物实验的综述研究在4月号的《天体生物学》杂志上有详细介绍。

安全第一

美国国家航空航天局在休斯顿约翰逊航天中心建造了月球接收实验室,对首次载人登月任务中返回的样本采取了重大预防措施。LRL设施的设计旨在确保没有危险的污染物或未知的外星生命威胁地球的生物圈,即使研究人员开始对月球风化层进行内陆生物实验。

随着第一批研究表明植物不会因接触月球样本而枯萎和死亡,任何对行星保护的担忧都很快消退。

阿波罗11号和12号任务的月球样本被擦到屋檐上并固定在底座上后,约有35种植物保持健康。同样,动物在接触月球样本时也没有受到任何非法影响。

事实上,一项研究发现,发芽的幼苗和植物培养物似乎从月球样本中获得了营养益处。月球尘埃和风化层含有某些对植物生长有用的元素,如铁、镁和锰,即使它们大多缺乏氮、磷、硫和钾等必需元素。

这指出了利用植物从月球生物获取营养或矿物质的可能性,并表明月球农场除了为宇航员提供食物外,还可以为生命支持做出贡献。

Ferl说:“在几年前发布的一个有趣的模型中,植物将生活在地表的低压荚中。”“宇航员或月球殖民者会穿着压力服外出捕捉猎物。”

采取下一步行动

这些植物可能存活了下来,并经历了月球物质的少量喷洒或摩擦,但研究人员表示,人类是在30年前进行的最后一次月球土壤实验之后才知道这一点的。

例如,阿波罗号的任何一项实验都没有研究月球物质如何影响通常帮助植物获取营养的细菌或真菌等微生物。甚至来自人类宇航员的微生物也可能与土壤根际区域的植物根系相互作用。

保罗说:“植物根系被一群分解和运输物质的组织定殖。”“这些东西有助于从植物生长的基质中获取分子。”

研究人员表示,新的实验不需要等待返回月球。他们已经制定了计划,只需要几克由美国国家航空航天局收集的数百公斤月球风化层。

Paul指出,仅仅一克月球风化层就可以支持一些与卷心菜和萝卜有关的拟南芥植物的生长。该模式生物代表了第一种对其基因组进行测序的植物,因此将为月球生物实验提供一个很好的基线。

.从地球到月球和火星

只要建立了人类基地,这种测试概念也可能成为月球上实验的一部分。这些实验不仅可以回答有关植物生物学的基本问题,而且可以为开发地球生态系统提供知识基础。

Ferl说:“其中一个目标是利用植物来维持生命,并找出最佳的方法,而植物则利用月球资源来做到这一点。”“另一个问题是地球生命的极限是什么,月球表面是否代表了陆地生物可以居住的地方。”

这种方法也可以帮助解决火星风化层中与植物相关的棘手问题。一些对地球的研究已经表明,即使火星样本尚未到达地球,火星模拟风化层中的植物生长也会增加某些化学物质。

最终,对于火星之旅来说,同样需要利用所有可用资源并帮助维持人类殖民者的生存将变得更加迫切。

保罗说:“去火星要困难得多,因为在整个旅程中带上所有资源的想法变得更加困难。”“使用植物维持生命的驱动因素实际上变得更加重要。”

播种

更多的地球实验也可以帮助工程师和科学家更好地设计未来的轨道或地外农场。

意大利都灵Thales Alenia Space Italia的工程顾问ClaudioFinetto表示:“在地球上的极端环境中进行测试,对于确定在建造和飞行监控系统之前需要解决的关键设计方面非常有用。”

Finetto及其同事Cesare Lobascio和Alessandro Rapisarda计算出,对于居住时间超过五年的18人月球基地来说,一个只有20%的食物从地球重新供应的生物再生生命支持系统将变得更方便,而不是从地球完全重新供应食物。

他们的工作在《宇航学报》5月至6月号上有详细介绍。月球农场的概念也源于都灵理工大学SpacE勘探与开发系统(SEEDS)第二版的毕业生课程,Finetto在那里与Salvatore Cusumano、DanieleRenzoni、Amir Sabbagh和Cosimo Sinesi合作。

即使美国国家航空航天局已经取消了重返月球的即时计划,Finetto也同意载人火星任务可以从一种自我维持的方法中受益。他补充说,航天器温室可以像往返火星六个月的旅程一样轻松地支持火星表面的宇航员。

Finetto表示,更先进的机器人还可以减少人类宇航员种植植物的时间。

这看起来与阿波罗在植物上撒上月球风化层的实验还有很长的路要走。但总有一天,机器人可以在火星上空维持一个自我维持的温室,因为人类探险家专注于科学和探索火星表面。


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