霍尊歌曲专辑:物理农业前沿

物理农业 

分类：物理农业前沿

美宇航局实验室研究人员将人、植物和微生物放置在一个封闭的可再生系统中，宇航员可在太空中“种地”自足而不必靠地球补给。

目标指向南极

   在冰天雪地、与世隔绝的南极，科研人员们吃的蔬菜大多是脱水菜，他们十分渴望吃上新鲜的蔬菜！可是，在如此恶劣的环境中，在一年中有９个月时间是黑夜的地域里，种蔬菜只不过是一个梦想罢了。

　　不过现在，一些研究人员正努力将这一梦想变为现实。亚利桑那大学的有关人士正准备在南极圈内建立一处绿色大棚，以解决在当地工作人员的“菜篮子”问题。据了解，这个绿色大棚占地约３００平方英尺，以荧光或日光灯作为光源，每年能产出１００００头莴苣，其他的诸如草莓、菠菜之类的作物也会出产一些。

　　今年１０月，这个大棚的组成部件将被运到ＭｃＭｕｒｄｏ考察站，然后被货机运到距南极８００英里的地方，最后在Ａｍｕｎｄｓｅｎ Ｓｃｏｔｔ考察站被组装起来。从事这一大棚项目的亚利桑那大学的植物学家Ｐｈｉｌ Ｓａｄｌｅｒ说，这个蔬菜大棚不仅可以为科研人员提供蔬菜，同时还为他们提供一个绝佳的修身养性的场所。据了解，大棚的１／３将专门辟出作为休息室，在这里，研究人员可以看看绿色，呼吸一下“生命”的气息。 

　　值得一提的是，在南极种植蔬菜可为人类探索火星提供许多借鉴，专家介绍，在地球上，没有其他地方的环境能比南极更像火星了。

目标指向月球和太空

收集光线的光纤系统，用于植物栽培

月球上的栽培基地应该设置在地下，光线的导入非常重要

地球上的试验是在为人类探索月球做准备

                             美国太空总署即将送上太空的植物

   普拉根主席波因特说：“虽然在月球或火星殖民是一件遥不可及的事，但现在着手研究是很重要的。” “月上绿洲”与南极一个温室实验十分相似。与月球一样，南极同是不无之地，不但海拔高、气压低，而且寒风刺骨，气温可低达零下一百度。南极温室已进入第五个年头，这个温室让当地工作人员得以品尝番茄、胡椒、生菜、士多啤梨和草本植物等食物。

    美国科学家计划在月球种植甘蓝等蔬菜，这项实验是为了测试人类将来在月球居住的话，能否自行生产食物。亚利桑那州普拉根太空开发公司计划在月球设置迷你温室，种植花卉和耐寒的芸苔属植物，例如甘蓝和椰菜。这些蔬菜最终会用来喂饲牲畜。普拉根太空开发公司正与美国太空总署合作，准备在月球设置一个高一尺半的小型温室，名为“月上绿洲”，以保护实验蔬菜生长。奥德赛月球公司将在二○一二年后把温室送上太空。奥德赛是Google Lunar X Prize登月竞赛的参赛者，参赛单位如能将探月机器送上月球执行任务，便能获得奖金。芸苔属植物从播种到开花只需十四天，因此可在月球上的一夜之内完成生长期。

   这是美国宇航局赞助的一项研究如何在太空中种植植物计划里用来模拟月球和火星环境的特殊圆筒装置，里面生长的是我们常见的莴苣，这项研究由得克萨斯农业试验站的科学家所主持。

莴苣的幼苗将被放到模拟月球和火星的特殊圆筒培养室里用来研究如何在月球上种植植物

　　月球和火星上长期的黑暗和贫瘠的土壤并没有能够阻止园丁们的渴望，他们希望有朝一日能够离开地球去太空的其他地方种植植物。德克萨斯农业试验站的研究人员们设计了一个模拟月球和火星环境的特殊培养室，在里面绿油油的莴苣长得特别繁茂。

　　德克萨斯农业试验站的园艺学家Fred Davies博士说：“虽然它（太空环境）可能不完全与实验室的模型相像，但我们对我们开发的这个系统充满信心。”

　　这项研究由美国宇航局所赞助，目的在于寻找在与地球截然不同的太空环境里如何生产出我们的食物的方法。

　　研究人员认为两项确定的因素使得这项工作十分重要：其一，人类将继续探索宇宙广阔的领域，其二，人类不管到哪里，都缺少不了食物。

　　Davies说：“探索是我们生命的一部分，在不久的将来我们也将开始在月球或者火星表面居住。”

　　现在，航天飞机所携带的食物量能够维持一次太空任务的需要，当然，它还要为国际空间上的三名宇航员带去六个月所需的食物。

　　宇航员的食物已经从过去的被制成浆的像牙膏一样可以直接挤进嘴里的食物转变成了现在的200种不同的可以选择的食物，其中还包括了新鲜的“法加它”（一种开胃品，由腌过的牛的侧腹肉或其它肉类如鸡肉、鱼肉或鸭肉组成，在烤架上烤好后包在玉米薄饼内）。

　　但最终如果人类希望在太空中生活更长的时间，自我维持的食物生产变的特别的重要。

　　Davies认为，在太空中种植绿色植物对人类来说不管是在营养上还是心理上都有着益处。如莴苣能为人类提供比要的营养物质如维生素A。他说：“吃一些绿色的食物在心理上也有一定的好处，因为它给你带来一种你曾生活过的地球上的气息。”

　　寻找在太空中种植植物的方法要比将人类送上太空更具挑战性。主要是因为，所有地球上的环境条件在太空中根本不存在或者完全不同。

　　例如月亮，在它上面没有气压（是形成云和降雨的关键），重力只有地球的六分之一，它的白天持续时间相当于地球上的一个月，而接着就是两周的黑夜，那里没有碳，而碳是光合作用不可缺少的元素。

　　再看火星，它的大气里面大约95%都是二氧化碳，气压只有地球的一百分之一，虽然火星上的白天持续时间比地球上的一天长不了多少，但却没有植物生长所需的足够阳光。

　　要寻找出如何在太空中种植植物的方法，科学家首先不得不抛弃已知的关于植物生长的知识，他们也必须设计，建造和操作培养室使其在类似于太空环境的条件下工作。这就意味着我们必须开发一种可以在低气压的条件下工作，而且能够提供植物光合作用所需的元素，或能够生长和生产出一定量的食物的培养室。

　　到目前为止，他们的研究已经表明植物在低气压下植物生长的更好。得克萨斯农业试验站的农业学工程师Ron Lacey博士说：“低压条件下生长的好处在于我们只需更少的材料和费用。但要建造一个植物能够在低压条件下生长的系统具有很大的挑战性。”

　　试验站的另外一名研究人员Chuan He说：“我们发现植物在低压条件下生长的反而更好，而且还发现乙烯气体对植物的生长很有效。”他主要负责种植，收割和分析所种植的莴苣的质量。在低压下生长的植物释放出更少的乙烯，在夜间消耗更少的碳水化合物，长出来的莴苣个头也要更大。他说，去火星上种植植物是他的梦想。

　　Davies博士还指出，植物还能够产生氧气并减少二氧化碳，这对人类都有好处。他说，或许这些植物可以在月球或者火星表面下面的特殊培养室里生长。他们正在寻找可以吸收和储存月球上太阳光的方法，然后可以在种植植物的时候使用这些光。

   “一切都应得到循环再利用”，这是美国宇航局佛罗里达肯尼迪太空中心太空生命科学实验室的口号。20年来，实验室太空农业研究人员将人、植物和微生物放置在一个封闭的可再生系统中，通过这一自给自足的环境，宇航员可在太空中旅行数月而不必依靠来自地球的补给。

　　据西班牙《趣味》月刊报道，太空舱内能源是稀缺资源，不能用来培育植物，因此太空农业研究人员的任务是用很少光照培育植物。利用可持续10万个小时、几乎不发热也不耗电的发光二极管是巨大发现。植物学家伊格纳西奥·埃拉索说：“我们发现基本上植物只需要红光进行光合作用和生长，红光最节省能源。不过，植物生长还需要一些蓝光来指引方向和舒展，这就是植物的向光性。”

　　科学家还发现通过控制光照和二氧化碳浓度可控制植物抗氧化物质的生产水平。植物在恶劣环境中会产生含有类胡萝卜素、黄酮醇和其他抗氧化物质的大量色素，以保护自己免受阳光辐射和过早衰老。

　　实验室科学家加里·施图特介绍说，2002年他和埃拉索以及物理学家奥斯卡·蒙赫组成科研小组，在国际空间站内失重状态下飞行73天，用小麦做了一项光合作用实验。那时，他们只有手提箱大小的实验小花园成了宇航员最钟爱的地方。蒙赫说：“这是至今在太空中做过的最完整的植物实验，我们控制湿度、温度、二氧化碳含量、通风状况、营养物质和光照程度。通过增加二氧化碳浓度模拟飞船内有更多人的情形，衡量植物生产氧气的效果。我们观察到释放的二氧化碳越多，小麦需要的水分越少，长得越快。”

　　太空舱内还设置了新通风系统，由于在失重情况下水珠会到处乱飞贴到墙上和叶子上，科学家设计了一套多孔管道系统为植物输送水分和营养，同时向植物根部输送氧气。

　　现在蒙赫等待在飞往月球的载人太空舱内进行植物和空气质量实验。他说：“密闭环境会产生各种气味，空气中会充满电子仪器和酒精清洗剂的释放物。我的目标就是让我们月球太空舱的空气像秋风一样清新。”

　　宇航员都非常感谢有植物在身旁陪伴，它们带来的不仅是氧气和食物。植物对人的心理安慰效果众所周知，在南极科考基地，人们都争抢着去植物温室睡午觉，并且一个天然甜瓜毫无疑问要比压缩、脱水的太空食物美味许多。

参考文献：

国际空间站上培育出的第三代太空豌豆

国际空间站第十考察队的两名成员萨利让·沙里波夫和焦立中即将开始培育第四代太空豌豆。

    10月20日,地面飞行控制中心特意为空间站上的宇航员们举行了一次新闻发布会。期间第九考察队队长坚纳吉·帕达尔科介绍说：“我们已成功培育出了第三代太空豌豆。对科学家们来说，这项试验是非常重要的。当然，我们已品尝了一点点，但绝大部分还是要带回地面的”。

    坚纳吉·帕达尔科表示，第四代太空豌豆的培育工作将由第十考察队的沙里波夫和焦立中负责。

    专家们指出，在太空中培育豌豆的试验对未来的长途行星际飞行是非常重要的－－到时候宇宙飞船上将会设有温室，宇航员们将会在其中培育蔬菜和水果，以补充部分所需的食物。

    目前，国际空间站上共有五名宇航员，分别是第九考察队的坚纳吉·帕达尔科和迈克尔·芬克，第十考察队的萨利让·沙里波夫和焦立中，以及首次进入太空的俄航天部队军官尤里·沙尔金。

    沙尔金在新闻发布会上表示：“我现在已经完全适应了空间站上的生活，对失重也无不良反应。这里完全是另外一种环境，给人的感觉非常特别。遗憾的是，我的太空之旅很快就要结束了”。

    担任“联盟”飞船指挥员的沙里波夫介绍称，自动对接装置失灵和转入手动控制状态并未让宇航员们感到不安。在上星期六“联盟”飞船与空间站对接过程中，自动对接装置突然失灵，宇航员们不得不亲自操纵飞船完成了对接工作。

太空种植技术的研究

    太空科技总是远在地球之外,或者在一些深不可测的冷冰冰的实验室中,是这样的吗?不,不是这样。如果我说,葡萄、萝卜、番茄、草莓这些我们日常生活中再常见不过的水果和蔬菜也会与太空科技联姻,你相信吗?

    在美国的一个葡萄园中,一名研究人员正手持一部类似小型家用摄像机的仪器“拍摄”一串葡萄,他这是在干什么呢?原来,美国航宇局喷气推进实验室与企业合作,正在研究用太空技术来种植葡萄。

    1769年,葡萄由欧洲传入美国。不要小看种葡萄,这可是一门“手艺活”。不同种类的葡萄有着不同的种植方法,在种植的过程中如何控制虫害,如何判断葡萄已经甜了,可以摘取了,对于这些问题,欧洲的葡萄种植者的经验积累至少可以追溯数百年。一个新的入行者需要花费大量的时间来向前辈学习和积累这种经验。

    而在太空科技的帮助下,葡萄种植的困难程度被大大降低了。喷气推进实验室和研发近红外光谱分析产品的公司合作,制造出前面提到的那种特殊的摄像机——其实它是一部光谱分析仪。光谱分析仪通常用在拍摄宇宙中各种天体的光谱,而当经过特别设计的光谱分析仪用在拍摄葡萄时,它则能够帮助种植者选择最佳的收获时间。这样,人们就再也不用担心会吃到酸葡萄了。

   在葡萄的种植过程中,害虫真是讨厌的家伙。有一种叫做葡萄虱的害虫,活动于葡萄的根部,表面上看不到它们,但当种植者发现它们的时候,它们可能已经对大面积的葡萄造成侵害。位于美国加州的纳帕山谷是出产世界顶级葡萄酒的圣地,那里就曾因受到葡萄虱的袭击而遭受到四十年葡萄种植史中最严重的传染。美国航宇局艾姆斯研究中心正在与一些企业和大学合作,寻找利用遥感设备来预测害虫侵害的方法。在测试他们研制出的设备时,研究人员发现,虽然葡萄表面看起来很健康,但实际上遥感数据表明葡萄虱正津津有味地嚼着葡萄的根。有了这些数据的帮助,种植者就能够更好地决定采取什么样的对策。

太空小萝卜

    美国总统布什在去年1月14日发表了他的太空探索新计划,即派遣航天员飞上太空、重返月球乃至登陆火星和更遥远的星球。现在,一年多的时间过去了,各项准备工作已经在美国航宇局中全面铺开。一种小萝卜也成为了研究对象。

    肥田萝卜,是一种不起眼的小萝卜,西方人在吃沙拉的时候可能会用它来点缀一下。但就是这样无人注意的小萝卜,在美国航宇局的研究人员那里却成了香饽饽,因为他们发现这种萝卜很适合在太空中种植。在前往月球或火星的长途飞行之中,航天员们的食物基本上来自起飞前的储备,如果有了能自己在飞船上种植的蔬菜,那么这就不仅能够调节航天员的饮食,还能增加许多生活的乐趣。

    在美国航宇局肯尼迪航天中心的太空生命实验室中,肯尼迪空间中心正与佛罗里达州合作,研究如何让航天员在太空飞行中兼职做农民。宇宙飞船中的环境与地球上的环境不同,因而研究者必须搞清楚飞船环境会对作物的生长产生什么样的影响。在飞船中,一块擦手用的湿巾都可能置肥田萝卜于死地。这是因为,航天员使用的湿巾中含有酒精,在使用的过程中酒精会从湿巾中挥发出去,飞船中酒精的浓度对人体是安全的,但对肥田萝卜可能是致命的:若空气中酒精浓度达到人体安全极限的10%,种植的肥田萝卜的个头就会偏小;若空气中酒精浓度达到人体安全极限的25%,肥田萝卜就会死掉。

    飞船环境中常见的污染物除了酒精,还有诸如苯、异戊二烯、乙烯等物质。这些物质在空气中的浓度也许对人体无害,但对作物可能有很大影响。在肯尼迪航天中心巨大的工作间中,科学家正在模拟不同的封闭环境,来寻找能够在长时间太空飞行中供航天员种植的作物。

可爱的草莓

    只有将肥田萝卜从土壤中挖出来的时候,你才能看到它鲜艳的红色。番茄和草莓就与此不同,你不需要挖掘,因为红色的番茄和草莓果实是裸露在叶片之间的。同样在肯尼迪航天中心,科学家还研究番茄和草莓,因为它们不但能够满足航天员的生理需要,还能够满足航天员的心理需要。

    当航天员飞离地球数百万千米之后,在地球上看起来再普通的植物在他们看来可能都非常可爱。如果在宇宙飞船灰色的金属墙壁、满眼的电脑显示器这些冷冰冰的事物中,有草莓在生长、开花、结果,这必然会给航天员的生活平添一分生机和乐趣。肯尼迪航天中心的实验室中,有18个封闭“箱子”中就正在模拟在国际空间站的环境中种植草莓。

    草莓本身正好也是一种强壮和具有适应性的植物,它比其他许多植物更能够适应太空飞船中的特殊环境。不过,太空飞船中没有蜜蜂,所以要想让草莓开花结果,就必须人为的给它们授粉。这个过程反倒也是一种乐趣。最终,草莓的果实还会改善航天员飞行途中的饮食。

    除了这些,植物的代谢过程中还会吸收航天员呼出的二氧化碳废气,释放出航天员需要的氧气。可见在宇宙飞船中种植草莓真是一举多得。

太空温室：2020年飞上月球种蔬菜

   建立月球和火星基地一直是人类的梦想，可真的建立了宇航员吃什么呢？据《基督教科学箴言报》13日报道，美国一些科学家已大胆预测：到2020年前后，太空温室将使月球上种蔬菜的梦想变成现实，届时宇航员“吃到太空中生长的新鲜莴苣或熟透的西红柿将不是难事”。太空温室成空中补给站俗话说“兵马未动，粮草先行”，太空温室就是人类进行太空探索的空中补给站。

    科学家指出，要解决未来在月球和火星基地工作的宇航员吃到新鲜蔬菜问题，最好的办法就是建造太空温室。如果成功，宇航飞船未来就几乎不需要携带冷冻食品、饮用水，甚至氧气了。

事实上，科学家们已经在地球一些实验室以及加拿大迪温岛和北极圈等环境十分恶劣的地区，进行温室实验。佛罗里达大学太空农业生物工艺学研究教育中心的主任罗布·菲尔表示：“如果将来再执行一个为期一年的太空探索任务，宇航员可能会有足够的食品和水。但对于火星探索任务而言，这可能有很大的难度，我们必须开发出一种循环或生物再生生命保障系统，这样一来，植物才能从我们的废物中再生出食物。在生产食物的过程中，我们还可以生成氧气，对水进行净化。”佛罗里达大学太空农业生物工艺学研究教育中心位于盖恩斯维尔，是美国宇航局下属的一个研究机构。火星种植植物困难重重但是，“太空农夫”也不是那么好当的，即便有了“太空温室”，在火星上种植物也相当困难。

科学家介绍，温室和里面的植物必须要过火星的恶劣环境关，比如巨大的温差，无法挡住紫外线辐射的稀薄的火星大气、较少的光照都对太空种蔬菜提出了难题。

目前，科学家采取的办法是：研究能忍受特殊环境的基因改良植物，而且还在开发可随环境变化而变化的温室结构的新材料。一些试验正在迪温岛展开，在这里的可控环境系统研究中心有20多个研究植物生长的不同大小和压力的实验室，长期以来对在富含营养的溶液而不是土壤中生长的莴苣进行研究。

美国宇航局肯尼迪太空中心高级生命保障计划植物研究首席科学家雷蒙德·惠勒设想：“我们将首先使用一些小的植物生长系统，并逐步在火星表面建起基地设施，直到火星上的生命支援功能实现完全‘自治’。”月球将扮试验场的角色美国宇航局肯尼迪太空中心高级生命保障计划植物研究首席科学家雷蒙德·惠勒博士表示，研究人员目前正在寻找更加有效的光源，看看有没有提供人造光的必要。而重要的初始试验基地之一就是月球。他说：“如果科学家有什么新想法，可以先在月球上进行试验，成功后，再执行难度更大的火星使命。”

科学家坚信，某些太空温室技术也应该可以应用到地球上。比如，如果转基因植物在火星的阴暗环境里可以正常生长，那么它们也应该可以在地球的北端气候下种植。此外，太空温室技术中的植物的营养成分控制，也可以为地球农业造福。

                                                                               转自                      物理农业之魂 新浪博客