從小行星“取土”建太空農場靠譜嗎

劉霞

2023年12月，在探討移居月球方法的國際會議上，日本岡山大學特聘教授中村英三提出的月球農場構想備受關注。

《日本經濟新聞》在近日的報道中指出，要在太空中建立長期基地，食物不可或缺，太空農場或是一種解決辦法。以太空中飄浮的無數小行星上的土壤當“肥料”，在星球上建農場是可能的。

國際宇航聯合會空間運輸委員會副主席楊宇光對《科技日報》記者表示：“利用小行星上可能富含營養的土壤建造太空農場，這是一個很有趣的想法，但面臨技術和成本兩方面的難題。”

俗話說，春種一粒粟，秋收萬顆子。但并非僅向月球和火星的砂土中撒種，植物就能茁壯成長。楊宇光說：“植物生長離不開水、碳和其他養分等成分。”

中村英三認為，月球砂土比地球土壤所含的水、碳和其他養分要少，植物栽培和生物生存都很困難。美國佛羅里達大學曾進行過測試，在月球砂土中栽培擬南芥，盡管種子發芽了，但過了數周便長勢不良。

至于火星，楊宇光介紹說，美國國家航空航天局（NASA）此前稱，其火星勘測軌道飛行器在火星土壤中發現了高氯酸鹽。而高氯酸鹽可謂是“植物殺手”，會降低植物葉片中葉綠素的含量，還會降低植物根系的氧化能力，讓植物無法吸收足夠的營養。

但小行星上的土壤或可被改良為“肥料”。據日本《朝日新聞》網站報道，2020年“隼鳥2號”探測器將小行星“龍宮”的砂土樣品帶回地球。分析顯示其中氫、碳和有機物的占比高于地球土壤中的占比。中村英三團隊利用模擬“龍宮”砂土成分的土壤和水，成功栽培了芝麻菜和水菜。

不同種類的小行星砂土所含成分不同，科學家必須找出能提供“肥料”的小行星，但太空中小行星的數量太多了。NASA的統計數據顯示，目前科學家已經發現的小行星約有130萬個，其中靠近地球和月球的天體超過3.2萬個。隨著觀測技術的進步，未來會有更多小行星闖入人們的視野。但是，含有像“龍宮”那樣土壤成分的、已被詳細查明的小行星數量不足20個。

英國《新科學家》雜志的報道指出，已知碳質或“C型”小行星上富含有機化合物。新西蘭林肯大學的邁克爾·毛特納直接用來自“C型”小行星的材料種植出了可食用的植物。毛特納指出，這些小行星的隕石墜落到地球上，他只是把隕石磨碎，然后加水，種在其中的植物就能生長了。

那么，如何將小行星上的砂土或其他營養物質搬運到月球或者火星上呢？如果只需一些較少數量的砂土，利用“隼鳥2號”和“冥王號”探測器的樣品回收技術即可。但如果需要大量“肥料”土壤，則可能要“捕捉”整個小行星。

NASA過去曾提出兩種“捕星術”：一是在太空船上安裝一個直徑約15米的“大袋子”，像網兜捕捉蝴蝶那樣兜住小行星，將其運送到月球附近。二是派一艘太空船飛到較大小行星旁，利用機器爪從其身上“掐下”一塊帶走。

要實現太空農場構想，科學家還必須認真調查小行星土壤中的鹽分和重金屬含量，以及宇宙射線可能帶來的影響。

中村英三等人設想，為避免太空輻射的影響，月球農場可設計成封閉空間，也可利用發光二極管等人造光培育植物。而在建造火星農場時，火星大氣中富含的二氧化碳可用于植物不可或缺的光合作用。

楊宇光強調，就像在地球上建立南極科考站一樣，在月球或火星上建造永久性的科考基地，對于宇宙探索和了解地球本身都至關重要。由于月球或火星基地一般只有少數科考人員，大多數用于培育植物的土壤可從月球或火星原位獲取，經過處理后可適合植物栽培。如果能夠原位利用資源，那將是最好的選擇。

“隼鳥2號”回收艙返回地球。來源｜日本宇宙航空研究開發機構

楊宇光進一步表示，盡管有些小行星的土壤中可能富含非常多的營養成分，但在小行星上采集土壤目前仍面臨技術和成本兩大挑戰。例如，“隼鳥2號”耗資1.5億美元，采集的樣品也只有5.4克。而且，如何克服小行星上的微重力，讓探測器更好地降落其上也面臨極大的挑戰。

說起成本，楊宇光說：“即便人類的運載火箭運輸成本能夠成百倍降低，小行星與月球或火星之間的物資運輸依然復雜且昂貴。與從地球直接運送相比，從小行星獲取這些組分在成本上是否合算，具有極大的不確定性。”