除了已經(jīng)入腹的“太空生菜”，空間站問天實(shí)驗(yàn)艙里種的水稻、擬南芥怎么樣了?

10月12日下午開講的“天宮課堂”第三課上，神舟十四號(hào)飛行乘組3名新晉“太空教師”陳冬、劉洋、蔡旭哲為廣大青少年帶來了一場(chǎng)精彩的太空科普課，其間向大家展示了這些“太空作物”的生長情況。

“作為我國空間站的首個(gè)實(shí)驗(yàn)艙，問天實(shí)驗(yàn)艙擁有強(qiáng)大的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?，目前所有的科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜和實(shí)驗(yàn)裝置工作狀態(tài)運(yùn)行良好，后續(xù)還會(huì)與夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙共同配合，開展更多的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。”中科院空間應(yīng)用工程與技術(shù)中心副研究員、科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜總體副主任設(shè)計(jì)師郭林告訴《中國科學(xué)報(bào)》。

揭秘“問天”新教室

在太空授課一開始，航天員陳冬先帶領(lǐng)觀眾探秘“新教室”——問天實(shí)驗(yàn)艙。

這里有可以“縱向睡覺”的睡眠區(qū)，還有裝備了太空廚房設(shè)備的生活區(qū)、從天和核心艙轉(zhuǎn)移過來的“太空自行車”，以及生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜、生物技術(shù)實(shí)驗(yàn)柜、科學(xué)手套箱與低溫存儲(chǔ)柜、變重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜等4臺(tái)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，每臺(tái)科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜支持開展單學(xué)科或多學(xué)科交叉的空間科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

“天宮課堂”上，依托科學(xué)手套箱與低溫存儲(chǔ)柜，陳冬戴上中國空間站里首個(gè)混合現(xiàn)實(shí)MR眼鏡，進(jìn)行了擬南芥的手套箱剪株操作。

擬南芥實(shí)驗(yàn)單元的種植面板上有6個(gè)種植孔，里面分別是不同開花期的擬南芥，其中5、6號(hào)種植孔里的擬南芥已經(jīng)開花。

陳冬拿起小剪刀輕輕把植株剪掉，然后把它們放到特定的瓶子中，樣品就采集完成了。后續(xù)，這些樣品將被放進(jìn)-80℃的低溫存儲(chǔ)區(qū)，由航天員帶回地面。

據(jù)介紹，科學(xué)手套箱為科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供了一個(gè)密閉、潔凈的操作空間，讓科學(xué)實(shí)驗(yàn)更加便捷可控?？茖W(xué)手套箱的下方是低溫存儲(chǔ)裝置，相當(dāng)于實(shí)驗(yàn)樣本的“太空冰箱”，可以提供包括-80℃、-20℃、+4℃的溫度存儲(chǔ)條件，滿足不同實(shí)驗(yàn)樣本的低溫存儲(chǔ)需求。未來，科學(xué)手套箱中還會(huì)安裝一臺(tái)靈巧的機(jī)械臂和一套顯微操作系統(tǒng)，可以自動(dòng)完成0.5微米級(jí)精度的實(shí)驗(yàn)操作。

此外，問天實(shí)驗(yàn)艙還有一個(gè)輻射計(jì)量裝置，可以測(cè)量艙內(nèi)輻射水平,幫助航天員更好地監(jiān)控艙內(nèi)環(huán)境。

水稻抽穗進(jìn)入種子成熟期

課堂上，劉洋打開生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜，取出了正在生長的水稻植株。透過玻璃盒子可以看到，經(jīng)過70多天的生長，高稈水稻和矮稈水稻已經(jīng)抽穗，進(jìn)入了種子成熟期。

7月29日完成在軌第一次營養(yǎng)液加注后，種子們開始了新一輪的生命旅程。這次的生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，有望在國際上首次完成空間微重力條件下水稻從“種子到種子”的全生命周期培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)，并獲得水稻培養(yǎng)的關(guān)鍵環(huán)境參數(shù)。

劉洋還在課堂上提到了一個(gè)細(xì)節(jié)，“太空中的水稻葉尖出現(xiàn)小水滴，會(huì)越變?cè)酱?，甚至連成片。這種水稻的‘吐水’現(xiàn)象，在微重力環(huán)境中更容易觀察到。”

“在種子上天之前，我們就預(yù)想到了這樣的‘吐水’情況，所以設(shè)計(jì)了智能水分回收系統(tǒng)，每天工作16個(gè)小時(shí)，基本可以實(shí)現(xiàn)水分的動(dòng)態(tài)平衡。”生命科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目負(fù)責(zé)人、中科院分子植物科學(xué)卓越創(chuàng)新中心研究員鄭慧瓊說。

在問天實(shí)驗(yàn)艙內(nèi)的植株茁壯生長時(shí)，地面對(duì)照實(shí)驗(yàn)也在同步進(jìn)行，鄭慧瓊提到了二者最明顯的區(qū)別是“在微重力環(huán)境下，天上植物的株型不是很整齊，有的長歪了，有的躺平了，不能完全整齊朝一個(gè)方向生長，另外擬南芥生長明顯變慢”。

9月21日，航天員采集了部分水稻樣品，10月12日采集了擬南芥部分樣品，并將其在軌冷凍保存于低溫存儲(chǔ)柜中，后續(xù)將隨航天員返回地面進(jìn)行分析。

“這將是人類第一次收到來自太空的水稻種子，我們想找到微重力引起的種子基因表達(dá)變化，探索作物在太空環(huán)境中高效生產(chǎn)所需要的條件和技術(shù)途徑，篩選和創(chuàng)建適合太空生產(chǎn)的農(nóng)作物新品種，從而建立以植物為基礎(chǔ)的空間生物再生生命支持系統(tǒng)，最終實(shí)現(xiàn)人類長期探索太空的目標(biāo)。”鄭慧瓊說。

更多科學(xué)實(shí)驗(yàn)將展開

后續(xù)，問天實(shí)驗(yàn)艙還會(huì)迎來更多豐富的科學(xué)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。郭林表示，生命生態(tài)實(shí)驗(yàn)柜中將打造一個(gè)由魚、微生物、藻組成的小型密閉生態(tài)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)物質(zhì)和氣體的平衡及長期穩(wěn)定運(yùn)行。

變重力科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜可以在空間站為科學(xué)實(shí)驗(yàn)提供長期穩(wěn)定的0.01g~2g高精度模擬的重力環(huán)境，支持開展流體相關(guān)的科學(xué)實(shí)驗(yàn)。

10月9日，空間站夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙按計(jì)劃完成了推進(jìn)劑加注。早在9月30日，問天實(shí)驗(yàn)艙通過轉(zhuǎn)位機(jī)構(gòu)，與天和核心艙由“一”字構(gòu)型轉(zhuǎn)變?yōu)閮膳?ldquo;L”構(gòu)型，在軌等待夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙發(fā)射。

據(jù)郭林介紹，夢(mèng)天實(shí)驗(yàn)艙將部署8個(gè)“中科院制造”科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜，包括流體物理實(shí)驗(yàn)柜、兩相系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)柜、燃燒科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜、高溫材料科學(xué)實(shí)驗(yàn)柜、超冷原子物理實(shí)驗(yàn)柜、高精度時(shí)頻實(shí)驗(yàn)柜主柜、高精度時(shí)頻實(shí)驗(yàn)柜副柜和在線維修裝調(diào)操作柜。

“高精度時(shí)頻實(shí)驗(yàn)柜中將建立世界上第一套由氫鐘、銣鐘、光鐘組成的空間冷原子鐘組，該設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)50億年誤差1秒的高精度時(shí)間測(cè)量。”郭林說。(記者 高雅麗)