除了已经入腹的“太空生菜”,空间站问天实验舱里种的水稻、拟南芥怎么样了?

10月12日下午开讲的“天宫课堂”第三课上,神舟十四号飞行乘组3名新晋“太空教师”陈冬、刘洋、蔡旭哲为广大青少年带来了一场精彩的太空科普课,其间向大家展示了这些“太空作物”的生长情况。

“作为我国空间站的首个实验舱,问天实验舱拥有强大的空间科学实验能力,目前所有的科学实验柜和实验装置工作状态运行良好,后续还会与梦天实验舱共同配合,开展更多的科学实验。”中科院空间应用工程与技术中心副研究员、科学实验柜总体副主任设计师郭林告诉《中国科学报》。

揭秘“问天”新教室

在太空授课一开始,航天员陈冬先带领观众探秘“新教室”——问天实验舱。

这里有可以“纵向睡觉”的睡眠区,还有装备了太空厨房设备的生活区、从天和核心舱转移过来的“太空自行车”,以及生命生态实验柜、生物技术实验柜、科学手套箱与低温存储柜、变重力科学实验柜等4台科学实验柜,每台科学实验柜支持开展单学科或多学科交叉的空间科学实验。

“天宫课堂”上,依托科学手套箱与低温存储柜,陈冬戴上中国空间站里首个混合现实MR眼镜,进行了拟南芥的手套箱剪株操作。

拟南芥实验单元的种植面板上有6个种植孔,里面分别是不同开花期的拟南芥,其中5、6号种植孔里的拟南芥已经开花。

陈冬拿起小剪刀轻轻把植株剪掉,然后把它们放到特定的瓶子中,样品就采集完成了。后续,这些样品将被放进-80℃的低温存储区,由航天员带回地面。

据介绍,科学手套箱为科学实验提供了一个密闭、洁净的操作空间,让科学实验更加便捷可控。科学手套箱的下方是低温存储装置,相当于实验样本的“太空冰箱”,可以提供包括-80℃、-20℃、+4℃的温度存储条件,满足不同实验样本的低温存储需求。未来,科学手套箱中还会安装一台灵巧的机械臂和一套显微操作系统,可以自动完成0.5微米级精度的实验操作。

此外,问天实验舱还有一个辐射计量装置,可以测量舱内辐射水平,帮助航天员更好地监控舱内环境。

水稻抽穗进入种子成熟期

课堂上,刘洋打开生命生态实验柜,取出了正在生长的水稻植株。透过玻璃盒子可以看到,经过70多天的生长,高秆水稻和矮秆水稻已经抽穗,进入了种子成熟期。

7月29日完成在轨第一次营养液加注后,种子们开始了新一轮的生命旅程。这次的生命科学实验项目,有望在国际上首次完成空间微重力条件下水稻从“种子到种子”的全生命周期培养实验,并获得水稻培养的关键环境参数。

刘洋还在课堂上提到了一个细节,“太空中的水稻叶尖出现小水滴,会越变越大,甚至连成片。这种水稻的‘吐水’现象,在微重力环境中更容易观察到。”

“在种子上天之前,我们就预想到了这样的‘吐水’情况,所以设计了智能水分回收系统,每天工作16个小时,基本可以实现水分的动态平衡。”生命科学实验项目负责人、中科院分子植物科学卓越创新中心研究员郑慧琼说。

在问天实验舱内的植株茁壮生长时,地面对照实验也在同步进行,郑慧琼提到了二者最明显的区别是“在微重力环境下,天上植物的株型不是很整齐,有的长歪了,有的躺平了,不能完全整齐朝一个方向生长,另外拟南芥生长明显变慢”。

9月21日,航天员采集了部分水稻样品,10月12日采集了拟南芥部分样品,并将其在轨冷冻保存于低温存储柜中,后续将随航天员返回地面进行分析。

“这将是人类第一次收到来自太空的水稻种子,我们想找到微重力引起的种子基因表达变化,探索作物在太空环境中高效生产所需要的条件和技术途径,筛选和创建适合太空生产的农作物新品种,从而建立以植物为基础的空间生物再生生命支持系统,最终实现人类长期探索太空的目标。”郑慧琼说。

更多科学实验将展开

后续,问天实验舱还会迎来更多丰富的科学实验项目。郭林表示,生命生态实验柜中将打造一个由鱼、微生物、藻组成的小型密闭生态系统,实现系统内物质和气体的平衡及长期稳定运行。

变重力科学实验柜可以在空间站为科学实验提供长期稳定的0.01g~2g高精度模拟的重力环境,支持开展流体相关的科学实验。

10月9日,空间站梦天实验舱按计划完成了推进剂加注。早在9月30日,问天实验舱通过转位机构,与天和核心舱由“一”字构型转变为两舱“L”构型,在轨等待梦天实验舱发射。

据郭林介绍,梦天实验舱将部署8个“中科院制造”科学实验柜,包括流体物理实验柜、两相系统实验柜、燃烧科学实验柜、高温材料科学实验柜、超冷原子物理实验柜、高精度时频实验柜主柜、高精度时频实验柜副柜和在线维修装调操作柜。

“高精度时频实验柜中将建立世界上第一套由氢钟、铷钟、光钟组成的空间冷原子钟组,该设备可以实现50亿年误差1秒的高精度时间测量。”郭林说。