众所周知 ， 地球是一个巨大的生态系统 ， 系统中的各个要素往往处于循环往复的动态平衡中 ， 例如水资源的循环 。
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水循环示意图
人类栖息的城市和农村也都是因为处于这样一个生态系统中 ， 才能获得足够的资源 。 假如脱离地球生态系统 ， 人们将面临严峻的生存问题 。
这并不完全是对未来的担忧 ， 有一些人现在就面临着这样的问题——他们就是宇航员 ， 尤其是出于各种原因 ， 需要长时间待在航天器中的宇航员 。
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由于远离地球 ， 他们所消耗的食物、氧气和水 ， 都要从地球运送上去 。 目前载人航天器还都在地球附近 ， 这还不算太大的难题 。 但是一旦我们需要走向更远更广阔的宇宙空间 ， 在宇宙中停留的时间增加到几年甚至几十年 ， 完全从地球补给资源的方法就不太现实了 。
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相比浩瀚宇宙 ， 人类太渺小了
例如 ， 6个人的机组 ， 100天旅行将需要准备超过3吨食物和水 。 这对飞船提出了非常高的载重要求 。 因此 ， 科学家展开了对人工小型生态系统的研究 ， 目标是使人类可以摆脱对地球的依赖 ， 在空间站建立一个小规模的生态系统 。
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长期宇宙航行需要消耗大量食物和水
长期目标是让这个系统独立运转且可持续循环 ， 这样它就可以再生许多物质 。 这其实是陆地生态系统的模式重现 ， 它可以进行水、碳元素、氮元素等等所有地球生命所需的物质的循环再生 。
表面上看起来 ， 这个系统只是一系列密封的容器由管道连接在一起 ， 但在系统内部 ， 一系列的生物和化学反应正在进行 。
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实验室中的小型生物循环系统
将人类的排泄物和食物残渣倒进容器里 ， 一群细菌会逐步分解这些有机物 ， 然后这些混合物经过过滤膜 ， 固体被滤出 ， 液体被送入另一个隔间 。
在这里液体由另一种专门的细菌进行分解 。 这些废弃物于是逐渐被转化为硝酸盐和矿物盐 ， 这些物质是蔬菜所需要的基本营养素 。
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将排泄物和食物残渣分解为植物“肥料”
人类排泄物被植物回收 ， 而这些植物则具有较高的营养价值 ， 可以供给团队日常食用 。 更好的是 ， 通过蒸腾作用它们可以产生供宇航员饮用的淡水 ， 通过光合作用 ， 它们可以将整个团队呼出的二氧化碳转化为氧气 。
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科幻画家想象中的太空植树
最终的目标是构建起一个独立、封闭的系统 ， 宇航员可以呼吸、饮食 ， 他们的排泄物将会被回收产生新的氧气和食物 。 未来 ， 人们也许只需要携带少量的初始资源 ， 就能依靠飞船内部的生态系统维持相对长时间的生存 。
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科幻电影所想象的宇宙飞船生态系统
【循环|如何在太空打造一个家？】为了精确控制整个循环 ， 科学家们仍有许多工作需要做 ， 废物类型 ， 细菌的数量 ， 增长速度和温度 ， 每个参数都必须经过测试 ， 最轻微的问题都可能会导致食物或者氧气短缺；更危险的是 ， 稍有不慎 ， 还可能产生有毒物质 。 所以 ， 小型人造生态系统尚处于研究阶段 ， 假如实验结果是乐观的 ， 人类的太空旅行将会再向前迈进 。
健康提示：请出门戴口罩、勤洗手、多通风 ， 少去人群密集处 。
科幻地带
《在太空安个家（上集）》
播出时间：3月7日 16:39
监制 / 田龙 主编 /刘铭 黄丽君
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