今年早些时候，在距离地球约238,900英里的神秘月球背面，两片嫩绿的叶子舒展开来。在中国嫦娥四号探测器生物圈的腹舱中，这株发芽的棉花是农业史上的一个创举——此前从未有任何幼苗在月球上发芽。尽管该生物在短短两周后就因低温而死亡，但一项新创建的3D重建技术使科学家们能够继续研究这株植物的短暂生命。
2019年1月3日，作为中国探月工程三期任务中的第二项，嫦娥四号探测器成为首个登陆月球背面的探测器。由于月球处于潮汐锁定状态——它总是以同一面朝向地球——月球背面很大程度上仍是未被探索的区域。这里还拥有我们太阳系中最大的撞击盆地之一：这个深达八英里的南极-艾特肯盆地直径为1553英里，因其蕴藏着大量的水冰而具有科学研究价值，这使其成为嫦娥探测器登陆并进行探索的理想地点。
除了探测星系际无线电波和绘制崎岖地形外，该探测器还带了五种生物到月球表面：棉花、土豆和拟南芥种子，果蝇卵，以及一株酵母菌。虽然多种植物曾在国际空间站发芽生长，包括拟南芥（卷心菜和芥菜的近亲）。但在月球上——即使是在气候控制的生物圈的安全范围内——只有棉花存活了下来。
“很难说为什么只有棉花能发芽。这可能是多种因素之一，比如极端温度、获取足够水分的过程，或者相对湿度，”曾在NASA工作、拥有超过25年太空农业经验的加里·斯塔特（Gary Stutte）说。“在太空中，事情出错的可能性远大于成功的可能性。”
如果我们希望进一步探索太空，那么学习在严酷的外星环境下种植植物至关重要。在更长途的旅程——前往火星及更远的地方——植物将不仅仅为宇航员提供新鲜食物。它们的 fotosyntes 可以用来清除空气中的有毒二氧化碳，并用氧气取而代之。它们还可以通过蒸腾作用净化水，蒸腾作用是指植物根部吸收的水分通过叶片蒸发，使空气充满过滤后的湿气，我们可以收集并利用这些湿气。作物甚至可以为宇航员带来一些精神上的慰藉，让他们不再感到孤独，因为它们为太空增添了一些生命。
为了实现这些目标，重庆大学先进技术研究院设计了一个重5.7磅的生物圈容器，以模拟类似地球的条件。舱内压力保持在一大气压——与海平面压力大致相同——地球上的科学家通过远程控制浇水。但植物并没有完全享受到家的舒适：它们仍然需要应对宇宙射线辐射过高和低重力等“异世界”的挑战。
太空辐射是原子电子在宇宙中加速运动时被剥离而产生的。尽管暴露于太空辐射的后果尚不清楚，但科学家们确实知道它会损害人体细胞，引发癌症和白内障等健康问题。棉花植物也经历了微重力。由于月球的引力是地球的六分之一，幼苗相对来说是失重的。科学家们在土壤上方放置了一个塑料笼状结构来保持植物的稳定，但一个进化为在地球重力下茁壮成长的物种，在没有这种重量的情况下，必然会长得畸形。
棉花植物在经历了一个月昼（相当于地球上的14天）后，因外星环境而枯萎。与它的名字相反，月球的暗面并非真的黑暗。相反，它会经历为期两周的日照期，然后是同样时长的黑暗期。月球白天的温度徘徊在200华氏度（约93摄氏度）左右，但到了夜晚会骤降至-310华氏度（约-190摄氏度）。在没有适当绝缘的情况下，这株开创性的幼苗因冻结而死亡。然而，它短暂的成功凸显了生物在类太空条件下生存所需的关键环境控制。它还展示了近期国际社会对太空探索和定居的浓厚兴趣。
嫦娥六号是中国计划在2020年代初进行的月球任务，目前正在接受国内外提案。由于棉花植物的成功，全球多家航天机构正寻求与重庆大学合作。
“月球或火星的探索和殖民不再是美国独有的事业，”斯塔特说。“出于需要，太空探索将成为一项国际性的事业。这现在是一个物种的决定，而这些任务中的每一个都为我们理解什么是可能增加了微小的知识。”
