书城科普读物天上的街市——空间站
7320300000005

第5章 失败的伊甸园

“生物圈-2”号

科学家在100年前就断言,人类一定能冲出地球,将居民点建在太空,建在月亮火星和其他星球上。人们在太空中进行试验,在地球上也进行试验,为人类移民太空做好一切准备。

20世纪80年代初,由美国橄榄球运动员约翰·艾伦发起,美国等国科学家进行了一项称为“生物圈-2”号(Biosphere-2)的计划。这是一个严密、庞大、系统的科学实验,以验证太空生活的可行性和科学性。“生物圈-2”号由美国国家科学基金会支持,爱德华巴斯体育基金会提供赞助,美国亚利桑那大学理学院负责设计。

科学家把地球称为“生物圈-1”号。在美国亚利桑那州圣卡塔利娜山脉以北大约48千米的图森,坐落着一座特殊建筑物,称为“生物圈-2”号。“生物圈-2”号模仿地球上的海洋、大草原热带雨林、热带草原、沙漠地带、灌木地带、温带草原和农作物耕作区。人们花费了近2亿美元和9年时间建造。试验的目的是:人类离开了地球这个“生物圈-1”号是否能生存。

微型世界

“生物圈-2”号建造在美国亚利桑那州的沙漠中。原来那里是一片牧场,谁也想不到竟长出了一座伊甸园。“生物圈-2”号是一个人工建造的模拟地球生态环境的全封闭试验场,也有人把它称为微型世界、微型地球、未来太空城或火星殖民地原型等。“生物圈-2”号建成后试验了7年时间。

这个微型世界海拔1161.3米,占地268亩。在这个微型世界中,有海洋、平原、沼泽、雨林、沙漠旅游区和人类居住区,是个自成体系的小生态系统。

科学家计划,“生物圈-2”号里的居民靠这里的农业设施生产食物,自给自足。食物产量可比地球上高16倍。“生物圈-3”号和“生物圈-4”号将建在南北极,“生物圈-5”号准备发射到月球上,时间预定为2020年。

“生物圈-2”号虽然与外界隔绝,但可以通过电力、电话和计算机与外部取得联系。工作人员在“生物圈-2”号内可以看电视,通过无线电与亲友联系。

自然之花

试验开始了。1991年9月26日,建造在美国亚利桑那沙漠中的“生物圈-2”号实验室开始启用。4名男科学家和4名女科学家志愿者组成一支探险队,在这个封闭世界中生活两年,过一种近乎与世隔绝的自给自足的生活。他们是各类研究人员和医生:罗伊·沃尔福德、简·波因特、塔伯·麦卡勒姆、马克·纳尔逊、萨莉·斯尔菲斯顿、阿比盖尔·阿灵(后由西尔克·施耐德替换)、马克·凡和琳达·利。

科学家们通过研究植物、动物、空气、土壤、人类和一个大型空气调节系统在这座温室中的相互作用及影响,更好地了解地球生物圈的运作规律。为今后人类空间站、太空移民、登陆其他星球建立居住基地进行探索。这是一件非常令人神往的事情。

在“生物圈-2”号中,有5种不同的生态环境:热带雨林、海洋、沼泽地、草原和沙漠,以及农田、微型城市和技术圈等。微型城市的内部设计中,配置了实验室、医疗设备、厨房、寝室、餐厅、健身房、盥洗设施、图书室及观察室等。

温室中种植和放养着近4000种不同的植物和动物。从南太平洋的热带鱼到北半球的梅花鹿;从海底深处的红珊瑚到非洲稀树草原的羚牛,从美国的红松到中国南方的毛竹,从普通的瓜果蔬菜到榴莲、神秘果,应有尽有。

在面积约2020平方米的农场土地上,种植了为这些科学家提供食物的农作物。温室中的其他植物用于净化室内的空气。它们吸收二氧化碳,提供氧气和干净的水。香蕉、木瓜、甘薯、甜菜、花生、扁豆、大豆,水稻和小麦等农作物,占总膳食量的83%。第一年,8位志愿者居民经历了饥饿,体重普遍减轻。他们只得适应艰苦的环境,自嘲为“野人”。第二年,“野人”们生产了1吨多的食物,平均热量摄入增加,恢复了体重。

医学指标显示:两年里,科学家的身体状况非常好,一些指标如胆固醇、血压等降低、免疫系统增强。他们的平均体重比原来减少16%。

科学家还在温室里养鸡、羊和猪,以得到鸡蛋、奶和肉类。“生物圈-2”号有代表性的农业区喂养了4种动物:1只尼日利亚侏儒雄山羊;35只鸡(其中3只公鸡)、1群印度原鸡、日本矮脚鸡;2头母猪和1头野猪,以及在稻田里养殖罗非鱼,种植了千年前起源于中国的藕。

“生物圈-2”号温室内设有一套冷藏系统。它与室外的冷却塔相配合,对室内的空气和水进行冷却。一台 5.2兆瓦的发电机,能提供整座循环系统所需的电力。科学家过着闻鸡起舞、日暮而归的田园生活。谈笑有鸿儒,往来无白丁。可以调素琴,阅金经。无丝竹之乱耳,无案牍之劳形。

失败的伊甸园

科学是严谨的,事实是无情的。

如果没有某些物种生存,就不能确保食物链和生态功能的维持。由于冷凝水减少沙漠地区变得干旱,大草原呈现季节性活跃,生物量减少。热带雨林树种生长迅速。海洋领域的珊瑚生长,要靠科学家手工清除藻类帮助维持。为了海洋系统的碳酸钙和pH值保持平衡,防止海洋变得太酸,科学家们安装了一种蛋白质分离器,以进一步改进藻类净化系统,消除过剩的营养物质。而红树林面积迅速扩展,可能是因为光线水平下降造成典型湿地。

“生物圈-2”号遭受着“大起大落”。害虫,如蟑螂快速繁殖。蚂蚁的繁殖几乎无法控制。传粉昆虫的数量大大低于蚂蚁和捕食鸟类。一年多后,“生物圈-2”号的生态状况急转直下。因为二氧化碳含量增高,大部分脊椎动物死亡,所有的传粉昆虫死亡,造成靠花粉传播繁殖的植物也全部死亡。没有了传粉昆虫,许多植物走向灭绝。由于降雨失控,沙漠变成了丛林和草地。

氧气的含量从20.9%开始逐步下降。16个月后,氧气含量下降到14.5%。氧气供应量相当于在4080米的青藏高原。一些生物开始出现休眠、呼吸暂停和疲劳的现象。而二氧化碳和二氧化氮的含量却直线上升;大气和海水变酸;很多物种死去;用来吸收二氧化碳的牵牛花却疯长。1993年3月,科学家根据这些现象决定增加氧气注入。他们打开二氧化碳洗涤器吸收二氧化碳,通过灌溉水控制沙漠和热带草原。

许多人怀疑氧气下降是由于土壤中的微生物。被选定的土壤含有的二氧化碳,足以使植物的生态系统从幼苗成长到成熟。土壤中的二氧化碳释放率正是“生物圈-2”号试验的目的和要研究的未知课题。

植物的呼吸速率明显大于光合作用。这可能是由于玻璃结构相对低的透光率。氧气神秘地下降,二氧化碳并没有相应增加。哥伦比亚大学的拉蒙特、布勒克杰夫和华莱士用同位素分析调查,表明了其基本过程:二氧化碳与外露的“生物圈-2”号反应,形成碳酸钙,从而抵消了二氧化碳,但同时也泄漏了氧气。

“生物圈-2”号内空气的恶化,直接危及了居民们的健康。科学家们被迫提前撤出这个伊甸园。“生物圈-2”号的试验以失败告终。

科技的笑话

“生物圈-2”号第一次失败后,科学家们对“生物圈-2”号进行了广泛的研究和系统的改进。1994年3月6日,又一支探险队宣布进行为期10个月的第二次试验,其中有诺韦尔托·罗莫、约翰·德鲁伊特、马特·芬兰、帕斯卡尔·马斯林、夏洛特戈·弗雷、罗德里戈·罗莫和蒂拉克·马哈托。他们将实现食品完全自给。

1994年4月1日,“生物圈-2”号管理团队内部发生严重纠纷。1994年4月5日有人故意破坏,打开了一扇大门,违反了封闭规定。第二次任务于1994年9月6日提前结束。

“生物圈-2”号被称为科技的笑话。现在,“生物圈-2”号号称世界上最独特的建筑之一,已经成为一个地球环境教学基地,致力于科研、教育和宣传的目标。1991年到2007年,约有230万访问者,其中学生32.5万。如果到“生物圈-2”号参观,初中生15美元,成人35美元。参观旅游是件开心娱乐的好事情,可是到“生物圈-2”号参观别有一番景象,科技奇迹、电影和壮观的旅游路线,让人们提前进入未来世界。大多数人都是兴高采烈地进去,垂头丧气地出来,默不作声地回家。许多参观者最后都成为环保志愿者和地球卫士。

当时,苏联生物物理学学会在西伯利亚一个叫做克拉斯诺亚尔斯克的地方,建造了名为“BIOS-3”的封闭生态研究系统。它的名称就是:伊甸园计划。“BIOS-3的负责人中就有美国“生物圈-2”号的两名科学家。

“BIOS-3”的结构主体于1965年动工,1972年完工。“BIOS-3”有315立方米可供3个人生存。它分为4个部分:一个生活区,两个用来种植小麦和蔬菜的农业区一个养殖海藻区,后来也种植粮食。照明由20个6千瓦的氖灯提供。电源由附近的水电站提供。

“BIOS-3”共进行了10次有人操作的试验,每次1~3人。最长的试验持续了180天,最后一次使用是在1984年。“BIOS-3”现在依然对试验者开放。

地球输不起

多年来,人类一直憧憬着冲出地球,向宇宙进军。随着地球环境的恶化,这种愿望里似乎又加进了逃离的色彩。人们上下求索,加快了寻找伊甸园的步伐。“生物圈-2”号的失败,有技术上的失误或设备上的欠缺。人们今后也许还会向“生物圈-3”号、“生物圈-4”号挑战。

“生物圈-2”号的失败向人们证明:大自然的力量是强大的,违反了自然规律必定要失败。地球环境是在经历了几十亿年的风风雨雨后形成的。人们渴望战胜自然、战胜自然规律,但这绝不是简单的人工模仿再造能够完成的。

“生物圈-2”号计划与试验目标并不一致。这给人类上了很好的一课:大自然并非我们想象的那样简单。在自然界中,可能每一缕轻风都是生命的春风。人不是万能的,人类要依赖地球存活。因此,人类要懂得尊重自然、顺应自然,珍爱大自然的一切,这样才能与地球万物持续发展。

“生物圈-2”号的失败告诫我们:人类在茫茫宇宙中只有地球这一处家园,逃离和束手待毙都是徒劳的。只有善待和保护地球,才是我们真正的出路。地球不是实验室,人类输不起,地球也输不起。

太空吃“螃蟹”

人们经常把第一个冒险的人,称为第一个吃“螃蟹”的人。1971年至1982年,苏联制订了“礼炮”号空间站计划,包括7座“礼炮”号空间站,其中3座又命名为“钻石”空间站。1971年4月19日,苏联发射了人类第一座空间站——“礼炮-1”号。苏联成为第一个敢在太空吃“螃蟹”的国家。

“礼炮”号空间站开启了人类新的空间,开启了人类新的想象和思维。苏联立志让CCCP标志和苏联国旗在太空、空间站、宇宙飞船和月球上飘扬。

“礼炮”号空间站是苏联太空战略和太空霸权的一部分。“礼炮”号空间站运行在典型的近地轨道,近地点220千米,远地点270千米,倾角51.6°,约90分钟围绕地球一圈,对地球上的军事目标、可疑目标进行观察、拍照摄影和电子侦察。最可怕的是“礼炮”号空间站可以携带炸弹,特别是核弹。“礼炮”号空间站肯定安装了火炮、激光武器等,并进行了多次试验。是否携带过炸弹?那是苏联的秘密,至今无人知晓。