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是人就得拉屎,宇航员也不例外。

当尼尔·阿姆斯特朗(Neil Armstrong)首次在月球表面拍下照片时,照片中那被抛出的垃圾袋里大概就装着他自己的排泄物。阿波罗号的宇航员在6个着陆点总共留下96袋垃圾,袋内装有尿液和粪便。这些排泄物至今仍留原处。

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阿波罗11号任务中宇航员的所有标志性照片均由阿姆斯特朗拍摄。上图中站在美国国旗旁的宇航员是巴兹·奥尔德林(Buzz Aldrin);图左侧边缘处的白色物体就是垃圾袋。

阿波罗号“便袋(poo bags)”自五十多年前被丢在月球上以来,一直受大众关注和猜测。人类粪便充满微生物,这意味着每次阿波罗登陆都给月球表面留下地球生命,至于微生物存活多久,那就没法估计了——我们如果能得知其存活时间,将有望揭示地球生命起源之谜,并推测地外生命的存在。另一方面,这些便袋也凸显了管理和处置地外生物废物的棘手性。

眼下,各国政府和商业参与者都大力推进人类重返月球的计划;而且后续的月表停留可能长达数周、数月,甚至无限期。于是,我们不得不重视并解决“月球拉屎”相关的各方面问题。

澳大利亚阿德莱德大学的教授梅丽莎·德兹瓦特(Melissa de Zwart)专门研究地外环境相关的法律和监管问题。她表示:“如果人类要永久居住月球,你肯定不希望到处散落粪便。这很不雅观,更是一种危险。问题在于,我们采用怎样的环境标准?目前还没有任何相关硬性规定。”

自从人类肉身首次被送入太空以来,太空废弃物管理和处置这桩“脏活”就一直困扰宇航员和任务规划人员。1971年曾有一篇论文探讨此主题,其作者感慨:“当我们讨论人类的生物功能时,更有可能引发笑声而非兴趣。”但无论这个话题有多让人羞于启齿,它对人类太空飞行而言都举足轻重,“宇航员很快了解到重力在排便机制中的重要性”。

地球上动物的丝滑排便都仰赖重力。而在微重力或月球重力环境下,排泄物不会轻易与身体分离,而且其后续行为不可预测。曾有人发明短语“粪便爆米花(fecal popcorning)”,指太空粪便从太空马桶箱处“爆”出来的过程。

美国纽约市立大学科学技术史教授戴维·芒恩斯(David Munns)解释道:“在太空中,基本上不再有重力帮人类将粪便从肛门处拉出来。因此拉屎变成了一个粘稠液体表面张力的问题。”值得一提的是,芒恩斯与德国慕尼黑大学教授卡琳·尼克尔森(K?rin Nickelsen)于2021年合著了一本关于太空废物管理的书。

当太空时代刚开启时,美国宇航员们若需如厕,只要将一个袋子粘到屁股眼儿区域即可。但这种便捷的做法可谓“臭”名昭著,最终导致粪便从阿波罗10号指令舱飘出。极具忍耐力的宇航员弗兰克·博尔曼(Frank Borman)曾决定在双子座7号上坚持一周多不排便,以避免自己“臭”名昭著。

如今,国际空间站上的厕所(或者说马桶)配备有软管和吸盘,利用吸力清除尿液和粪便,为宇航员提供了更大舒适和便利。但科学家尚未开发出一种循环系统,能处理人类产生的所有生物废物——尿液、粪便、呕吐物和经血。这是未来人类太空探索的一大技术空白。

目前美国宇航局正主导开展阿尔忒弥斯计划,旨在让人类重返月球表面;我国的航天计划也包括未来十年送宇航员上月球的目标。以英国维珍集团创始人理查德·布兰森(Richard Branson)为代表的许多商业航天领域领袖都预测,未来某天会有老百姓以游客身份访问月球。要实现种种雄心勃勃的愿景,我们必须先抛弃过去的便袋、太空尿布和粪便爆米花,创建未来的月球厕所。

为此,NASA于2020年发起“月球厕所挑战赛”(Lunar Loo Challenge),呼吁国际社会提交“可在微重力和月球重力环境下使用的紧凑型厕所的新颖设计理念”。最终获胜的概念叫作“超月球超临界储存库1号”(简称THRONE),其灵感部分来自许多家长所熟悉的婴儿尿不湿收纳塑料袋——该产品在处理排泄物后立即用塑料密封,以减少气味。

那么,被收纳的太空排泄物应送去哪里?又该如何处理?目前仍无明确思路。NASA约翰逊航天中心载人登月系统乘员舱副经理迈克尔·拉普利(Michael Rapley)表示:“垃圾管理设计仍在审查中,但NASA的目标是将对月球表面的任何潜在影响降至最低。”

拉普利指出,如果没有成功解决人类排泄物管理问题,载人航天就无法实现。“NASA及其阿尔忒弥斯计划的合作伙伴在下一代月球任务中面临的关键挑战之一是废物管理系统开发。这个系统不仅要能在失重环境,例如低地球轨道上的国际空间站成功收集废物,还需在月球重力(为地球的1/6)环境下成功收集废物。”

无论阿尔忒弥斯载人飞船的最终设计如何,它都将是融入五十多年航天创新的成果。对于过去阿波罗号的宇航员而言,他们首要考虑的是确保航天器返回地球,任何非必要的东西,包括如厕产生的废物,都要丢弃。粪便微生物污染月球环境的潜在风险在将人安全送回家的务实需求面前不值一提。

法国国家科学研究中心研究员雨果·洛佩兹(Hugo Lopez)在2020年的一项研究中写道:“从长远看,这些袋子里的东西可能成为月球环境以及人类未来在月球上进行的科学活动的巨大隐忧。此外,将陆地物质引入月球等地外天体或将永久性危害天体上可能存在的本土生命。”

换言之,人类粪便里的微生物有极小可能性会干扰月球生命。(虽然鉴于月球恶劣环境,月球生命极不可能存在。)NASA戈达德太空飞行中心的探索整合经理马克·卢皮塞拉(Mark Lupisella)提议开展机器人任务,从一处阿波罗任务登陆点遗留的垃圾袋中采集样本。针对这些样本的分析有望解答一系列对未来探索至关重要的新奇科学问题:

粪便微生物能否存活于月球,能存活多久?暴露在如此恶劣环境下会否引起任何突变或适应?它们能否分散到更广阔月球环境?

卢皮塞拉提议通过对阿波罗号宇航员粪便进行生物分子测序等实验。此类工作或可揭示微生物被遗弃月球后是否经历了基因突变率的改变(这可能提供适应优势)。卢皮塞拉还想知道便袋里的微生物孢子能否在适当条件下复苏。

我们知道,生命可以非常顽强,可以在各种恶劣环境下生存。如果人类微生物组能在月球上存活,那更能说明生命的顽强,也提示我们,绝对有理由相信银河系、太阳系甚至更遥远处的生命所在。

德兹瓦特表示,如果我们能通过创新太空废弃物的大问题,地球生活也将因此受益良多。

例如,目前地球上有数十亿人无法获得安全的卫生服务,这要求我们建造更具创新性的厕所和污水处理系统。另一方面,全球牲畜数量不断增加,每年产生数十亿吨粪便,给废物管理项目带来巨大压力。废水经常污染环境,对人类构成健康威胁,包括呼吸系统疾病或与废物相关的病原体。废水系统目前导致温室气体排放;而气候变化的影响,包括洪水或飓风等极端天气事件,给废物基础设施带来了更大压力。

资料来源:

Pooping on the Moon Is a Messy Business

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