还记得嫦娥五号探月的时候吗？探测器成功着陆并带回了月球的土特产——月壤，这可引发了全民的关注。不过出人意料的是，大量网民的关注点竟然是“月壤能种菜吗？”。经过科学家们对月壤的初步解读，得出的结论是：月壤不能种菜。因为月壤不含有任何有机养分，而且非常干燥。这就让很多网友非常失望了，种菜计划遭受重大打击！然而，在最近的研究中，科学家们却意外发现了月壤的新用途：月壤可以用于地外光合作用！
众所周知，地球上的植物能够存活，并为我们源源不断地提供氧气和有机物，靠的就是光合作用。我们来看看到底是怎么回事吧。
当嫦娥五号带着1731克月壤返回后，这些月壤迅速分配到了我国的各大科研机构，大家都根据自己的科研特长对月壤开展了相应研究。其中，南京大学的邹志刚院士团队也分到了一些月壤。研究人员首先对月壤进行了基础判断，确定月壤的主要来源是月球表面的玄武岩。
这种岩石富含铁和钛等元素，这些元素在我们生活中也非常常见，汽车、手机等等产品都含有铁和钛。随后，他们采用机器学习结合传统分析的办法，对月壤的成分进行了反复分析，确定月壤含有20多种矿物，包括钛铁矿、氧化钛、羟基磷灰石等诸多重要的人工光合作用催化剂。而且发现月壤本身有不少微孔结构，这种结构也能进一步提高月壤的催化效果。
在月球上准备光合材料，到了这里，咱们就要简单地回顾一下光合作用了。
光合作用，通常是指含有叶绿体的生物吸收光能，把二氧化碳和水转化成为有机物并释放氧气的过程。我们能利用月壤在月球上替代植物进行光合作用制造氧气吗？科研结果告诉我们：一定程度上是可行的。首先是光。作为太阳系的一员，月球自然是可以接收到光的。其次是水。在嫦娥五号带回月壤后，我国科学家就通过“月球矿物光谱分析仪”对其进行分析。尽管含水量很低，但是每吨月球表面土壤大概含有120g的水。最后是二氧化碳。
我们人类日常的呼吸过程就会释放出二氧化碳来，能够为光合作用提供原料。
至此，在月球进行光合作用的原料问题就解决了，关键的“叶绿体”怎么办呢？其实从化学角度来看，光合作用本质上分为光反应和暗反应阶段。光反应阶段中，是水变成了氧气和氢，而能量从光能变成了电能并进一步以化学能的方式储存在了ATP中。暗反应阶段中，二氧化碳在能量ATP以及酶的帮助下，转换成为葡萄糖等有机物，并生成水。
也就是说，我们只要实现“让二氧化碳与水在光照下转换成为有机物”，那么就基本上完成了光合作用。而针对该过程，科学家早已经找到了解决手段，那就是：人工光合作用。
研究人员试着模拟了人工光合作用过程，发现用月壤作为催化剂，可以实现水的电分解、有机物合成这些光合反应中的基本过程。最后，能够产生O2、H2、CH4和CH3OH，这些产物既可以用于人的呼吸需求，也可以作为燃料和重要的化工原料。
基于仿真，研究人员也提出了未来在月球进行光合作用的可行步骤：（a）利用分离器，将呼吸废气中的二氧化碳、水蒸气、氧气等分离开，二氧化碳和氧气进入存储罐中；（b）利用月壤作为催化剂，在阳光照射下电解水（水来自月壤以及呼吸产生的水蒸气），获得氧气和氢气；（c）利用月球本身夜间的低温，将储存罐中的二氧化碳分离出来，加入下一步光合反应中；（d）月球白天温度升高到127℃左右，适宜进行下一步光合作用：在月壤的催化作用下，二氧化碳与氢气发生化学反应，形成（CH4）或甲醇（CH3OH）。
这样一循环，所有的产品都可以成为提高人类在月球上生存可能的可用物资了。
我们可以畅想一下，有了这套方法，建设月球基地的难度又进一步下降了。我们可以直接利用月球表面的土壤来进行相关的生存物资再生产，可以极大地改善月球上的生存条件。事实上，不仅仅是月球，这一光合作用的方案对其他地外探索项目也非常有用。
过去地外探索活动中，除了太阳光能从外界补充，其他所有物资都需要从地球准备，并储存在飞船中，这极大浪费了飞船的载重和空间。而上述光合作用流程一旦实现，就可以极大提高空间探索的能力，甚至朝着“零耗能”的方向去努力，实现地外生命保障系统的升级，让未来的宇宙探索更加轻松。