الزراعة الفلكية: كيف سنزرع الطعام على كوكب المريخ

إذا كنا نتمنى أن نرسل أشخاصًا إلى عش على كوكب المريخ لفترة طويلة من الوقت ، سنحتاج إلى إبقائها دافئة وآمنة ومغذية. يشكل هذا المطلب الأخير تحديًا على مهمة لا يمكنها حمل سوى كمية محدودة من الإمدادات. حتى لو لم تكن الفاصوليا المعلبة ثقيلة جدًا ، فلا أحد يريد أن يعيش عليها في مهمة مدتها عام كامل.

يتطلب مستقبل استيطان المريخ فواكه وخضروات وحبوبًا طازجة. لكن كيف تزرع على كوكب سام وقاتل مثل المريخ؟ للحصول على إجابة ، تحدثنا إلى ثلاثة باحثين في كوكب المريخ من مجالات البيئة والجيولوجيا والكيمياء الحيوية.

هذه المقالة جزء من الحياة على المريخ - سلسلة من 10 أجزاء تستكشف أحدث العلوم والتكنولوجيا التي ستسمح للبشر باحتلال المريخ

الأساسيات

النباتات أشياء شديدة التحمل ، لكن لها بعض المتطلبات الأساسية. للنمو بشكل جيد ، يحتاجون إلى الدفء والضغط الجوي المعقول والحماية من الإشعاع الضار. سيكون من الصعب توفير هذه الأشياء على المريخ ، باستثناء حقيقة أن البشر يحتاجون إليها جميعًا أيضًا.

سيكون الحل الأبسط هو أنه أيا كان الموطن الذي تقوم ببنائه لإيواء رواد الفضاء على المريخ ، فإنك تقوم ببنائه أيضًا لإيواء جميع المحاصيل. أضف بعض مصابيح LED البسيطة ، ويمكن لرواد الفضاء بسهولة الاعتناء بنباتاتهم أثناء نموهم. يجب أن تبطل إضافة الأضواء أي تأثيرات لانخفاض جاذبية المريخ ، لأنه حتى في حالة انعدام الجاذبية ، تنمو النباتات بشكل طبيعي بعيدًا عن مصادر الضوء. تتميز البيئة المغلقة بميزة أنه يمكنك التحكم في ظروف مثل درجة الحرارة والرطوبة.

Wieger Wamelink ، مربي النباتات وعالم البيئة في جامعة Wageningen وهو أحد الباحثين الرائدين في الزراعة على القمر والمريخ ، أخبرت Digital Trends أن زراعة النباتات في الفضاء يمكن مقارنتها إلى حد كبير بزراعة المدينة ، وهي حركة زراعة الأغذية بكفاءة في المناطق الحضرية إعدادات. في كثير من الأحيان ، يتم تحقيق ذلك من خلال إعداد بيئات معقمة في الموائل الداخلية باستخدام مصابيح LED. من حيث المبدأ ، قال ، "هذا شيء يمكنك القيام به على المريخ ، أو في الصحراء إذا كنت ترغب في ذلك ، أو في مدينة."

زراعة الحياة في التربة الميتة

أكبر عائق أمام زراعة المحاصيل على سطح المريخ ، على الرغم من ذلك ، هو الافتقار إلى شيء يبدو بسيطًا: التراب الجيد من الطراز القديم. تمتلئ التربة على الأرض بالكائنات الحية بالإضافة إلى بعض المعادن ، مثل الفوسفور والبوتاسيوم ، التي تستخدمها النباتات. المريخ ليس به تربة - بدلا من ذلك ، لديه مادة ميتة ومغبرة تسمى الثرى تغطي سطحه.

لا نعرف التفاصيل الدقيقة لما يتألف منه هذا الثرى ، وقد يكون له تكوينات مختلفة في مناطق مختلفة. لكن لدينا فكرة تقريبية عما بداخلها ، مما سمح لناسا بتطوير جهاز محاكاة الثرى. هذا في الأساس عبارة عن إعادة تكوين لتربة المريخ بناءً على معرفتنا الحالية بسطح الكوكب.

هذا يعني أنه يمكنك تجربة "تربة" المريخ هنا على الأرض. في حين أن المحاكاة ليست رخيصة ، فهي كذلك متاحة للشراء لأغراض البحوث. منذ حوالي عقد من الزمان ، تساءل Wamelink عما إذا كان يمكن استخدام المحاكاة لزراعة المحاصيل والنظر في الموضوع. قال: "ما اكتشفته ، لدهشتي يجب أن أقول ، لم يجرب أحد ذلك من قبل".

لذلك بدأ زرع البذور في تربة المريخ والقمر والأرض لمقارنة نموهم. في تجاربه الأولى ، توقع Wamelink أن النباتات ستكافح في محاكاة المريخ. وأوضح: "إنها تربة فقيرة جدًا بالمغذيات". لا يحتوي على مواد عضوية ، ويحتوي على معادن ثقيلة تمنع إنبات النباتات. قال "كانت توقعاتي منخفضة للغاية".

قام فريقه بزرع 4200 بذرة من 14 نوعًا مختلفًا ، وتوقع موت معظمها. لكن النتائج كانت مختلفة تمامًا عما توقعه الباحثون. نبتت جميع البذور تقريبًا - بعضها في غضون 24 ساعة. قال واميلينك ضاحكًا أن هذا تسبب في الواقع في مشاكل ، لأن الفريق اضطر فجأة إلى الاعتناء بمحصول ضخم يضم أكثر من 4000 نبتة.

احتاجت النباتات إلى الكثير من الري بعناية لأن الثرى كاره للماء ، مما يعني أنه لا يمتص الكثير من الرطوبة. لذلك سيحتاج مزارعو المريخ في المستقبل الكثير من الماء للحفاظ على نمو محاصيلهم.

وبينما تنمو النباتات بالفعل في محاكاة الثرى المريخية ، وصل ارتفاعها إلى بضعة سنتيمترات فقط ولم تنتج أي شيء صالح للأكل. لجعل النباتات تنمو إلى الحجم الكامل وتنتج الخضروات ، تحتاج إلى إضافة العناصر الغذائية.

تسميد التربة

العنصر الأساسي الذي تفتقده تربة المريخ فيما يتعلق بالنباتات هو المادة العضوية. تعتبر المادة العضوية مصدرًا مهمًا للعناصر الغذائية بشكل خاص عندما تتحلل بواسطة البكتيريا ، مما يعني أننا سنحتاج إلى إضافة البكتيريا إلى مناطق النمو المستقبلية أيضًا.

لحسن الحظ ، كمستعمرات ميكروبات متنقلة ، فإن البشر يعجون بالبكتيريا. لذلك ، على الرغم من أنه مفهوم غير سار إلى حد ما ، إلا أننا نملك طريقة لاكتسابها. الطريقة الأكثر فاعلية هي الحفاظ على البول والبراز الذي ينتجه رواد الفضاء خلال رحلتهم الطويلة إلى المريخ ، ثم إضافته إلى الثرى لزراعة البكتيريا. إذا كنت قد شاهدت الفيلم المريخى، حيث يقوم رائد الفضاء المفقود مارك واتني بزراعة البطاطس في تربة المريخ مع مياه الصرف الصحي الخاصة به وزملائه ، إنه نفس المفهوم. ومع ذلك ، للحفاظ على صحة الجميع ، عليك اتخاذ خطوات لقتل أي مسببات الأمراض التي يمكن أن تنتقل عن طريق النفايات البشرية.

يمكنك المساعدة في عملية هضم المواد العضوية وإعادة تدويرها في التربة عن طريق إدخال الديدان. حتى على كوكب المريخ ، تعد ديدان الأرض أفضل صديق للبستاني ، لأنها تهضم المواد العضوية وتنتجها سماد مع حفر الأنفاق التي توفر تهوية مهمة واحتباس الماء للنبات الجذور لتنمو. قال واملينك: "أعتقد أنها ضرورية لنظام جيد". بالإضافة إلى ذلك ، يمكن تخزين بيض الدودة لفترة طويلة ، مما يجعلها قابلة للنقل إلى المريخ.

بمجرد أن يتم إثراء ثرى المريخ بالعناصر الغذائية والمواد العضوية والبكتيريا والديدان ، يمكنك البدء في زراعة البذور. يمكن جلب البذور من الأرض دون الكثير من المتاعب لأنها صغيرة وخفيفة.

قد يكون لدى سكان المريخ في المستقبل خيارات أكثر تنوعًا للنظام الغذائي مما تتخيله. يخبرني Wamelink أن جميع أنواع النباتات الصالحة للأكل يمكن أن تنمو في محاكاة الثرى المريخي. لذلك بينما تستخدم أنظمة الزراعة المائية في أماكن مثل محطة الفضاء الدولية ، حيث لا تزرع النباتات في التربة ولكن معلقة في محلول مغذي ، مناسبة بشكل أفضل لزراعة الخضر الورقية من الخضار النشوية ، يمكنك أن تنمو عمليًا أي شيء في التربة. تم استخدام محاكاة ثرى المريخ لزراعة البطاطس والفاصوليا الخضراء والطماطم والجزر والفجل والقمح والجاودار والمزيد.

التخلص من الاشرار

أحد المخاوف بشأن سلامة تربة المريخ هو وجود معادن ثقيلة خطيرة. قال واملينك: "لا نحتاج إلى القليل من الزنك فحسب ، بل نحتاج أيضًا إلى الكادميوم والرصاص والزئبق - كل الأشياء التي لا تريدها في طعامك".

ومع ذلك ، هذا ليس بالضرورة مشكلة كبيرة كما قد تعتقد. وأشار إلى أن "هذا لا يختلف حقًا عن الأرض" ، حيث يمكن العثور على المعادن الثقيلة في تربتنا أيضًا. تكمن المشكلة في ما إذا كانت هذه المعادن الثقيلة مرتبطة بطريقة تمنع إطلاقها في التربة ومن ثم امتصاصها بواسطة النباتات.

الخبر السار هو أنه عندما تم تحليل الخضروات المزروعة في المحاكاة ، تبين أنها آمنة للأكل. كانت المعادن الثقيلة أقل من المستويات الخطرة في جميع الأطعمة ، وفي بعض الحالات كانت المستويات أقل في زراعة الثرى الخضار التي تزرع في التربة العادية ، ربما بسبب الملوثات مثل عوادم السيارات التي تلوث التربة هنا على الارض.

هناك أيضًا قلق بشأن مدى حمضية التربة على القمر والمريخ ، مما قد يحد من قدرة النباتات على الوصول إلى جزيء أساسي آخر ، وهو الفوسفات. هناك مجال جديد للبحث قيد النظر هو ما إذا كانت الإضافة أنواع معينة من الفطريات إلى الثرى يمكن أن يحل هذه المشكلة.

"يمكننا أن نأخذ الفطريات معنا إلى المريخ التي يمكن أن تنمو في الواقع في الصخور وتطلق الفوسفات" ، هذا ما اقترحه واملينك كوسيلة مستقبلية للاستكشاف. "إنهم يعيشون في تكافل مع جذور النباتات."

مشكلة البركلورات

ربما يكون أكبر عائق أمام زراعة الغذاء بأمان على المريخ هو قضية البركلورات ، وهي مواد كيميائية توجد في الثرى وهي مواد سامة لكل من البشر والنباتات. هذه خطيرة للغاية بحيث لا يتم تضمينها في عينات المحاكاة لأسباب صحية.

الأبحاث الحديثة اقترح أن وجود هذه البيركلورات في الثرى قد يكون مشكلة أكثر مما كان يعتقد سابقًا. عندما أخذ الباحثون مادة الثرى المحاكية وإضافة فوق كلورات الكالسيوم بكميات مماثلة لتلك الموجودة على المريخ ، لم تكن النباتات قادرة على النمو فيه حتى عند إضافة عناصر غذائية إضافية.

هذا لا يعني أننا يجب أن نتخلى عن حلم الطعام المزروع على كوكب المريخ بالرغم من ذلك. أخبر أندرو بالمر من معهد فلوريدا للتكنولوجيا ، كبير مؤلفي الدراسة ، Digital Trends في رسالة بريد إلكتروني أنه في حين أن وجود البركلورات على المريخ يمثل تحديًا للطعام الإنتاج ، "إنه لا يفسد الصفقات". يجب أن يكون من الممكن إدخال كائنات دقيقة أو نباتات معينة في النظام البيئي لتنظيف السموم من الثرى في عملية تسمى المعالجة البيولوجية. "هؤلاء المساعدون هم لاعبون شائعون في أنظمتنا البيئية على الأرض. لا يوجد سبب يجعلنا نتجاهل إمكاناتهم في المساهمة في النظام البيئي الذي نصممه لمستعمري المريخ لدينا ، "قال.

باحث آخر مشارك في دراسات حول جدوى الثرى لزراعة المحاصيلووافقت لورا فاكريل من جامعة جورجيا على أن البركلورات تمثل تحديًا ولكنها ليست تحديًا لا يمكن التغلب عليه. اقترحت أنه يمكن تنظيف البركلورات من الثرى باستخدام البكتيريا ، حيث توجد أنواع متعددة من البكتيريا يمكنها أن تستهلك أو تحلل البركلورات ، وبعضها يستخدم في تنظيف المياه الملوثة هنا على الأرض. لكن هناك تحديات هنا أيضًا. ينتج عن هذا التفاعل كلاً من الأكسجين والكلوريد - وعلى الرغم من أن الكلوريد غير سام ويمكن أن يكون مفيدًا لنمو النبات ، إلا أن الكثير منه يمكن أن يضر بالنباتات أو يقتلها. نحن بحاجة إلى مزيد من البحث لمعرفة تأثيره على الحياة النباتية. وقالت: "ليس لدينا بيانات كافية لنقول ما إذا كانت كمية الكلوريد التي تنتجها هذه العملية ستكون أكثر من اللازم بالنسبة للنباتات ، ولكن من المرجح أن تكون كذلك".

هناك حل آخر محتمل يتمثل في غسل البركلورات من الثرى. البركلورات هي نوع من الملح وقابلة للذوبان في الماء ، لذا فإن شطف الثرى سيزيلها. وحذر فاكريل من أن "هذا قد يزيل أيضًا العناصر الغذائية الأخرى مثل النترات". ناهيك عن مشاكل استخدام المياه الثمينة لهذا الغرض.

ومع ذلك ، فإن وجود البركلورات ليس بالضرورة كل الأخبار السيئة. أشار Fackrell إلى أن وجود البكتيريا تستهلك البركلورات لتنظيف التربة من شأنه أن ينتج منتجًا ثانويًا مفيدًا الأكسجين ، والذي يمكن أن يكون جزءًا من نظام مستدام لتلبية احتياجات رواد الفضاء: "تمثل البركلورات تحدي؛ ومع ذلك ، فإنها تقدم أيضًا فرصة لتحويلها إلى مورد للأكسجين ".

إنشاء نظام

من المفيد التفكير في إنشاء الزراعة على كوكب المريخ كلعبة طويلة المدى. والهدف ليس فقط زراعة غلة واحدة من المحاصيل ولكن إقامة نظام مستدام.

الحصاد الأول هو الأصعب. بمجرد الانتهاء من ذلك وإنشاء البكتيريا ، يمكن إضافة أي مادة نباتية متبقية من المحاصيل السابقة إلى التربة ، مما يضيف العناصر الغذائية ويساعد على الاحتفاظ بالمياه. لذلك ، بمرور الوقت ، ستصبح التربة أكثر خصوبة وأكثر ملاءمة للنباتات.

وهذا يعني أن هناك دافعًا قويًا لبدء محاولات زراعة النباتات بمجرد وصول البشر إلى المريخ لأي فترة زمنية. "أعتقد أنه عليك أن تبدأ من أول رحلة استكشافية لبدء زراعة طعامك. وقال واملينك "خلاف ذلك ، لن يكون من الممكن على الأرجح القيام بذلك". من المؤكد أن الرحلات الاستكشافية المبكرة ستجلب طعامها أيضًا ، في حالة وجود مشاكل في نمو المحاصيل. لكن يمكنهم بدء عملية جعل التربة قابلة للاستخدام.

من الممكن أيضًا الحفاظ على التربة المزروعة بين المهمات طالما أنها تحتوي على الهواء والضوء والدفء. يمكنك زرع بعض المحاصيل مثل أنواع الملفوف غير الصالحة للأكل ، والتي يمكن تركها لتخصيب التربة أثناء غيابك. هذا هو نفس المبدأ الذي يستخدمه المزارعون في هولندا ، موطن Wamelink لتحسين تربتهم خلال فصل الشتاء.

هناك اعتبار آخر وهو كيفية تعاملك مع تلقيح النبات ، سواء من أجل حصاد أكثر سخاء أو لإنشاء بذور لمحاصيل مستقبلية. تستخدم العديد من أنواع النباتات الرياح لحمل حبوب اللقاح الخاصة بها. لكن هذا يعني أنك ستحتاج إلى إعداد تدفق الهواء في موطن كوكب المريخ ، وهذا لن يكون سهلاً. ومع ذلك ، هناك خيار آخر وهو استخدام النحل.

يعتبر النحل ملقحات ممتازة ويمكن جلبه من الأرض للعيش في موطن المريخ. يمكن وضع ملكات النحل الطنان في حالة سبات في رحلة فضائية ثم إطلاق سراحهن لتنتشر حول حبوب اللقاح.

الذباب خيار آخر ، وله ميزة أخرى: يمكن أن تكون يرقات الذباب صالحة للأكل ، وحساسة مثل كثير من الناس قد يتعلق الأمر بتناولها ، فيمكن أن توفر مصدرًا مهمًا للبروتين في نباتي أو نباتي نظام عذائي.

كل ما نحتاجه

على الرغم من التعقيدات العديدة لزراعة الغذاء على كوكب المريخ ، فإن ذلك ممكن نظريًا. هناك العديد من التفاصيل التي لم يتم تحديدها بعد ، ولكن من حيث المبدأ قد نكون قادرين على زراعة المحاصيل هناك طالما أن رواد الفضاء يجلبون معهم المواد المناسبة. "لدي قائمة تسوق!" مازحا واملينك.

كان القيد الوحيد الذي شدد عليه هو أن كل هذه التجارب استندت إلى محاكاة المريخ المتاحة حاليًا ، وبالتالي فإن النتائج دقيقة فقط مثل المحاكاة. إن مسألة البركلورات وكيف يمكن أن تؤثر على كل من النباتات والبشر هي قضية مفتوحة ومهمات مستقبلية مثلها يجب أن يساعدنا إرجاع عينة المريخ في أن نصبح أكثر يقينًا بشأن ما يمكن أن نتوقعه بالضبط من المريخ بيئة.

لن يكون الأمر سهلاً ، ولكن يمكن لرواد الفضاء يومًا ما الاستمتاع بالخضروات الطازجة المزروعة على كوكب المريخ كجزء يومي من نظامهم الغذائي. حذر واملينك من أن "عليك القيام بأشياء كثيرة من أجل المضي قدمًا ، لكننا نعرف الآن كيف نفعل ذلك."

هذه المقالة جزء من الحياة على المريخ - سلسلة من 10 أجزاء تستكشف أحدث العلوم والتكنولوجيا التي ستسمح للبشر باحتلال المريخ

توصيات المحررين

• رحلة كونية: اللوجيستيات الصعبة المتمثلة في وضع الناس على المريخ
• اتقان الدفع: كيف سننقل البشر إلى المريخ
• قلاع من الرمال: كيف نصنع موائل بتربة المريخ
• أجواء اصطناعية: كيف سنبني قاعدة بهواء قابل للتنفس على سطح المريخ
• حصاد الماء: كيف سيخلق المستوطنون في المستقبل المياه ويجمعونها على المريخ