우주농업: 화성에서 식량을 재배하는 방법

우리가 사람들을 보내기를 희망한다면 화성에 살다 오랜 기간 동안 우리는 그들을 따뜻하고 안전하며 잘 먹여주어야 합니다. 마지막 요구 사항은 한정된 양의 보급품만 운반할 수 있는 임무에 대한 도전 과제입니다. 통조림 콩이 그렇게 무겁지 않더라도 1년 동안의 임무를 위해 콩 통조림으로 연명하고 싶어하는 사람은 아무도 없습니다.

화성 거주지의 미래에는 갓 재배한 과일, 채소 및 곡물이 필요합니다. 하지만 화성과 같이 유독하고 치명적인 행성에서 어떻게 농사를 지을까요? 답을 얻기 위해 우리는 생태학, 지질학, 생화학 분야의 화성 연구원 3명과 이야기를 나눴습니다.

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기본 필수품

식물은 강건하지만 몇 가지 필수 요구 사항이 있습니다. 잘 자라려면 따뜻함, 적당한 기압, 유해한 방사선으로부터의 보호가 필요합니다. 인간에게도 그것들이 모두 필요하다는 사실을 제외하고는 그러한 것들을 화성에서 제공하는 것은 어려운 일이 될 것입니다.

가장 간단한 해결책은 화성에 우주 비행사를 수용하기 위해 건설하는 거주지가 무엇이든 모든 작물을 수용하기 위해 건설하는 것입니다. 간단한 LED 조명을 추가하면 우주 비행사가 식물이 자라면서 쉽게 돌볼 수 있습니다. 무중력 상태에서도 식물은 자연적으로 광원에서 멀리 떨어진 곳에서 뿌리를 자라기 때문에 조명을 추가하면 화성의 낮은 중력의 영향을 상쇄해야 합니다. 밀폐된 환경은 온도 및 습도와 같은 조건을 제어할 수 있다는 이점도 있습니다.

Wieger Wamelink는 Wageningen University의 식물 육종가이자 생태학자이며 달과 화성의 농업에 대한 선도적인 연구원 중 한 명입니다. 우주에서 식물을 재배하는 것은 실제로 도시 농업, 도시에서 효율적으로 식량을 재배하려는 운동과 매우 유사하다고 Digital Trends에 말했습니다. 설정. 종종 그것은 LED 조명으로 실내 서식지에 무균 환경을 설정함으로써 달성됩니다. 원칙적으로 그는 "그것은 화성에서, 또는 원한다면 사막에서, 또는 도시에서 할 수 있는 일"이라고 말했습니다.

죽은 흙에서 생명을 기르다

하지만 화성에서 농작물을 재배하는 데 가장 큰 장벽은 간단해 보이는 것이 부족하다는 것입니다. 좋은 구식 흙입니다. 지구의 토양은 식물이 사용하는 인과 칼륨과 같은 특정 미네랄뿐만 아니라 살아있는 유기체로 가득 차 있습니다. 화성에는 흙이 없습니다. 대신 표면을 덮고 있는 레골리스(regolith)라고 하는 죽은 먼지 물질이 있습니다.

우리는 이 레골리스가 무엇으로 구성되어 있는지에 대한 정확한 세부 사항을 알지 못하며 다른 지역에서 다른 구성을 가질 수 있습니다. 그러나 우리는 그 안에 무엇이 들어 있는지에 대한 대략적인 아이디어를 가지고 있으며, 이를 통해 NASA는 표토 모조품을 개발할 수 있었습니다. 이것은 본질적으로 행성 표면에 대한 우리의 현재 지식을 기반으로 화성 토양을 재창조하는 것입니다.

즉, 여기 지구에서 화성의 "토양"을 실험할 수 있습니다. 시뮬레이트가 저렴하지는 않지만 구매 가능 연구 목적으로. 약 10년 전, Wamelink는 시뮬런트가 농작물 재배에 사용될 수 있는지 궁금해하고 주제를 조사했습니다. "내가 알게 된 것은 놀랍게도 아무도 그것을 시도하지 않았다는 것입니다."라고 그는 말했습니다.

그래서 그는 시작했다 화성, 달, 지구의 토양에 씨앗 심기 그들의 성장을 비교하기 위해. 그의 첫 번째 실험에서 Wamelink는 식물이 화성 시뮬런트에서 어려움을 겪을 것이라고 예상했습니다. "그것은 매우 영양분이 부족한 토양입니다."라고 그는 설명했습니다. 그 안에는 유기물이 없으며 식물의 발아를 방해할 수 있는 중금속이 포함되어 있습니다. 그는 “내 기대치가 매우 낮았다.

그의 팀은 14종의 씨앗 4,200개를 심었고 대부분이 죽을 것으로 예상했습니다. 그러나 결과는 연구자들이 예측한 것과는 많이 달랐다. 거의 모든 씨앗이 발아했으며 일부는 24시간 이내에 발아했습니다. 이로 인해 실제로 문제가 발생했다고 Wamelink는 웃으며 말했습니다. 팀이 갑자기 4,000그루가 넘는 식물의 거대한 작물을 돌봐야 했기 때문입니다.

레골리스는 소수성이어서 수분을 많이 흡수하지 않기 때문에 식물은 주의 깊게 물을 많이 주어야 합니다. 따라서 미래의 화성 농부들은 충분한 양의 물 농작물이 계속 자라도록.

그리고 식물이 화성 표토 모조품에서 자라기는 했지만 키가 몇 센티미터에 불과했고 먹을 수 있는 어떤 것도 생산하지 않았습니다. 식물이 완전한 크기로 자라서 채소를 생산하게 하려면 영양분을 추가해야 합니다.

토양 비료

식물에 관한 한 화성 토양에 없는 핵심 구성 요소는 유기물입니다. 유기물은 박테리아에 의해 분해될 때 특히 중요한 영양소 공급원입니다. 즉, 미래 성장 지역에도 박테리아를 추가해야 합니다.

다행스럽게도 미생물 군락을 걷는 인간은 박테리아로 가득 차 있습니다. 따라서 다소 불쾌한 개념이지만 획득할 수 있는 방법이 있습니다. 가장 효율적인 방법은 우주 비행사가 몇 달 동안 화성으로 여행하는 동안 생성된 소변과 대변을 보존한 다음 레골리스에 추가하여 박테리아를 배양하는 것입니다. 영화를 보셨다면 화성인, 잃어버린 우주비행사 마크 와트니가 동료 승무원들의 하수 오물로 화성 토양에서 감자를 재배하는 곳도 같은 개념입니다. 그러나 모든 사람의 건강을 유지하려면 인간의 배설물을 통해 전염될 수 있는 병원체를 제거하기 위한 조치를 취해야 합니다.

벌레를 도입하여 유기물을 소화하고 토양으로 재활용하는 과정을 도울 수 있습니다. 화성에서도 지렁이는 유기물을 소화하고 생산하기 때문에 정원사의 가장 친한 친구입니다. 식물에 중요한 폭기 및 수분 보유를 제공하는 굴착 터널과 함께 비료 자랄 뿌리. Wamelink는 "좋은 시스템에 필수적이라고 생각합니다."라고 말했습니다. 또한 벌레 알은 오랫동안 보관할 수 있으므로 잠재적으로 화성으로 이동할 수 있습니다.

화성 레골리스에 영양분, 유기물, 박테리아 및 벌레가 풍부해지면 씨앗을 심을 수 있습니다. 씨앗은 작고 가볍기 때문에 큰 어려움 없이 지구에서 가져올 수 있습니다.

미래의 화성 거주자들은 당신이 상상하는 것보다 더 다양한 식단을 선택할 수 있습니다. Wamelink는 모든 종류의 식용 식물이 Martian regolith simulant에서 자랄 수 있다고 말합니다. 그래서 식물이 흙에서 자라는 것이 아니라 국제 우주 정거장과 같은 장소에서 사용되는 수경 재배 시스템은 영양 용액에 현탁되어 녹말이 많은 채소보다 잎이 많은 채소를 재배하는 데 더 적합하며 실질적으로 재배할 수 있습니다. 흙에 있는 모든 것. Mars regolith simulant는 감자, 녹두, 토마토, 당근, 무, 밀, 호밀 등을 재배하는 데 사용되었습니다.

nasties 제거

화성 토양의 안전에 대한 우려 중 하나는 위험한 중금속의 존재입니다. Wamelink는 "아연만 필요한 것이 아니라 카드뮴, 납, 수은 등 음식에서 원하지 않는 모든 것들이 필요합니다."라고 말했습니다.

그러나 그것이 생각만큼 반드시 큰 문제는 아닙니다. 중금속은 우리 토양에서도 발견될 수 있기 때문에 "그것은 지구와 크게 다르지 않습니다."라고 그는 지적했습니다. 문제는 이러한 중금속이 토양으로 방출되어 식물에 흡수되는 것을 방지하는 방식으로 결합되어 있는지 여부입니다.

좋은 소식은 모조품에서 재배한 채소를 분석한 결과 먹어도 안전한 것으로 나타났다는 것입니다. 중금속은 모든 음식에서 위험한 수준 이하였으며, 어떤 경우에는 레골리스 재배에서 그 수준이 더 낮았습니다. 일반 화분용 흙에서 자란 채소보다 채소가 더 많은데, 아마도 이곳의 토양을 오염시키는 자동차 배기가스 같은 오염 물질 때문일 것입니다. 지구에.

또한 달과 화성의 토양이 얼마나 산성인지에 대한 우려도 있는데, 이는 식물이 또 다른 필수 분자인 인산염에 접근하는 능력을 제한할 수 있습니다. 고려중인 새로운 연구 영역은 추가 여부입니다. 특정 유형의 곰팡이 레골리스는 이 문제를 해결할 수 있습니다.

Wamelink는 탐사를 위한 미래의 길로 제안했습니다. "그들은 식물의 뿌리와 공생하며 산다."

과염소산염의 문제

아마도 화성에서 식량을 안전하게 재배하는 데 가장 큰 장벽은 인간과 식물 모두에게 독성이 있는 표토에서 발견되는 화학 물질인 과염소산염 문제일 것입니다. 이들은 매우 위험하여 건강상의 이유로 모의 샘플에 포함되지 않습니다.

최근 연구 레골리스에 이러한 과염소산염의 존재가 이전에 인식된 것보다 더 큰 문제일 수 있다고 제안했습니다. 연구자들이 표토 모의물질을 취하고 화성에서 발견되는 것과 유사한 양의 과염소산칼슘을 첨가했을 때, 추가 영양분이 첨가되어도 식물은 그 안에서 자랄 수 없었습니다.

그렇다고 해서 화성에서 재배한 음식에 대한 꿈을 포기해야 한다는 의미는 아닙니다. 이 연구의 수석 저자인 플로리다 공과대학의 Andrew Palmer는 디지털 트렌드에 이메일을 통해 화성에 과염소산염이 존재하는 것은 식량에 대한 도전이라고 말했습니다. 생산, "거래 차단기가 아닙니다." 미생물이나 특정 식물을 생태계에 도입하여 레골리스라는 과정에서 독소를 제거할 수 있어야 합니다. 생물학적 정화. “이러한 도우미는 지구상의 생태계에서 공통적인 플레이어입니다. 우리가 화성 식민지 주민들을 위해 설계하고 있는 생태계에 기여할 수 있는 그들의 잠재력을 무시할 이유가 없습니다.”라고 그는 말했습니다.

관련 연구에 참여한 또 다른 연구원 작물 재배를 위한 표토의 생존력, 조지아 대학의 로라 팩크렐(Laura Fackrell)은 과염소산염이 문제지만 극복할 수 없는 문제는 아니라는 점에 동의했습니다. 그녀는 과염소산염을 소비하거나 분해할 수 있는 여러 박테리아 종이 있기 때문에 박테리아를 사용하여 표토에서 과염소산염을 청소할 수 있다고 제안했습니다. 여기 지구상의 오염된 물을 청소하는 것. 그러나 여기에도 도전이 있습니다. 이 반응은 산소와 염화물을 모두 생성합니다. 염화물은 독성이 없고 식물 성장에 도움이 될 수 있지만 너무 많으면 식물에 해를 끼치거나 심지어 죽일 수도 있습니다. 식물의 생명에 미치는 영향을 알기 위해서는 더 많은 연구가 필요합니다. "이 과정에서 생산되는 염화물의 양이 식물에 너무 많은지 여부를 말할 수 있는 충분한 데이터가 없지만 그럴 가능성이 높습니다."라고 그녀는 말했습니다.

또 다른 가능한 해결책은 문자 그대로 표토에서 과염소산염을 씻어내는 것입니다. 과염소산염은 소금의 일종으로 물에 녹기 때문에 표토를 헹구면 제거된다. "그러나 이것은 질산염과 같은 다른 영양소도 제거할 수 있습니다."라고 Fackrell은 경고했습니다. 이러한 목적으로 귀중한 물을 사용하는 문제는 말할 것도 없습니다.

과염소산염의 존재가 반드시 나쁜 소식만은 아닙니다. Fackrell은 박테리아가 토양을 청소하기 위해 과염소산염을 소비하도록 하면 다음과 같은 유용한 부산물이 생성될 것이라고 지적했습니다. 우주비행사의 요구를 충족시키기 위한 지속 가능한 시스템의 일부가 될 수 있는 산소: “과염소산염은 도전; 그러나 그들은 또한 산소 자원으로 전환될 수 있는 기회를 제공합니다.”

시스템 설정

장기적인 게임으로 화성에서 농업을 시작하는 것에 대해 생각하는 데 도움이 됩니다. 목표는 작물의 단일 수확량을 재배하는 것이 아니라 지속 가능한 시스템을 설정하는 것입니다.

첫 수확이 가장 어렵습니다. 이 작업이 완료되고 박테리아가 자리를 잡으면 이전 수확에서 남은 식물 물질을 토양에 다시 추가할 수 있으며, 이는 영양분을 추가하고 물을 유지하는 데 도움이 됩니다. 따라서 시간이 지남에 따라 토양은 더 비옥해지고 식물에 더 적합해집니다.

즉, 인간이 화성에 도착하는 즉시 식물을 재배하려는 시도를 시작하려는 강력한 추진력이 있음을 의미합니다. “자신의 식량을 기르기 위해서는 첫 탐험부터 시작해야 한다고 생각합니다. 그렇지 않으면 그렇게 할 수 없을 가능성이 큽니다.”라고 Wamelink는 말했습니다. 초기 원정대는 농작물 성장에 문제가 있을 경우를 대비하여 확실히 그들 자신의 식량도 가져올 것입니다. 그러나 그들은 토양을 유용하게 만드는 과정을 시작할 수 있습니다.

공기, 빛, 따뜻함이 있는 한 임무 사이에 경작된 토양을 보존하는 것도 가능합니다. 비식용 양배추와 같은 특정 작물을 뿌릴 수 있으며, 이는 집을 비운 동안 토양을 비옥하게 할 수 있습니다. 이것은 농부들이 Wamelink의 본국인 네덜란드에서 겨울 동안 토양을 개선하기 위해 사용하는 것과 동일한 원리입니다.

또 다른 고려 사항은 보다 풍성한 수확과 미래 작물을 위한 씨앗을 만들기 위해 식물 수분을 처리하는 방법입니다. 많은 식물 종은 바람을 이용하여 꽃가루를 운반합니다. 하지만 이는 화성 서식지에 공기 흐름을 설정해야 한다는 것을 의미하며 이는 쉽지 않습니다. 그러나 꿀벌을 사용하는 또 다른 옵션이 있습니다.

꿀벌은 훌륭한 수분 매개자이며 화성 서식지에서 살기 위해 지구에서 가져올 수 있습니다. 꿀벌 여왕은 잠재적으로 우주 여행을 위해 동면한 다음 꽃가루 주위에 퍼지도록 풀려날 수 있습니다.

파리는 또 다른 옵션이며 또 다른 이점이 있습니다. 그것들을 먹는 것에 관한 것일 수도 있고, 그렇지 않으면 채식주의자나 완전 채식주의자에게 중요한 단백질 공급원을 제공할 수 있습니다. 다이어트.

우리에게 필요한 모든 것

화성에서 식량을 재배하는 많은 복잡성에도 불구하고 이론적으로는 가능합니다. 아직 해결해야 할 많은 세부 사항이 있지만 원칙적으로 우주 비행사가 올바른 재료를 가져오는 한 그곳에서 작물을 재배할 수 있습니다. "쇼핑 목록이 있어요!" Wamelink가 농담했습니다.

그가 강조한 한 가지 제한 사항은 이러한 모든 실험이 현재 사용 가능한 화성 시뮬레이션을 기반으로 했기 때문에 결과가 시뮬레이션만큼 정확하다는 것입니다. 과염소산염의 문제와 그것이 식물과 인간 모두에게 어떻게 영향을 미칠 수 있는지는 공개된 문제이며 다음과 같은 미래의 임무입니다. Mars Sample Return은 우리가 Mars에서 정확히 무엇을 기대할 수 있는지에 대해 더 확신하는 데 도움이 될 것입니다. 환경.

쉽지는 않겠지만 우주비행사들은 언젠가는 화성에서 재배한 신선한 야채를 식단의 일부로 즐길 수 있을 것입니다. Wamelink는 "이를 진행하려면 많은 일을 해야 하지만 이제 방법을 알고 있습니다."라고 경고했습니다.

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