천체 농업: 화성에서 식량을 재배하는 방법

만약 우리가 사람들을 다음 지역으로 보내고 싶다면 화성에 산다 장기간 동안 우리는 그들을 따뜻하게, 안전하게, 그리고 잘 먹여야 할 것입니다. 마지막 요구 사항은 제한된 양의 보급품만 운반할 수 있는 임무에 대한 도전을 제기합니다. 통조림 콩이 그다지 무겁지 않더라도 1년 동안 콩 통조림으로 먹고살고 싶은 사람은 아무도 없습니다.

화성 거주의 미래에는 갓 재배된 과일, 채소, 곡물이 필요합니다. 하지만 화성과 같은 유독하고 치명적인 행성에서 어떻게 농사를 짓나요? 답을 얻기 위해 우리는 생태학, 지질학, 생화학 분야의 화성 연구자 세 명과 이야기를 나눴습니다.

이 기사는 다음의 일부입니다. 화성에 생명체 – 인간이 화성을 점령할 수 있게 해주는 최첨단 과학과 기술을 탐구하는 10부작 시리즈

기본 필수 사항

식물은 강건하지만 몇 가지 필수적인 요구 사항이 있습니다. 잘 자라려면 따뜻함, 적당한 기압, 유해한 방사선으로부터의 보호가 필요합니다. 인간에게도 이 모든 것이 필요하다는 사실을 제외하면 이러한 것들은 화성에서 제공하기 어려울 것입니다.

가장 간단한 해결책은 화성에 우주 비행사를 수용하기 위해 짓는 서식지가 무엇이든 모든 작물을 수용하기 위해 짓는 것입니다. 간단한 LED 조명을 추가하면 우주 비행사가 식물이 자라는 동안 쉽게 식물을 돌볼 수 있습니다. 무중력 상태에서도 식물은 자연적으로 광원에서 떨어진 곳에서 뿌리가 자라기 때문에 조명을 추가하면 화성의 저중력 효과를 상쇄할 수 있습니다. 밀폐된 환경은 온도, 습도 등의 조건을 제어할 수 있다는 장점도 있습니다.

달과 화성 농업 분야의 선도적인 연구자 중 한 명인 Wageningen 대학의 식물 육종가이자 생태학자인 Wieger Wamelink는 디지털 트렌드(Digital Trends)에 따르면 우주에서 식물을 재배하는 것은 실제로 도시 농업, 즉 도시에서 식량을 효율적으로 재배하려는 움직임과 매우 유사하다고 합니다. 설정. 종종 이는 LED 조명을 사용하여 실내 서식지에 멸균 환경을 설정함으로써 달성됩니다. 그는 원칙적으로는 "화성이나 원한다면 사막이나 도시에서도 할 수 있는 일"이라고 말했습니다.

죽은 땅에서 생명을 재배하다

하지만 화성에서 농작물을 재배하는 데 가장 큰 장애물은 단순해 보이는 것이 부족하다는 것입니다. 좋은 구식 흙입니다. 지구상의 토양은 살아있는 유기체뿐만 아니라 식물이 사용하는 인과 칼륨과 같은 특정 미네랄로 가득 차 있습니다. 화성에는 토양이 없습니다. 대신 표면을 덮고 있는 레골리스라는 죽은 먼지 물질이 있습니다.

우리는 이 레골리스가 무엇으로 구성되어 있는지에 대한 정확한 세부 사항을 알지 못하며, 지역에 따라 구성이 다를 수 있습니다. 하지만 우리는 그 안에 무엇이 들어 있는지 대략적으로 알고 있으며 이를 통해 NASA는 표토 모조품을 개발할 수 있었습니다. 이것은 본질적으로 화성 표면에 대한 우리의 현재 지식을 바탕으로 화성 토양을 재창조하는 것입니다.

이는 여러분이 여기 지구에서 화성의 “토양”을 실험할 수 있다는 것을 의미합니다. 시뮬런트는 가격이 저렴하지는 않지만, 구매 가능 연구 목적으로. 약 10년 전, Wamelink는 시뮬런트가 작물을 재배하는 데 사용될 수 있는지 궁금해하고 주제를 조사했습니다. “내가 발견한 것은 놀랍게도 아무도 그런 일을 시도한 적이 없다는 것입니다.”라고 그는 말했습니다.

그래서 그는 시작했다 화성, 달, 지구 토양에 씨앗 심기 그들의 성장을 비교하기 위해. 그의 첫 번째 실험에서 Wamelink는 화성 시뮬레이션에서 식물이 어려움을 겪을 것이라고 예상했습니다. “영양분이 매우 부족한 토양입니다.”라고 그는 설명했습니다. 유기물은 없고, 식물의 발아를 방해하는 중금속을 함유하고 있습니다. 그는 "내 기대치는 매우 낮았다"고 말했다.

그의 팀은 대부분이 죽을 것으로 예상하면서 14종의 씨앗 4,200개를 심었습니다. 하지만 결과는 연구진이 예측한 것과는 매우 달랐다. 거의 모든 씨앗이 발아했으며 그중 일부는 24시간 이내에 발아했습니다. 이로 인해 실제로 문제가 발생했다고 Wamelink는 웃으며 말했습니다. 팀이 갑자기 4,000그루가 넘는 식물을 대규모로 재배해야 했기 때문입니다.

표토는 소수성이어서 수분을 많이 흡수하지 않기 때문에 식물에 세심한 물 공급이 필요했습니다. 그래서 미래의 화성 농부들은 충분한 양의 물 농작물이 계속 자라도록 말이죠.

그리고 식물이 화성 표토 모조품에서 자라긴 했지만 높이가 몇 센티미터에 불과했고 먹을 수 있는 어떤 것도 생산하지 못했습니다. 식물이 완전한 크기로 자라서 야채를 생산하려면 영양분을 추가해야 합니다.

토양 비료

식물에 관한 한 화성 토양에서 누락된 핵심 구성 요소는 유기물입니다. 유기물은 박테리아에 의해 분해될 때 특히 중요한 영양소 공급원입니다. 즉, 미래의 성장 지역에도 박테리아를 추가해야 한다는 의미입니다.

다행스럽게도 인간은 걸어다니는 미생물 군집으로서 박테리아로 가득 차 있습니다. 따라서 다소 불쾌한 개념이지만 이를 얻을 수 있는 방법이 있습니다. 가장 효율적인 방법은 우주비행사가 몇 달 동안 화성으로 여행하면서 배출한 대소변을 보존한 뒤 이를 표토에 첨가해 박테리아를 배양하는 것이다. 영화를 보신 분이라면 화성인, 실종된 우주비행사 마크 와트니(Mark Watney)가 자신과 동료들의 하수와 함께 화성 토양에서 감자를 재배하는 곳도 같은 개념입니다. 그러나 모든 사람의 건강을 유지하려면 사람의 배설물을 통해 전염될 수 있는 모든 병원균을 죽이는 조치를 취해야 합니다.

벌레를 도입함으로써 유기물을 소화하고 토양으로 재활용하는 과정을 도울 수 있습니다. 화성에서도 지렁이는 유기물을 소화하고 농산물을 생산하기 때문에 정원사의 가장 친한 친구입니다. 식물에 중요한 통기 및 수분 유지를 제공하는 굴착 터널과 함께 비료 뿌리가 자라는 것. Wamelink는 “좋은 시스템을 위해서는 이것이 필수적이라고 생각합니다.”라고 말했습니다. 게다가 벌레알은 장기간 보관할 수 있어 잠재적으로 화성으로 운반될 수도 있습니다.

화성 표토에 영양분, 유기물, 박테리아, 벌레가 풍부해지면 씨앗을 심을 수 있습니다. 씨앗은 작고 가벼워서 큰 어려움 없이 지구에서 가져올 수 있습니다.

미래의 화성 거주자들은 당신이 상상하는 것보다 더 다양한 식단을 선택할 수 있을 것입니다. Wamelink는 화성 표토 모조품에서 모든 종류의 식용 식물이 자랄 수 있다고 말합니다. 그래서 국제우주정거장 같은 곳에서는 식물이 흙이 아닌 땅에서 자라는 수경재배 시스템을 사용하는 반면, 영양 용액에 부유하는 것은 녹말이 많은 채소보다 잎이 많은 채소를 재배하는 데 더 적합하며 실제로 재배할 수 있습니다. 토양에 있는 모든 것. 화성 표토 모조품은 감자, 강낭콩, 토마토, 당근, 무, 밀, 호밀 등을 재배하는 데 사용되었습니다.

불쾌한 것들을 없애기

화성 토양의 안전성에 대한 우려 중 하나는 위험한 중금속의 존재입니다. Wamelink는 “우리가 필요로 하는 것은 아연뿐만 아니라 카드뮴, 납, 수은 등 음식에 포함되지 않는 모든 것입니다.”라고 말했습니다.

그러나 그것이 생각만큼 큰 문제는 아닙니다. 그는 우리 토양에서도 중금속이 발견될 수 있기 때문에 “그것은 지구와 별로 다르지 않다”고 지적했습니다. 문제는 이러한 중금속이 토양으로 방출되어 나중에 식물에 흡수되는 것을 방지하는 방식으로 결합되어 있는지 여부입니다.

좋은 소식은 모조품에서 자란 야채를 분석한 결과 먹어도 안전한 것으로 밝혀졌다는 것입니다. 중금속은 모든 음식에서 위험 수준보다 낮았으며 어떤 경우에는 토석 재배 식품의 수준이 훨씬 더 낮았습니다. 일반 화분에서 자란 야채보다 야채가 더 많이 자라는데, 아마도 이곳의 토양을 오염시키는 자동차 배기가스 같은 오염 물질 때문일 것입니다. 지구에.

달과 화성의 토양이 얼마나 산성인지에 대한 우려도 있습니다. 이로 인해 식물이 또 다른 필수 분자인 인산염에 접근하는 능력이 제한될 수 있습니다. 고려 중인 새로운 연구 영역은 추가 여부입니다. 특정 유형의 곰팡이 레골리스로 이 문제를 해결할 수 있습니다.

Wamelink는 미래 탐사 방법으로 "우리는 실제로 암석에서 자라고 인산염을 방출할 수 있는 곰팡이를 화성으로 가져갈 수 있습니다."라고 제안했습니다. “그들은 식물의 뿌리와 공생하며 살아요.”

과염소산염의 문제

아마도 화성에서 안전하게 식량을 재배하는 데 가장 큰 장벽은 인간과 식물 모두에 독성이 있는 표토에서 발견되는 화학 물질인 과염소산염 문제일 것입니다. 이는 너무 위험해서 건강상의 이유로 모의 샘플에 포함되지 않습니다.

최근 연구 는 표토에 이러한 과염소산염이 존재하는 것이 이전에 인식했던 것보다 더 큰 문제가 될 수 있다고 제안했습니다. 연구자들이 표토 모의물질을 섭취하고 화성에서 발견되는 것과 비슷한 양의 과염소산칼슘을 첨가했을 때, 추가 영양분을 첨가해도 식물은 자랄 수 없었습니다.

그렇다고 화성 재배 식품에 대한 꿈을 포기해야 한다는 의미는 아닙니다. 이번 연구의 수석 저자이자 플로리다 공과대학의 앤드류 팔머(Andrew Palmer)는 이메일을 통해 디지털 트렌드(Digital Trends)에 화성에 과염소산염이 존재하는 것은 식량에 대한 도전이라고 말했습니다. 제작진, "거래 차단기 아니다" 다음과 같은 과정을 통해 표토에서 독소를 제거하기 위해 미생물이나 특정 식물을 생태계에 도입하는 것이 가능해야 합니다. 생물학적 교정. “이러한 도우미는 지구상 생태계의 일반적인 플레이어입니다. 우리가 화성 식민지 주민들을 위해 설계하고 있는 생태계에 기여할 수 있는 그들의 잠재력을 무시해야 할 이유가 없습니다.”라고 그는 말했습니다.

또 다른 연구자는 이 연구에 참여했다. 농작물 재배를 위한 레골리스의 생존 가능성조지아 대학의 Laura Fackrell 교수는 과염소산염이 문제이지만 극복할 수 없는 문제는 아니라는 점에 동의했습니다. 그녀는 과염소산염을 소비하거나 분해할 수 있는 여러 박테리아 종이 있고 그 중 일부는 다음 용도로 사용되기 때문에 박테리아를 사용하여 과염소산염을 표토에서 청소할 수 있다고 제안했습니다. 여기 지구상의 오염된 물을 청소하는 중. 그러나 여기에도 과제가 있습니다. 이 반응은 산소와 염화물을 모두 생성합니다. 염화물은 독성이 없고 식물 성장에 유익할 수 있지만 너무 많으면 식물에 해를 끼치거나 심지어 죽일 수도 있습니다. 그것이 식물 생명에 어떤 영향을 미치는지 알기 위해서는 더 많은 연구가 필요합니다. “이 과정에서 생산되는 염화물의 양이 식물에 너무 많은지 말할 수 있는 데이터가 충분하지 않지만 그럴 가능성이 높습니다.”라고 그녀는 말했습니다.

또 다른 잠재적인 해결책은 말 그대로 표토에서 과염소산염을 씻어내는 것입니다. 과염소산염은 소금의 일종으로 물에 용해되기 때문에 토석을 헹구면 제거됩니다. "그러나 이것은 또한 질산염과 같은 다른 영양소를 제거할 수도 있습니다"라고 Fackrell은 경고했습니다. 이러한 목적으로 귀중한 물을 사용하는 문제는 말할 것도 없습니다.

하지만 과염소산염의 존재가 반드시 나쁜 소식은 아닙니다. Fackrell은 박테리아가 토양을 청소하기 위해 과염소산염을 소비하면 유용한 부산물이 생성될 것이라고 지적했습니다. 우주비행사의 필요를 충족시키기 위한 지속 가능한 시스템의 일부가 될 수 있는 산소: “과염소산염은 매우 실제적인 도전; 그러나 산소 공급원으로 전환될 수 있는 기회도 제공합니다.”

시스템 설정

화성에서의 농업을 장기적인 게임으로 생각하는 것은 도움이 됩니다. 목표는 단순히 작물의 단일 수확량을 늘리는 것이 아니라 지속 가능한 시스템을 구축하는 것입니다.

첫 수확이 가장 힘들다. 일단 그것이 완료되고 박테리아가 확립되면, 이전 수확에서 남은 식물 물질을 토양에 다시 추가할 수 있으며, 이는 영양분을 추가하고 물을 유지하는 데 도움이 됩니다. 따라서 시간이 지남에 따라 토양은 더욱 비옥해지고 식물이 살기 좋은 환경이 될 것입니다.

이는 인간이 화성에 도착하자마자 식물을 재배하려는 시도를 시작하려는 강력한 추진력이 있다는 것을 의미합니다. “음식을 직접 재배하려면 첫 탐험부터 시작해야 할 것 같아요. 그렇지 않으면 그렇게 하는 것이 불가능할 가능성이 높습니다.”라고 Wamelink는 말했습니다. 초기 탐험대는 작물 성장에 문제가 있을 경우를 대비해 식량도 직접 가져왔을 것입니다. 그러나 그들은 토양을 사용 가능하게 만드는 과정을 시작할 수 있습니다.

공기, 빛, 따뜻함이 있는 한 미션 사이에 경작된 토양을 보존하는 것도 가능합니다. 비식용 양배추와 같은 특정 작물을 파종하여 집을 비운 동안 토양을 비옥하게 할 수 있습니다. 이는 농부들이 Wamelink의 모국인 네덜란드에서 겨울 동안 토양을 개선하기 위해 사용하는 것과 동일한 원칙입니다.

또 다른 고려 사항은 보다 풍성한 수확과 미래 작물을 위한 씨앗 생성을 위해 식물 수분을 처리하는 방법입니다. 많은 종의 식물이 바람을 이용해 꽃가루를 운반합니다. 하지만 이는 화성 서식지에 공기 흐름을 설정해야 한다는 것을 의미하는데 이는 쉽지 않습니다. 하지만 벌을 사용하는 또 다른 옵션이 있습니다.

꿀벌은 훌륭한 수분 매개자이며 지구에서 화성 서식지로 옮겨올 수 있습니다. 꿀벌 여왕은 우주 여행을 위해 잠재적으로 동면 상태에 들어갔다가 풀려나 꽃가루 주위로 퍼질 수 있습니다.

파리는 또 다른 옵션이며 또 다른 장점이 있습니다. 파리 유충은 먹을 수 있고 많은 사람들만큼 시끄럽습니다. 먹는 것이 목적일 수도 있지만 채식주의자나 완전채식인에게 중요한 단백질 공급원을 제공할 수 있습니다. 다이어트.

우리에게 필요한 모든 것

화성에서 식량을 재배하는 데에는 많은 복잡성이 있음에도 불구하고 이론적으로는 가능합니다. 아직 해결되지 않은 세부 사항이 많이 있지만 원칙적으로 우주비행사가 올바른 재료를 가져오는 한 그곳에서 작물을 재배할 수 있을 것입니다. “쇼핑 목록이 있어요!” Wamelink가 농담했습니다.

그가 강조한 한 가지 한계는 이 모든 실험이 현재 사용 가능한 화성 모의체를 기반으로 했기 때문에 결과는 모의체만큼만 정확하다는 것입니다. 과염소산염 문제와 그것이 식물과 인간 모두에게 어떤 영향을 미칠 수 있는지는 공개된 문제이며 다음과 같은 미래의 임무는 화성 샘플 반환은 우리가 화성에서 기대할 수 있는 것이 정확히 무엇인지 더 확신하는 데 도움이 될 것입니다. 환경.

쉽지는 않겠지만 우주 비행사들은 언젠가 화성에서 재배한 신선한 야채를 일상 식단의 일부로 즐길 수 있을 것입니다. Wamelink는 "이를 실행하려면 많은 일을 해야 하지만 이제 그 방법을 알고 있습니다."라고 경고했습니다.

이 기사는 다음의 일부입니다. 화성에 생명체 – 인간이 화성을 점령할 수 있게 해주는 최첨단 과학과 기술을 탐구하는 10부작 시리즈

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