Astro-tarım: Mars'ta Nasıl Gıda Yetiştireceğiz?

İnsanları göndermeyi umarsak Mars'ta yaşamak uzun bir süre boyunca onları sıcak, güvenli ve iyi beslenmiş tutmamız gerekecek. Bu son gereksinim, yalnızca sınırlı miktarda malzeme taşıyabilen bir görevde zorluk teşkil ediyor. Konserve fasulyeler o kadar ağır olmasa bile, kimse bir yıllık bir görev için onlardan beslenmek istemez.

Mars yerleşiminin geleceği, taze yetiştirilmiş meyveler, sebzeler ve tahıllar gerektirir. Ama Mars gibi zehirli, ölümcül bir gezegende nasıl çiftçilik yaparsınız? Bir cevap almak için ekoloji, jeoloji ve biyokimya alanlarından üç Mars araştırmacısıyla konuştuk.

Bu makalenin bir parçası Marsta yaşam - insanların Mars'ı işgal etmesine izin verecek en son bilim ve teknolojiyi araştıran 10 bölümlük bir dizi

temel gereklilikler

Bitkiler dayanıklı şeylerdir, ancak bazı temel gereksinimleri vardır. İyi büyümek için sıcaklığa, makul atmosfer basıncına ve zararlı radyasyondan korunmaya ihtiyaçları vardır. İnsanların da hepsine ihtiyaç duyması dışında, bu şeyleri Mars'ta sağlamak zor olacaktır.

En basit çözüm, Mars'ta astronotları barındırmak için inşa ettiğiniz habitat ne olursa olsun, tüm ekinleri barındırmak için de inşa etmeniz olacaktır. Birkaç basit LED ışık ekleyin ve astronotlar, büyüdükçe bitkileriyle kolayca ilgilenebilirler. Işık eklemek, Mars'ın düşük yerçekiminin etkilerini ortadan kaldırmalıdır, çünkü sıfır yerçekiminde bile bitkiler doğal olarak ışık kaynaklarından uzağa kök salmaktadır. Kapalı ortam, sıcaklık ve nem gibi koşulları kontrol edebilmeniz gibi bir avantaja da sahiptir.

Ay ve Mars'ta tarım konusunda önde gelen araştırmacılardan biri olan Wageningen Üniversitesi'nde bitki yetiştiricisi ve ekolojist olan Wieger Wamelink, Digital Trends'e uzayda bitki yetiştirmenin aslında şehir tarımıyla, yani kentsel alanlarda verimli gıda yetiştirme hareketiyle çok karşılaştırılabilir olduğunu söyledi. ayarlar. Genellikle bu, LED ışıklı kapalı yaşam alanlarında steril ortamlar kurarak gerçekleştirilir. Prensip olarak, "Bu, Mars'ta veya isterseniz çölde veya bir şehirde yapabileceğiniz bir şey" dedi.

Ölü toprakta hayat yetiştirmek

Bununla birlikte, Mars'ta ekin yetiştirmenin önündeki en büyük engel, görünüşte basit bir şeyin olmamasıdır: Eski moda pislik. Yeryüzündeki toprak, canlı organizmaların yanı sıra bitkilerin kullandığı fosfor ve potasyum gibi bazı minerallerle doludur. Mars'ta toprak yok - bunun yerine yüzeyini kaplayan regolit adı verilen ölü, tozlu bir malzeme var.

Bu regolith'in nelerden oluştuğunu tam olarak bilmiyoruz ve farklı bölgelerde farklı bileşimlere sahip olabilir. Ama içinde ne olduğuna dair kabaca bir fikrimiz var, bu da NASA'nın bir regolit benzeri geliştirmesine olanak sağladı. Bu, esasen, gezegenin yüzeyi hakkındaki mevcut bilgilerimize dayanarak Mars toprağının yeniden yaratılmasıdır.

Bu, Dünya'da Mars "toprağını" deneyebileceğiniz anlamına gelir. Taklit ucuz olmasa da, satın alınabilir Araştırma amaçlı. Yaklaşık on yıl önce, Wamelink simulantın ekin yetiştirmek için kullanılıp kullanılamayacağını merak etti ve konuyu inceledi. "Öğrendiğim şey," dedi, "söylemeliyim ki, hiç kimse bunu denemedi."

Böylece başladı Mars, Ay ve Dünya toprağına tohum ekmek büyümelerini karşılaştırmak için Wamelink, ilk deneylerinde bitkilerin Mars simülasyonunda mücadele etmesini bekliyordu. "Besin açısından çok fakir bir toprak," diye açıkladı. İçinde organik madde yoktur ve bitkilerin çimlenmesini engelleyebilecek ağır metaller içerir. Beklentim çok düşüktü dedi.

Ekibi, çoğunun öleceğini umarak 14 farklı türden 4.200 tohum ekti. Ancak sonuçlar, araştırmacıların öngördüğünden çok farklıydı. Neredeyse tüm tohumlar çimlendi - bazıları 24 saat içinde. Bu aslında sorunlara neden oldu, dedi Wamelink gülerek, çünkü ekip aniden 4.000'den fazla bitkiden oluşan devasa bir ürünle ilgilenmek zorunda kaldı.

Regolith hidrofobik olduğundan, yani fazla nem emmediği için bitkiler çok dikkatli sulama gerektiriyordu. Yani gelecekteki Marslı çiftçilerin ihtiyacı olacak bol bol su ekinlerinin büyümesini sağlamak için.

Ve bitkiler Mars regolit taklitçisinde büyürken, yalnızca birkaç santimetre yüksekliğe ulaştılar ve yenilebilir hiçbir şey üretmediler. Bitkilerin tam boyuta ulaşmasını ve sebze üretmesini sağlamak için besin eklemeniz gerekir.

toprağı gübrelemek

Bitkiler söz konusu olduğunda Mars toprağının eksik olduğu temel bir bileşen organik maddedir. Organik madde, bakteriler tarafından parçalandığında özellikle önemli bir besin kaynağıdır, bu da gelecekte büyüyen bölgelere de bakteri eklememiz gerektiği anlamına gelir.

Neyse ki, yürüyen mikrop kolonileri olarak insanlar bakterilerle dolu. Yani, oldukça nahoş bir kavram olsa da, onları elde etmenin bir yolunu buluyoruz. En etkili yöntem, astronotların aylarca Mars'a yaptıkları yolculukta ürettikleri idrar ve dışkıyı muhafaza etmek ve ardından bakteri yetiştirmek için regolith'e eklemek olacaktır. Eğer filmi gördüyseniz Marslı, kayıp astronot Mark Watney'nin kendisinin ve mürettebatının kanalizasyonuyla Mars topraklarında patates yetiştirdiği yer, aynı konsept. Ancak herkesi sağlıklı tutmak için insan atığı yoluyla bulaşabilecek her türlü patojeni öldürmek için adımlar atmanız gerekir.

Solucanları tanıtarak organik maddenin sindirilmesi ve toprağa geri dönüştürülmesi sürecine yardımcı olabilirsiniz. Mars'ta bile solucanlar, organik maddeleri sindirip ürettikleri için bir bahçıvanın en iyi arkadaşıdır. bitki için önemli havalandırma ve su tutma sağlayan kazma tünelleri ile birlikte gübre büyümek için kökler. Wamelink, "İyi bir sistem için gerekli olduklarını düşünüyorum" dedi. Artı, solucan yumurtaları uzun süre saklanabilir ve bu da onları potansiyel olarak Mars'a taşınabilir hale getirir.

Mars regolith'iniz besinler, organik madde, bakteri ve solucanlarla zenginleştiğinde, tohum ekmeye başlayabilirsiniz. Tohumlar, küçük ve hafif oldukları için Dünya'dan çok fazla sorun olmadan getirilebilir.

Geleceğin Mars sakinleri, tahmin ettiğinizden daha çeşitli bir diyet seçeneğine sahip olabilir. Wamelink, Mars regolith simulantında her türlü yenilebilir bitkinin büyüyebileceğini söylüyor. Yani Uluslararası Uzay İstasyonu gibi bitkilerin toprakta değil de toprakta yetiştiği yerlerde kullanılan hidrofonik sistemler, besin solüsyonunda süspanse edilmiş, nişastalı sebzelere göre yeşil yapraklı sebzeler yetiştirmek için daha uygundur, pratik olarak yetiştirebilirsiniz topraktaki herhangi bir şey. Mars regolith simülasyonu patates, yeşil fasulye, domates, havuç, turp, buğday, çavdar ve daha fazlasını yetiştirmek için kullanılmıştır.

Pisliklerden kurtulmak

Mars toprağının güvenliği ile ilgili endişelerden biri de tehlikeli ağır metallerin varlığıdır. Wamelink, "Biraz ihtiyacımız olan sadece çinko değil, aynı zamanda kadmiyum, kurşun, cıva - yemeğinizde istemediğiniz her şey" dedi.

Ancak bu sandığınız kadar büyük bir sorun değil. Ağır metaller bizim toprağımızda da bulunabileceğinden, "Bu, Dünya'dan pek farklı değil," diye belirtti. Sorun, bu ağır metallerin toprağa salınmasını ve daha sonra bitkiler tarafından emilmesini önleyecek şekilde bağlanıp bağlanmadığıdır.

İyi haber şu ki, taklitte yetiştirilen sebzeler analiz edildiğinde, yenmesi güvenli bulundu. Ağır metaller tüm yiyeceklerde tehlikeli seviyelerin altındaydı ve bazı durumlarda seviyeler regolith yetiştirilenlerde daha da düşüktü. normal saksı toprağında yetiştirilen sebzelerden daha fazla sebze, belki de buradaki toprağı kirleten araba egzozu gibi kirleticiler nedeniyle Yeryüzünde.

Ay ve Mars'taki toprağın ne kadar asidik olduğu konusunda da bir endişe var, bu da bitkilerin başka bir temel molekül olan fosfata erişme kabiliyetini sınırlayabilir. Göz önünde bulundurulan yeni bir araştırma alanı, bazı mantar türleri regolith bu sorunu çözebilir.

Wamelink, keşif için gelecekteki bir yol olarak, "Aslında kayalarda büyüyebilen ve fosfat salabilen mantarları yanımızda Mars'a götürebiliriz" dedi. "Bitkilerin kökleri ile simbiyoz halinde yaşarlar."

Perklorat sorunu

Belki de Mars'ta güvenli bir şekilde gıda yetiştirmenin önündeki en büyük engel, regolitte bulunan ve hem insanlar hem de bitkiler için toksik olan kimyasallar olan perklorat sorunudur. Bunlar o kadar tehlikelidir ki, sağlık açısından benzer örneklere dahil edilmezler.

Güncel araştırma, regolitte bu perkloratların varlığının daha önce sanıldığından daha büyük bir sorun olabileceğini öne sürdü. Araştırmacılar, regolith benzerini alıp Mars'ta bulunanlara benzer miktarlarda kalsiyum perklorat eklediklerinde, fazladan besin eklendiğinde bile bitkiler onda büyüyemedi.

Ancak bu, Mars'ta yetişen yiyecek rüyasından vazgeçmemiz gerektiği anlamına gelmiyor. Çalışmanın kıdemli yazarı Florida Teknoloji Enstitüsü'nden Andrew Palmer, Digital Trends'e bir e-postada, Mars'ta perkloratların varlığının gıda için bir meydan okuma olduğunu söyledi. üretim, "bu bir anlaşmayı bozmuyor." Regolith adı verilen bir süreçte toksinleri temizlemek için ekosisteme mikroorganizmalar veya belirli bitkiler sokmak mümkün olmalıdır. biyoremediasyon. "Bu tür yardımcılar, Dünya'daki ekosistemlerimizin ortak oyuncularıdır. Marslı kolonistlerimiz için tasarladığımız ekosisteme katkıda bulunma potansiyellerini göz ardı etmemiz için hiçbir neden yok” dedi.

Konuyla ilgili çalışmalarda yer alan bir diğer araştırmacı ise büyüyen ürünler için regolith'in yaşayabilirliğiGeorgia Üniversitesi'nden Laura Fackrell, perkloratların bir meydan okuma olduğu, ancak aşılamaz olmadığı konusunda hemfikir. Perkloratları tüketebilen veya bozabilen birden fazla bakteri türü olduğundan, bazıları için kullanılan perkloratların regolitten temizlenebileceğini öne sürdü. Dünyadaki kirli suyu temizlemek. Ancak burada da zorluklar var. Bu reaksiyon hem oksijen hem de klorür üretir - ve klorür toksik olmamasına ve bitki büyümesi için yararlı olabilmesine rağmen, çok fazlası bitkilere zarar verebilir ve hatta öldürebilir. Bitki yaşamı üzerindeki etkilerinin ne olacağını bilmek için daha fazla araştırmaya ihtiyacımız var. "Bu işlemle üretilen klorür miktarının bitkiler için çok fazla olup olmayacağını söylemek için yeterli veriye sahip değiliz, ancak olması muhtemel" dedi.

Başka bir potansiyel çözüm, perkloratları kelimenin tam anlamıyla regolitten yıkayarak çıkarmak olacaktır. Perkloratlar bir tür tuzdur ve suda çözünürler, bu nedenle regolitin durulanması onları giderir. Fackrell, "Ancak bu, nitratlar gibi diğer besin maddelerini de ortadan kaldırabilir" diye uyardı. Bu amaçla değerli suyun kullanılmasıyla ilgili sorunlardan bahsetmiyorum bile.

Yine de perkloratların varlığı mutlaka kötü haber değildir. Fackrell, bakterilerin toprağı temizlemek için perklorat tüketmesinin yararlı bir yan ürün üreteceğine dikkat çekti. astronotların ihtiyaçlarını karşılamak için sürdürülebilir bir sistemin parçası olabilecek oksijen: "Perkloratlar çok gerçek bir meydan okumak; ancak oksijen kaynağına dönüşme imkanı da sunuyorlar.”

sistem kurmak

Uzun vadeli bir oyun olarak Mars'ta tarım kurmayı düşünmek yardımcı olur. Amaç sadece tek bir mahsul yetiştirmek değil, sürdürülebilir bir sistem kurmaktır.

İlk hasat en zorudur. Bu yapıldıktan ve bakteriler kurulduktan sonra, önceki hasatlardan kalan herhangi bir bitki maddesi toprağa geri eklenebilir, bu hem besinleri ekler hem de su tutmaya yardımcı olur. Böylece zamanla toprak daha verimli ve bitkiler için daha misafirperver hale gelecektir.

Bu, insanlar herhangi bir süre için Mars'a varır varmaz bitki yetiştirme girişimlerine başlamak için güçlü bir itici güç olduğu anlamına gelir. “Kendi yemeğinizi yetiştirmeye başlamak için ilk keşif gezisinden başlamanız gerektiğini düşünüyorum. Aksi takdirde, büyük olasılıkla bunu yapmak mümkün olmayacak, ”dedi Wamelink. Ekin büyümesiyle ilgili sorunlar olması durumunda, ilk seferler kesinlikle kendi yiyeceklerini de getirecekti. Ancak toprağı kullanılabilir hale getirme sürecine başlayabilirler.

Ekilen toprağı hava, ışık ve sıcaklığa sahip olduğu sürece görevler arasında korumak da mümkündür. Siz yokken toprağı gübrelemek için bırakılabilecek yenilebilir olmayan lahana türleri gibi belirli mahsulleri ekebilirsiniz. Bu, çiftçilerin kışın topraklarını iyileştirmek için Wamelink'in anavatanı olan Hollanda'da kullandıkları ilkenin aynısıdır.

Diğer bir husus, hem daha cömert bir hasat için hem de gelecekteki mahsuller için tohum oluşturmak için bitki tozlaşmasıyla nasıl başa çıkacağınızdır. Birçok bitki türü polenlerini taşımak için rüzgarı kullanır. Ancak bu, bir Mars habitatında hava akışı kurmanız gerekeceği anlamına gelir ki bu kolay olmaz. Yine de başka bir seçenek var, o da arı kullanmak.

Arılar mükemmel tozlayıcılardır ve bir Mars habitatında yaşamak için Dünya'dan getirilebilirler. Yaban arısı kraliçeleri potansiyel olarak bir uzay yolculuğu için kış uykusuna alınabilir ve ardından polenlerin etrafına yayılmak üzere serbest bırakılabilir.

Sinekler başka bir seçenektir ve başka bir avantajları vardır: Sinek larvaları yenilebilir ve birçok insan kadar hassas olabilir. onları yemekle ilgili olabilir, başka türlü bir vejeteryan veya veganda önemli bir protein kaynağı sağlayabilirler. diyet.

İhtiyacımız olan her şey

Mars'ta yiyecek yetiştirmenin birçok karmaşıklığına rağmen, teorik olarak mümkündür. Henüz üzerinde çalışılması gereken birçok detay var, ancak prensip olarak, astronotlar yanlarında doğru malzemeleri getirdikleri sürece orada mahsul yetiştirebiliriz. “Bir alışveriş listem var!” Wamelink şaka yaptı.

Vurguladığı tek sınırlama, tüm bu deneylerin şu anda mevcut olan Mars simülasyonuna dayanmasıydı, bu nedenle sonuçlar yalnızca simülasyon kadar doğru. Perkloratlar ve bunların hem bitkileri hem de insanları nasıl etkileyebileceği konusu açık bir konudur ve gelecekteki misyonlar gibi Mars Numune İadesi, Mars'tan tam olarak ne bekleyebileceğimiz konusunda daha emin olmamıza yardımcı olacaktır. çevre.

Kolay olmayacak, ancak astronotlar bir gün diyetlerinin günlük bir parçası olarak Mars'ta yetiştirilen taze sebzelerin tadını çıkarabilirler. Wamelink, "Devam etmesi için birçok şey yapmanız gerekiyor," diye uyardı, "ama artık bunu nasıl yapacağımızı biliyoruz."

Bu makalenin bir parçası Marsta yaşam - insanların Mars'ı işgal etmesine izin verecek en son bilim ve teknolojiyi araştıran 10 bölümlük bir dizi

Editörlerin Önerileri

• Kozmolojik bir işe gidip gelme: İnsanları Mars'a göndermenin zorlu lojistiği
• Mükemmel itme gücü: İnsanları Mars'a nasıl ulaştıracağız?
• Kumdan kaleler: Mars toprağı ile nasıl yaşam alanları yapacağız?
• Yapay atmosferler: Mars'ta solunabilir hava ile nasıl bir üs inşa edeceğiz?
• Hasat hidrasyonu: Gelecekteki yerleşimciler Mars'ta nasıl su yaratacak ve toplayacak?