Астроагрокультура: як ми будемо вирощувати їжу на Марсі

Якщо ми колись сподіваємось відправити людей живуть на Марсі протягом тривалого періоду часу нам потрібно буде тримати їх у теплі, у безпеці та ситними. Ця остання вимога створює труднощі для місії, яка може перевозити лише обмежену кількість припасів. Навіть якби консервована квасоля не була такою важкою, ніхто не хоче харчуватися нею протягом річної місії.

Зміст

  • Основні речі першої необхідності
  • Культивування життя в мертвому ґрунті
  • Удобрення грунту
  • Позбавлення від неприємностей
  • Проблема перхлоратів
  • Налаштування системи
  • Все, що нам потрібно

Майбутнє проживання Марса потребує свіжих фруктів, овочів і зерна. Але як вести господарство на отруйній, смертоносній планеті, як Марс? Щоб отримати відповідь, ми поговорили з трьома дослідниками Марса з питань екології, геології та біохімії.

Рекомендовані відео

Ця стаття є частиною Життя на Марсі – серія з 10 частин, яка досліджує передові науки та технології, які дозволять людям заселити Марс

Основні речі першої необхідності

Рослини витривалі, але вони мають деякі важливі вимоги. Щоб добре рости, їм необхідно тепло, помірний атмосферний тиск і захист від шкідливого випромінювання. Ці речі було б важко забезпечити на Марсі, за винятком того факту, що люди теж потребують усіх.

Їжа для Марса та Місяця/Facebook

Найпростішим рішенням було б те, що будь-яке середовище існування, яке ви побудуєте для розміщення астронавтів на Марсі, ви також побудуєте для розміщення всіх культур. Додайте кілька простих світлодіодних ліхтарів, і астронавти зможуть легко доглядати за своїми рослинами, коли вони ростуть. Додавання світла має протидіяти будь-якому впливу низької гравітації Марса, оскільки навіть у нульовій гравітації рослини природно ростуть корінням далеко від джерел світла. Герметичне середовище навіть має ту перевагу, що ви можете контролювати такі умови, як температура та вологість.

Вігер Вамелінк, селекціонер і еколог з Вагенінгенського університету, який є одним із провідних дослідників сільського господарства на Місяці та Марсі, розповів Digital Trends, що вирощування рослин у космосі насправді можна порівняти з міським сільським господарством, рухом за ефективне вирощування їжі в містах налаштування. Часто це досягається створенням стерильного середовища в закритих середовищах зі світлодіодними лампами. В принципі, сказав він, «це те, що ви можете робити на Марсі, або в пустелі, якщо хочете, або в місті».

Культивування життя в мертвому ґрунті

Однак найбільшою перешкодою для вирощування зернових культур на Марсі є відсутність чогось, здавалося б, простого: старомодного доброго бруду. Ґрунт на Землі наповнений живими організмами, а також певними мінералами, такими як фосфор і калій, які використовують рослини. Марс не має ґрунту — натомість його поверхню покриває мертвий пиловий матеріал, званий реголітом.

Ми не знаємо точних деталей того, з чого складається цей реголіт, і він може мати різний склад у різних регіонах. Але ми маємо приблизне уявлення про те, що в ньому, що дозволило NASA розробити симулятор реголіту. По суті, це відтворення марсіанського ґрунту на основі наших поточних знань про поверхню планети.

Їжа для Марса та Місяця/Facebook

Це означає, що ви можете експериментувати з марсіанським «ґрунтом» тут, на Землі. Хоча симулятор недешевий, він є доступні для придбання для дослідницьких цілей. Приблизно десять років тому Вамлінк задумався, чи можна використовувати симулятор для вирощування зернових культур, і розглянув це питання. «Те, що я дізнався, — сказав він, — на мій великий подив, мушу сказати, що ніхто ніколи цього не пробував».

Так він почав посадка насіння в ґрунт Марса, Місяця та Землі щоб порівняти їх зростання. У своїх перших експериментах Вамелінк очікував, що рослини будуть боротися в симуляторі Марса. «Це дуже бідний на поживні речовини ґрунт», — пояснив він. Він не містить органічних речовин і містить важкі метали, які можуть перешкоджати проростанню рослин. «Мої очікування були дуже низькими», — сказав він.

Його команда висадила 4200 насінин 14 різних видів, очікуючи, що більшість із них загине. Але результати сильно відрізнялися від прогнозів дослідників. Майже все насіння проросло — деякі з них протягом 24 годин. Це насправді спричинило проблеми, сміючись сказав Вамелінк, тому що команді раптово довелося піклуватися про величезний урожай із понад 4000 рослин.

Рослини потребували ретельного поливу, оскільки реголіт є гідрофобним, тобто він не вбирає багато вологи. Так знадобиться майбутнім марсіанським фермерам велика кількість води щоб їхні врожаї зростали.

І хоча рослини росли в симуляторі реголіту Марса, вони досягали лише кількох сантиметрів у висоту і не давали нічого їстівного. Щоб рослини виросли до повного розміру та дали овочі, вам потрібно додати поживні речовини.

Удобрення грунту

Основним компонентом, якого не вистачає ґрунту Марса, що стосується рослин, є органічна речовина. Органічна речовина є особливо важливим джерелом поживних речовин, коли вона розщеплюється бактеріями, а це означає, що нам також потрібно буде додати бактерії до майбутніх регіонів вирощування.

Імперський коледж Лондона

На щастя, люди, будучи ходячими колоніями мікробів, наповнені бактеріями. Отже, хоча це досить неприємна концепція, у нас є спосіб отримати їх. Найефективнішим методом було б зберегти сечу та фекалії, вироблені астронавтами під час їхньої місячної подорожі на Марс, а потім додати їх до реголіту для культивування бактерій. Якщо ви бачили фільм Марсіанин, де загиблий астронавт Марк Уотні вирощує картоплю на марсіанському ґрунті зі стічними водами себе та своїх членів екіпажу, це та сама концепція. Однак, щоб усі були здорові, вам потрібно вжити заходів для знищення будь-яких патогенів, які можуть передаватися через людські відходи.

Ви можете допомогти в процесі перетравлення органічних речовин і переробці їх у ґрунт, ввівши черв’яків. Навіть на Марсі дощові черв’яки є найкращим другом садівника, оскільки вони перетравлюють органічні речовини та виробляють добриво разом із риттям тунелів, які забезпечують важливу аерацію та утримання води для рослини коріння рости. «Я вважаю, що вони необхідні для хорошої системи», — сказав Вамлінк. Крім того, яйця хробаків можна зберігати протягом тривалого часу, що робить їх потенційно транспортними на Марс.

Їжа для Марса та Місяця/Facebook

Коли ваш реголіт Марса буде збагачений поживними речовинами, органічними речовинами, бактеріями та черв’яками, ви можете почати висаджувати насіння. Насіння можна привезти з Землі без особливих проблем, оскільки вони маленькі й легкі.

У майбутніх мешканців Марса може бути більш різноманітний вибір дієти, ніж ви собі уявляєте. Вамейлінк каже мені, що всі види їстівних рослин можуть рости в симуляторі марсіанського реголіту. Тож у той час як гідропонні системи використовуються в таких місцях, як Міжнародна космічна станція, де рослини вирощують не в ґрунті, а зважені в поживному розчині, краще підходять для вирощування листової зелені, ніж крохмалисті овочі, ви можете вирощувати практично що-небудь у ґрунті. Симулятор реголіту Марса використовувався для вирощування картоплі, зеленої квасолі, помідорів, моркви, редиски, пшениці, жита тощо.

Позбавлення від неприємностей

Однією з проблем безпеки ґрунту Марса є наявність небезпечних важких металів. «Це не лише цинк, якого нам потрібно небагато, але також кадмій, свинець, ртуть — усе те, що ви не хочете мати у своїй їжі», — сказав Вамелінк.

Однак це не обов’язково така велика проблема, як ви думаєте. «Це не дуже відрізняється від Землі», — зазначив він, оскільки важкі метали також можна знайти в нашому ґрунті. Питання полягає в тому, чи ці важкі метали зв’язані таким чином, що запобігає їх вивільненню в ґрунт і подальшому поглинанню рослинами.

Вирощування їжі на Марсі | МАРС: Як вижити на Марсі

Доброю новиною є те, що під час аналізу овочів, вирощених у симуляторі, було виявлено, що вони безпечні для споживання. Важкі метали були нижче небезпечних рівнів у всій їжі, а в деяких випадках рівні були навіть нижчими у вирощених реголітах овочі, ніж в овочах, вирощених у звичайному ґрунті для горщиків, можливо, через забруднюючі речовини, такі як вихлопи автомобілів, які забруднюють ґрунт тут на землі.

Існує також занепокоєння щодо кислотності ґрунту на Місяці та Марсі, що може обмежити доступ рослин до іншої важливої ​​молекули, фосфату. Нова область дослідження, яка розглядається, це додавання певні види грибів щоб реголіт міг вирішити це питання.

«Ми можемо взяти з собою на Марс гриби, які можуть рости в скелях і виділяти фосфати», — запропонував Вамлінк як майбутній напрямок дослідження. «Вони живуть у симбіозі з корінням рослин».

Проблема перхлоратів

Можливо, найбільшою перешкодою для безпечного вирощування їжі на Марсі є проблема перхлоратів, хімічних речовин, знайдених у реголіті, які є токсичними як для людей, так і для рослин. Вони настільки небезпечні, що їх не включають у зразки моделювання з міркувань здоров’я.

Останні дослідження припустив, що присутність цих перхлоратів у реголіті може бути більшою проблемою, ніж уявлялося раніше. Коли дослідники взяли симулятор реголіту та додали перхлорат кальцію в кількостях, подібних до тих, що були знайдені на Марсі, рослини не змогли рости в ньому, навіть якщо додали додаткові поживні речовини.

Однак це не означає, що ми повинні відмовитися від мрії про їжу, вирощену на Марсі. Ендрю Палмер з Флоридського технологічного інституту, старший автор дослідження, повідомив Digital Trends в електронному листі, що хоча наявність перхлоратів на Марсі є проблемою для їжі виробництва, «це не порушує угоду». Має бути можливість вводити в екосистему мікроорганізми або певні рослини для очищення реголіту від токсинів у процесі, який називається біоремедіація. «Такі помічники є звичайними гравцями в наших екосистемах на Землі. Немає жодних причин, щоб ми ігнорували їхній потенціал зробити внесок в екосистему, яку ми створюємо для наших марсіанських колоністів», — сказав він.

Їжа для Марса та Місяця/Facebook

Інший дослідник бере участь у дослідженнях на життєздатність реголіту для вирощування сільськогосподарських культурЛаура Факрелл з Університету Джорджії погодилася, що перхлорати є проблемою, але не непереборною. Вона припустила, що перхлорати можна очистити від реголіту за допомогою бактерій, оскільки існує кілька видів бактерій, які можуть споживати або розкладати перхлорати, деякі з яких використовуються для очищення забрудненої води тут, на Землі. Але й тут є труднощі. Ця реакція виробляє як кисень, так і хлорид — і хоча хлорид нетоксичний і може бути корисним для росту рослин, його надмірна кількість може завдати шкоди або навіть вбити рослини. Нам потрібні додаткові дослідження, щоб знати, яким буде його вплив на життя рослин. «У нас недостатньо даних, щоб сказати, чи кількість хлориду, що виробляється в результаті цього процесу, буде занадто великою для рослин, але це, ймовірно, так», — сказала вона.

Іншим потенційним рішенням було б буквально вимити перхлорати з реголіту. Перхлорати є різновидом солі та розчиняються у воді, тому промивання реголіту видалить їх. «Однак це також може видалити інші поживні речовини, такі як нітрати», — попередив Факрелл. Не кажучи вже про проблеми з використанням дорогоцінної води для цих цілей.

Пов'язані

  • Космічні повідомлення: як перші люди на Марсі спілкуватимуться із Землею
  • Астропсихологія: як залишатися здоровим на Марсі
  • Електростанції на інших планетах: як ми будемо виробляти електроенергію на Марсі

Наявність перхлоратів не обов’язково є поганою новиною. Факрелл зазначив, що бактерії, які споживають перхлорати для очищення ґрунту, вироблятимуть корисний побічний продукт кисень, який може бути частиною стійкої системи для задоволення потреб астронавтів: «Перхлорати представляють собою дуже реальну виклик; однак вони також мають можливість перетворитися на джерело кисню».

Налаштування системи

Це допомагає думати про створення сільського господарства на Марсі як про довгострокову гру. Мета полягає не лише в тому, щоб виростити один урожай сільськогосподарських культур, а й створити стійку систему.

Перший урожай – найважчий. Як тільки це буде зроблено і бактерії закріпляться, будь-яку рослинну речовину, що залишилася від попереднього врожаю, можна буде додати назад у ґрунт, що додає поживні речовини та допомагає утримувати воду. Тож з часом ґрунт стане родючішим і більш гостинним для рослин.

Це означає, що є сильний поштовх почати спроби вирощувати рослини, як тільки люди прибудуть на Марс на будь-який проміжок часу. «Я думаю, що ви повинні почати з першої експедиції, щоб почати вирощувати власну їжу. В іншому випадку це, швидше за все, буде неможливо», — сказав Вамлінк. Перші експедиції, безсумнівно, також привезли власну їжу, якщо виникнуть проблеми з ростом врожаю. Але вони могли почати процес, щоб зробити ґрунт придатним для використання.

Також можна зберегти культивований ґрунт між місіями, доки в ньому є повітря, світло та тепло. Ви можете сіяти певні культури, як-от неїстівні сорти капусти, які можна залишити для удобрення ґрунту під час вашої відсутності. Це той самий принцип, який використовують фермери на батьківщині Вамлінка в Нідерландах, щоб покращити свій ґрунт протягом зими.

Ще одна міркування полягає в тому, як ви маєте справу із запиленням рослин, як для більшого врожаю, так і для створення насіння для майбутніх культур. Багато видів рослин використовують вітер, щоб розносити свій пилок. Але це означає, що вам потрібно буде налаштувати повітряний потік у середовищі існування Марса, що було б нелегко. Але є й інший варіант — використовувати бджіл.

Бджоли є чудовими запилювачами, і їх можна привезти з Землі, щоб жити в марсіанському середовищі існування. Маток джмелів потенційно можна ввести в сплячку для космічної подорожі, а потім відпустити, щоб поширювати пилок.

Іншим варіантом є мухи, які мають ще одну перевагу: личинки мух можуть бути їстівними та такими ж гидливими, як і багато людей. може стосуватися їх вживання в їжу, вони можуть стати важливим джерелом білка для вегетаріанців або веганів дієта.

Все, що нам потрібно

Незважаючи на багато складнощів вирощування їжі на Марсі, теоретично це можливо. Багато деталей ще належить опрацювати, але в принципі ми зможемо вирощувати там зернові культури, якщо астронавти візьмуть із собою потрібні матеріали. «У мене є список покупок!» Вамлінк пожартував.

Єдине обмеження, яке він підкреслив, полягало в тому, що всі ці експерименти базувалися на симуляторі Марса, доступному на даний момент, тому результати настільки точні, наскільки точний імітатор. Питання перхлоратів і того, як вони можуть вплинути як на рослини, так і на людей, є відкритим, і це стосується майбутніх місій Повернення зразків з Марса має допомогти нам стати більш впевненими щодо того, чого саме ми можемо очікувати від Марса навколишнє середовище.

Це буде непросто, але колись астронавти зможуть насолоджуватися свіжими овочами, вирощеними на Марсі, як щоденною частиною свого раціону. «Ви повинні зробити багато речей, щоб запустити це, — попередив Вамлінк, — але тепер ми знаємо, як це зробити».

Ця стаття є частиною Життя на Марсі – серія з 10 частин, яка досліджує передові науки та технології, які дозволять людям заселити Марс

Рекомендації редакції

  • Космологічне переміщення: хитра логістика відправлення людей на Марс
  • Удосконалення двигуна: як ми доставимо людей на Марс
  • Замки з піску: як ми створимо середовище існування з марсіанського ґрунту
  • Штучні атмосфери: як ми побудуємо базу з придатним для дихання повітрям на Марсі
  • Збирання гідратації: як майбутні поселенці будуть створювати та збирати воду на Марсі