Вирощування їжі на Марсі: вчені готуються до колонізації

Уявіть собі, що людство змушене покинути Землю, щоб розпочати нове життя на Марсі. Яким буде це життя? Чи зможемо ми адаптуватися до умов, що здаються непридатними для існування? Це питання все частіше стає предметом обговорення не тільки науковців, а й широкої публіки. У одному з відео на YouTube-каналі «Хмаринка Science» обговорювалися ці виклики, і як вчені вже сьогодні готуються до них. Ми підготували короткий виклад найважливішого.

Подорож в один кінець: чому самозабезпечення — це не примха

Подорож до нашого червоного сусіда — це не просто тривала, а й логістично складна місія. Переліт займає до десяти місяців, а стартове вікно для такого польоту відкривається лише раз на два роки. Це означає, що доставка продовольства із Землі буде надзвичайно дорогою і ненадійною. На початковому етапі колонізації більшість продуктів, безумовно, привозитимуть із нашої рідної планети, але згодом для сталого функціонування колонії буде просто необхідно облаштувати власні продумані екосистеми. Тільки так можна забезпечити потреби людини у їжі та створити надійну основу для подальшого освоєння Марса.

Сам Марс — це середовище, де життя у звичному для нас розумінні майже неможливе. Головні перешкоди — це розріджена атмосфера та токсичні речовини в ґрунті, зокрема перхлорати. Ці солі надзвичайно шкідливі для людини, і їхня висока концентрація в реголіті (марсіанському ґрунті) є серйозним викликом для будь-яких спроб вирощування рослин.

Земні симуляції: як ми тренуємося виживати на Марсі, не залишаючи планету

Щоб підготуватися до майбутньої марсіанської місії, НАСА та інші космічні агентства створюють спеціальні симуляції в пустелях Землі. Одна з найвідоміших станцій розташована в пустелі Сан-Рафаель, штат Юта. Ця місцевість вважається геологічним аналогом марсіанського ландшафту, що дозволяє вченим максимально точно відтворити умови, з якими доведеться зіткнутися на Червоній планеті. Дослідники живуть у спеціальних модулях, виходять назовні виключно в скафандрах, а харчуються продуктами, вирощеними у місцевій теплиці. Це не просто експеримент, а повноцінне тренування, яке допомагає зрозуміти, як функціонуватимуть майбутні колонії.

Проте, подібні симуляції – це лише частина роботи. Величезна увага приділяється лабораторним дослідженням. В Університеті штату Айова, наприклад, дослідники змогли виростити редис, ріпу та салат на субстраті, що був максимально наближений до марсіанського реголіту. Вчені використали продукти вулканічної активності на Землі, адже марсіанський ґрунт є наслідком діяльності давніх вулканів.

Підписуйтеся на наші соцмережі

Реголіт та перхлорати: перші успіхи в аграрних експериментах

Першою культурою, яку вдалося виростити в імітованому марсіанському ґрунті, була люцерна. Її не тільки успішно виростили, а й переробили на добриво для наступних рослин, що демонструє можливість створення замкнутого циклу харчування. Хоча редис, ріпа та салат не потребують великої кількості вологи, їх все одно необхідно поливати. Для цього науковці розробили особливий процес: воду опріснювали за допомогою морських бактерій, а потім фільтрували крізь вулканічну породу.

Експерименти виявили, що генетично модифіковані сорти рису, які були змінені для стійкості до посухи, цукрового голоду та засоленості, також здатні вкорінюватися. Однією з переваг картоплі є її здатність адаптуватися в екстремальних умовах, і вона також успішно росла в цьому сухому і солоному середовищі. За останні роки в штучних умовах вдалося зібрати врожай помідорів, моркви, зеленої квасолі, і навіть грибів. Бобові, багаті на білок і клітковину, можуть становити значну долю раціону майбутніх марсіан. До раціону також можна додати деяких комах, які мають значний вміст білків.

Ключовим викликом, з яким стикаються аграрії на Марсі, є саме перхлоратні солі. Дослідження показали, що порогова концентрація, за якою вже нічого не виросте, становить 3 грами перхлорату на кілограм ґрунту. Однак, модифіковані сорти рису здатні вкорінюватись, якщо ґрунт містить до 1 грама пархлоратів на кілограм. Це свідчить про те, що генетична модифікація рослин може стати ключовим інструментом для подолання цього виклику.

Нідерландські дослідники також провели схожі експерименти, висадивши у імітацію інопланетної землі крес-салат, руколу, томати, редис, жито, кіноа, шніт-цибулю, шпинат, горох і цибулю порей. Дев'ять із десяти культур, за винятком шпинату, добре росли на модельних ґрунтах. Це дослідження підтвердило, що на Марсі буде можливо не лише вирощувати їжу, а й отримувати життєздатне насіння для подальших посівів.

Відкриті теплиці чи підземні ферми: вибір майбутнього

Дослідження на Землі, безумовно, корисні, але умови на Марсі є надзвичайно унікальними. Наприклад, поблизу марсіанського екватора вдень буває досить тепло для теплиць, але їх доведеться ізолювати та обігрівати для компенсації падіння температури вночі. Крім того, рослини потребують щільнішої атмосфери. Вважається, що їх можна вирощувати у середовищі з тиском 0,1 бар, що становить 10% від тиску біля поверхні Землі.

Інше дослідження вивчало, чи можна використовувати енергію Сонця для вирощування рослинної їжі, збудувавши теплиці з прозорими стінами. Через те, що радіація на Марсі у 17 разів сильніша, ніж на Землі, експеримент показав, що вирощена у такий спосіб їжа непридатна для споживання. Це підкреслює критичну потребу в захисті від радіації.

Вірогідно, найнадійнішим способом отримати врожай буде гідропоніка — вирощування рослин без ґрунту у багатій на поживні речовини воді. Для цього найкраще підійдуть гідропонічні камери, що будуть вкриті від радіації насипами ґрунту або сховані під поверхнею, можливо, у природних лавових печерах. За допомогою штучного освітлення можна буде контролювати спектр та інтенсивність світла, а також суворо регулювати витрати води та поживних речовин. Керування теплицею має бути автономним і легко програмованим.

За результатами конкурсу Big Idea Challenge 2019, НАСА обрала найкращий тип теплиці для Червоної планети — купольну теплицю, розроблену студентами Дартмутського коледжу. Ця гідропонна структура здатна забезпечити чотирьох астронавтів 3100 калоріями щодня протягом 600 днів. У ній можна вирощувати до восьми харчових культур, серед яких соя, капуста, картопля, пшениця та полуниця. Система працює на основі гравітації, забезпечуючи циркуляцію поживного розчину, а світлодіоди забезпечують достатньо світла. Цю теплицю можна транспортувати із Землі, легко розгорнути на Марсі та підтримувати її роботу з обмеженими технологіями та ресурсами.

Майбутнє вже близько

Шлях до створення стабільної колонії на Марсі довгий і складний, але дослідження і технології, які розробляються вже сьогодні, відкривають двері до майбутнього. Завдяки науковому підходу та інноваціям людство наближається до моменту, коли життя на іншій планеті стане реальним. Подолання таких викликів, як нестача води, токсичність ґрунту та висока радіація, стає можливим завдяки кропіткій роботі вчених. Кожна успішно вирощена рослина в умовах, що імітують марсіанські, — це крок до того дня, коли перші марсіанські поселенці зможуть зібрати свій перший урожай на Червоній планеті.

Глосарій ключових понять

Цей матеріал підготовлений на основі інформації з відкритих джерел. Редакція самостійно відбирає ключові факти, аналізує їх та структурує за допомогою AI-інструментів.