Marskartoffeln. Wissenschaftler haben Kartoffeln unter Marsbedingungen angebaut

Heute, am 8. Oktober, findet in Russland die Premiere von Ridley Scotts Film „The Martian“ statt. Ist es also möglich, Kartoffeln auf dem Mars anzubauen? Der Forscher Bruce Bugbee sagte, er habe bereits 1982 begonnen, sich mit der Frage zu befassen, ob Astronauten ihre eigene Nahrung anbauen könnten.

Bugbee untersucht derzeit die Aussichten auf Selbstversorgung für Astronauten bei der Gründung der ersten Weltraumkolonien. Auf dem Foto unten sehen Sie, wie Radieschen und Salat unter LED-Leuchten in einer der Forschungskammern wachsen. Diese Pflanzen erleben die sogenannte „orbitale Photoperiode“ der ISS, bei der sich alle 90 Minuten Zyklen wiederholen: 60 Minuten helles Licht und 30 Minuten Dunkelheit. Die Pflanzen werden mithilfe der Hydrokulturtechnologie (ohne Erde) angebaut und mittels Tropfbewässerung mit einer Hydrokulturlösung bewässert.

Mais wurde aus Samen gezüchtet, die sich im Weltraum befanden – das Ergebnis ist überraschend

Nach vorläufigen Studien ist die Wachstumsrate solcher Pflanzen im Vergleich zum Wachstum von Pflanzen aus leicht verringert Kontrollgruppe, die mit der Periodizität des Erdzyklus wachsen (16 Stunden am Tag und 8 Stunden in der Nacht). Die Idee, Nahrungsmittel auf dem Mars anzubauen, bringt viele Herausforderungen und Vorteile mit sich. Bei Langzeitmissionen sei es einfach nicht kosteneffektiv, Lebensmittel mitzunehmen, wenn man sie vor Ort anbauen könne, sagte Bugbee in einem Artikel für die Huffington Post.

Es geht jedoch nicht nur um die Ernährung. Pflanzen können mehr als nur Nahrung liefern. Wenn Sie 100 % aller Lebensmittel anbauen geschlossene Systeme Dann sorgt die Photosynthese der Pflanzen dafür, dass Sauerstoff und Kohlendioxid im perfekten Gleichgewicht bleiben. Aber diese wichtigen Gase sind nicht jede Minute des Tages im perfekten Gleichgewicht.

Pflanzen wachsen nicht automatisch schneller, um bei Bedarf zusätzlichen Sauerstoff bereitzustellen, daher sind Puffer erforderlich, um ihre Konzentration zu stabilisieren. Optimierung der Masse solcher Puffer - keine leichte Aufgabe, da sie groß genug sein müssen, um das Leben in Zeiten der Instabilität zu unterstützen, aber klein genug, um wirtschaftlich zu sein. In Lebenserhaltungssystemen sind „klein“ und „stabil“ jedoch unvereinbare Konzepte. Riesige Ozeane fungieren auf der Erde seit Jahrhunderten als solche Puffer, auf dem Mars gibt es sie jedoch nicht.

Ausreichende Versorgung frisches Wasser ist die zweite Herausforderung, die gelöst werden muss, um Nahrungsmittel auf dem Mars anzubauen. Um ein Kilogramm Nahrung zu produzieren, benötigen Pflanzen mindestens 200 Liter Wasser. Die gute Nachricht ist, dass Pflanzen Wasser recyceln und filtern – auch wenn Sie die Wurzeln nicht zu viel gießen. sauberes Wasser, ist der Wasserdampf, der aus den Poren der Blätter (Stomata) austritt, reiner als das beste Flaschenwasser. Solange wir Nahrung in einem geschlossenen System anbauen, werden wir genug haben sauberes Wasser- und es sind keine High-Tech-Filtersysteme erforderlich.

Und jetzt, nachdem auf der Pressekonferenz der NASA bekannt gegeben wurde, dass es auf dem Mars Salzwasser gibt, können wir über Lebenserhaltungssysteme nachdenken, indem wir Salz aus dem Wasser filtern, das der Planet bereits hat. Diese Technologie wird bereits in Städten mit begrenzten Wasservorräten eingesetzt, sodass diese Methode auch auf dem Mars eingesetzt werden könnte.

Das dritte große Problem ist das für die Photosynthese benötigte Licht. Anders als drinnen Kulturpflanzen Ohne helles Licht können sie nicht überleben, ihre Photosyntheseprozesse laufen schneller ab. In einem gewöhnlichen (gut beleuchteten!) Büro gibt es hundertmal weniger Licht als draußen und 30-mal weniger als das für den Anbau von Kartoffeln oder anderen Feldfrüchten erforderliche Mindestlicht. Gleichzeitig ist der Mars 1,5-mal weiter von der Sonne entfernt als die Erde, und obwohl die dünne Atmosphäre des Planeten die Sonnenstrahlung nur minimal filtert, beträgt die Intensität der Beleuchtung auf der Oberfläche etwa 60 % derjenigen auf der Erde.

Allerdings im Film Protagonist Mark Watney, gestrandet auf dem Mars, baut Kartoffeln an und nutzt dabei die Bürobeleuchtung in einem Raum, der die elektromagnetische Strahlung der Sonne abschirmen soll. Der Entwurf eines Mars-Gewächshauses stellt enorme Herausforderungen dar. Benötigt wird eine extrem starke, transparente Membran, die dem Meteoritenbeschuss standhält. Sie muss filtern kosmische Strahlung, vorbei photosynthetisch aktiv.

Im neuesten dieser Moment Die Technologie verwendet parabolische, konzentrierende Reflektoren und das Sonnenlicht wird über Glasfaser übertragen. Berechnungen zeigen, dass mit solchen Technologien sowie optimalen Umweltbedingungen eine Pflanzfläche von 25 für eine Person ausreichen würde. Quadratmeter.

Was erscheint sonst noch im Film unplausibel? Wir wissen, dass Mark Watney fast zwei Jahre lang von Proteinriegeln, Vitaminen und Kartoffelkohlenhydraten überlebt hat. Wir kennen die langfristigen Auswirkungen einer derart eingeschränkten Ernährung noch nicht. Wir essen normalerweise Hunderte pflanzlicher Lebensmittel pro Woche. Können wir die Ernährung auf 50 oder sogar 10 Pflanzenarten reduzieren? Vielleicht, aber wir brauchen Langzeitstudien mit Menschen in geschlossenen Systemen auf der Erde, um die Folgen einer solch eingeschränkten Ernährung zu ermitteln. Wenn wir davon ausgehen, dass die Umwelt auf dem Mars flächenmäßig begrenzt sein wird, müssen wir berücksichtigen, dass die Ernährung streng vegan sein wird und keine Früchte oder Nüsse auf den Bäumen wachsen.

Frühe Forschungen weisen auf den enormen psychologischen Wert von Pflanzen hin. Mark Watney erinnerte sich an die Kartoffelpflanzen, die ihm nach der Ernte fehlten. Wenn Astronauten zur Erde zurückkehren, sprechen sie oft über Experimente mit wachsenden Pflanzen und die Verbindung, die sie mit ihnen hergestellt haben. Vor zehn Jahren sagte ein Astronaut, der ein Jahr im Weltraum verbrachte: „Langfristige Weltraummissionen sind ohne Pflanzen unmöglich.“

Unser Planet ist dieses geschlossene System, das durchströmt Raum. Die besten Köpfe der Welt konzentrieren sich nun auf die Lösung des Problems der Folgen, die sich aus einer scheinbar geringfügigen Veränderung ergeben haben – der erhöhten Konzentration Kohlendioxid in der Atmosphäre von 0,03 % auf 0,04 %. Wir fangen gerade erst an, die Konsequenzen und Auswirkungen dieser scheinbar kleinen Veränderung zu verstehen.

Vielleicht werden die Abenteuer von Mark Watney junge Menschen dazu inspirieren, die wissenschaftliche Forschung voranzutreiben und dabei zu helfen, unseren Planeten vor einer möglichen Zerstörung zu bewahren.

Die Ergebnisse waren vielversprechend

Eine wissenschaftliche Organisation namens International Potato Center und die amerikanische Luft- und Raumfahrtbehörde NASA führten ein Experiment zum Kartoffelanbau unter Bedingungen durch, die denen auf dem Mars ähneln. Trotz des für den Mars typischen trockenen Bodens, der ungewöhnlichen Luft und des niedrigen Luftdrucks gelang es vielen Sorten, erfolgreich zu keimen.

Über das Experiment wurde Anfang letzten Jahres berichtet, als Spezialisten am besten für das Wachstum unter „Mars“-Bedingungen geeignet waren. Etwa die Hälfte dieser Sorten wurde künstlich gezüchtet, um wenig Wasser zu benötigen und immun gegen Viren zu sein. Andere Sorten, die für das Experiment ausgewählt wurden, wachsen in den Anden – sie können auf felsigem Boden in trockenen Gebieten wachsen und plötzliche Klimaveränderungen gut vertragen.

Wissenschaftler pflanzten Kartoffeln in einem speziellen „Gewächshaus“ auf Basis des CubeSat-Satelliten. Im Inneren dieser Installation befand sich Land aus der Wüste Pampa de la Hoya (einer der trockensten Orte der Erde). Der atmosphärische Druck sowie die Zusammensetzung der Atmosphäre entsprachen denen des „Mars“, und auch die Lufttemperatur entsprach diesem wird normalerweise auf dem Roten Planeten beobachtet. Dem Boden wurden für den Marsboden charakteristische Mineralien zugesetzt.

Das Experiment zeigte, dass es höchstwahrscheinlich möglich ist, Kartoffeln auf dem Mars anzubauen, dies erfordert jedoch zunächst eine Sättigung des Bodens Nährstoffe und lockern Sie es - in diesem Fall erhalten die Knollen ausreichend Wasser und Sauerstoff.

Experten führen ähnliche Experimente durch, um herauszufinden, wie hoch die Chancen sind, bestimmte Nahrungsmittel tatsächlich auf dem Mars anzubauen – etwa wenn eine Expedition zum Mars geschickt wird und ein solcher „Garten“ die Versorgung seiner Teilnehmer mit Nahrungsmitteln ermöglichen würde.

Mitte letzten Jahres gelang es Spezialisten aus Holland, auf marsähnlichen Böden Radieschen, Erbsen, Roggen und Tomaten anzubauen, und alle diese Produkte erwiesen sich als für den menschlichen Verzehr geeignet.

Um herauszufinden, ob Marspioniere auf dem Roten Planeten Nahrungsmittel anbauen könnten, versuchten Wissenschaftler, auf der Erde unter ähnlichen Bedingungen wie auf dem Mars Kartoffeln anzubauen. Die ersten Ergebnisse eines solchen Experiments waren eindeutig positiv.

Schon heute planen Wissenschaftler die Gründung einer Kolonie auf dem Mars. Allerdings angesichts der lokalen hohes Niveau Strahlung, einer dünnen Atmosphäre und kalten Temperaturen müssen die ersten Menschen, die auf dem Mars landen, unter rauen Bedingungen überleben. Und selbst wenn Überlebensprobleme gelöst werden können, ist eines der größten Probleme, was die Kolonisten essen werden.

Dieses Projekt wurde im Februar letzten Jahres vom International Potato Center gemeinsam mit der NASA ins Leben gerufen. Wissenschaftler versuchten, Kartoffeln in der Wüste Pampas de La Jolla im Süden Perus anzubauen, wo die Bedingungen (der trockenste und unfruchtbarste Boden) denen auf dem Mars am ähnlichsten sind.

Die Idee bestand nicht nur darin, zu verstehen, wie Kartoffeln auf dem Mars angebaut werden könnten, sondern die Wissenschaftler wollten auch wissen, ob dieses Knollenkraut dies kann nahrhafte Pflanze gedeihen unter extremen Bedingungen auf der Erde. Wenn das Experiment positiv verlaufen würde, könnte es die durch den Klimawandel verursachten Probleme der Ernährungssicherheit und des Hungers auf der ganzen Welt lösen.

Das Wissenschaftlerteam installierte einen versiegelten Cubesat-Container in der Wüste, um die Bedingungen auf dem Mars vollständig zu simulieren. Im Inneren des „Würfels“ platzierten die Forscher LED-Beleuchtung zur Simulation Sonnenstrahlung Auf dem Roten Planeten wurden Temperaturregler installiert, um die Tages- und Nachttemperaturen des Mars zu simulieren, sowie Geräte zur Regulierung des Luftdrucks und des Sauerstoff- und Kohlendioxidgehalts darin.

„Wenn Kartoffeln den extremen Bedingungen standhalten, denen wir sie in Cubesat aussetzen, dann besteht eine gute Chance, dass sie auf dem Mars wachsen“, erklärte Forscher Julio Valdivia Silva. - Wir werden mehrere Experimente durchführen, um herauszufinden, welche Kartoffelsorten dafür am besten geeignet sind. Wir wollen auch wissen, unter welchen Mindestbedingungen Kartoffeln überleben können.“

Tests innerhalb letztes Jahr zeigten, dass Kartoffeln in einem CubeSat in Wüstenboden keimen konnten. Die besten Ergebnisse zeigte jedoch eine salztolerante Sorte, die für den Einsatz im subtropischen Tiefland entwickelt wurde und kürzlich in Küstengebieten Bangladeschs angebaut wurde, wo der Boden einen hohen Salzgehalt aufweist.

Und in Fortsetzung des Weltraumthemas.

Der Hauptcharakter des Films gerät auf dem Mars in Vergessenheit, doch er verzweifelt nicht – er baut auf dem Roten Planeten Kartoffeln an und schafft es sogar, mit einem Raumschiff ohne Fenster abzuheben. Viele Zuschauer hatten eine Frage: Ist das tatsächlich möglich? Wir haben Experten gebeten, zu einigen kontroversen Themen Stellung zu nehmen.

Kann eine Plane wirklich so stark sein, dass sie all dem standhält – sowohl einem Sturm auf dem Mars als auch einem Flug? (Es ist nicht sofort kaputt gegangen.)

Dmitry Pobedinsky, Physiker, Wissenschaftspopularist, Videoblogautor„Physik von Pobedinsky“ :

Die Plane ist stark für die Atmosphäre des Mars. Es ist sehr verdünnt, der Druck an der Oberfläche ist 160-mal geringer als auf der Erde. Daher ist es wahrscheinlich, dass die Plane einer solchen Belastung standhalten kann. Aber natürlich müssen wir genauer rechnen.

Die Plane im Film scheint nicht einmal zu reißen, sondern rutscht einfach ab, wenn sich das Schiff fast im Orbit befindet. Möglicherweise haben sich die Knoten durch Überlastung und Vibrationen gelöst.

Ist es möglich, Kartoffeln aus Marsboden anzubauen und ihn mit menschlichen Abfallprodukten zu düngen?

Dmitri Pobedinski: Marsboden besteht aus Anorganische Verbindungen. Wie Sand. Kann man etwas im Sand wachsen lassen? Wenn ja, dann wird es auf Marsboden funktionieren.

Alexey Sacharow, Vorsitzender des Rates der Union für ökologischen Landbau:

Im Prinzip ist es möglich, wenn auch höchstwahrscheinlich nicht so schnell. Tatsache ist, dass in der Natur selbst in sterilem Boden (z. B. sterilem Sand) alle für das Pflanzenwachstum notwendigen chemischen Elemente enthalten sind, jedoch in einer für Pflanzen unzugänglichen Form. Der Prozess, daraus etwas zu erschaffen chemische Elemente Mineralien, das in einer für die Pflanze verdaulichen Form vorliegt – dieser Prozess ist fast ausschließlich mit der Aktivität von Mikroorganismen verbunden. Durch die Düngung des sterilen Substrats mit Abfallprodukten hat der Protagonist in diesen Boden Biota eingebracht, die nach einer gewissen Zeit im Laufe ihrer Lebenstätigkeit aus diesem Boden einen Boden bilden können, der für das Pflanzenwachstum ausreichend nährstoffreich ist , einschließlich Kartoffeln.

Matt Damons Charakter verbrachte mehr als ein Jahr (500 Sol) damit, nur Kartoffeln zu essen und sich zunächst mit Vitaminen zu versorgen, doch dann gingen sie aus. Trotzdem hatte er immer noch ein wunderschönes Lächeln, keine Anzeichen von Skorbut oder anderen Problemen – außer dass er abgenommen hatte. Wie ist das möglich?

Cheffreiberuflicher Ernährungsberater des Gesundheitsministeriums Region Krasnodar Leila Kadyrova:

Es wird schwierig sein, Skorbut zu bekommen, wenn man nur Kartoffeln isst. Kartoffeln enthalten Vitamin C, das richtige Vorbereitung Das Gemüse bleibt in ausreichender Menge darin und ermöglicht dem Körper, der Krankheit zu widerstehen.

„Marsmensch“. Standbild aus dem Film

Aber ich versichere Ihnen, dass der Gesundheit einer Person, die ein Jahr lang nur Kartoffeln isst, nichts Gutes passieren wird. Was sind Kartoffeln? Dies ist ein ziemlich sättigendes, stärkehaltiges Gemüse, das praktisch keine Proteine ​​oder Fette enthält. Dies ist ein kohlenhydrathaltiges Lebensmittel. Wenn der Körper über einen längeren Zeitraum keine Proteine ​​erhält, bedeutet das, dass er nicht über „ Baumaterial„Lebenswichtig für alle.“ wichtige Systeme Körper. Der Mensch fühlt sich schwach und energielos, seine Leistungsfähigkeit lässt nach und die Funktionen der Leber, des Nerven- und Kreislaufsystems sowie der Bauchspeicheldrüse werden beeinträchtigt. Wenn die Nahrung kein Fett enthält, verschlechtert sich die Gehirnfunktion, es treten Darmprobleme auf und es können Gelenkerkrankungen auftreten.

Es ist absolut unmöglich, zu verhungern, wenn man nur Kartoffeln isst. Es ist aber durchaus möglich, zahlreiche Immunerkrankungen zu entwickeln. Der Körper verliert einfach seine Fähigkeit, Virusinfektionen zu bekämpfen.

Der Held des Films entzündet Wasserstoff, um Wasser zu erzeugen. Ist das wirklich möglich? Und ist es möglich, dies zu Hause zu versuchen?

Dmitri Pobedinski: Wenn Wasserstoff verbrennt, entsteht tatsächlich Wasser. Dies ist zu Hause schwierig zu bewerkstelligen. Schließlich braucht man zumindest Wasserstoff, aber er wird nicht im Laden verkauft, es ist immer noch ein explosives Gas.

Was ist eine Schwerkraftschlinge?

Dmitri Pobedinski: Die Schwerkraftschlinge ist ein Schwerkraftmanöver. Sie können am Planeten vorbeifliegen und Ihre Flugbahn so clever gestalten, dass sich Ihre Geschwindigkeit nach dem Passieren des Planeten erhöht, ohne dass Motoren zum Einsatz kommen. Der Trick besteht darin, dass die Bewegungsenergie mit dem Planeten ausgetauscht wird. Die Geschwindigkeit und Energie des Raumfahrzeugs nehmen zu. Die Energie des Planeten nimmt um den gleichen Betrag ab, aber er hat eine so große Masse, dass die Abnahme seiner Geschwindigkeit vernachlässigbar ist.

Könnte ein Mensch in einem vom Mars startenden Raumschiff ohne Fenster und Dach überleben?

Dmitri Pobedinski: Wenn die lebenswichtige Aktivität eines Menschen durch einen Raumanzug unterstützt wird, dann denke ich, ja, man kann ohne Fenster starten.

Warum starb die Hauptfigur nicht an den Folgen der Strahlung auf dem Mars? Vor allem den Reaktor zum Heizen nutzen?

Dmitri Pobedinski: Zum Heizen verwendete er keinen Reaktor, sondern einen thermoelektrischen Radioisotopengenerator. In ihm radioaktive Substanz, bei dem ein langsamer Prozess des radioaktiven Zerfalls stattfindet, und nicht Kernreaktion. Wenn Sie es von der Last trennen, erzeugt es im Allgemeinen Wärme. Wenn es außerdem nicht beschädigt wird, ist die Hintergrundstrahlung um es herum höher als natürlich, aber nicht tödlich.

Früher gab es sogar die Praxis, solche Dinge in schwer zugänglichen Gebieten zu installieren – in der Taiga, Tundra. Zur Stromversorgung von Beacons oder anderen autonomen Kommunikationsmitteln.

Eine andere Sache ist die Sonneneinstrahlung. Die Atmosphäre auf dem Mars ist verdünnt und bietet kaum Schutz davor. Aber sie gingen dort auch nicht nackt, sondern in Raumanzügen. Sie sind aus Sonnenstrahlung fähig zu schützen.

Kann es auf dem Mars wirklich so starke Winde geben?

Dmitri Pobedinski: Der Wind auf dem Mars kann schnell sein, aber er ist sehr schwach. Daher wird das härteste Marswetter Ihre Frisur höchstens ruinieren.

Was ist ein Sol gleich?

Dmitri Pobedinski: Ein Sol ist ein Marstag. Es ist fast wie bei uns – 24 Stunden 39 Minuten 35,24409 Sekunden.

Wie hatte Hermes genug Treibstoff, um auf halbem Weg zurück zum Mars zu fliegen, Matt Damon aufzunehmen und zurückzufliegen?

Dmitri Pobedinski: Um im Weltraum zu fliegen, braucht man keinen Treibstoff! Sie fliegen durch Trägheit. Daher denke ich, dass es mithilfe von Gravitationsmanövern möglich ist, über einen längeren Zeitraum zwischen Planeten zu pendeln (Treibstoff wird nur benötigt, um die Umlaufbahn anzupassen und von einer Umlaufbahn in eine andere zu wechseln). Bei solchen Manövern braucht man nicht viel davon.

Wie gelang es den Helden, ohne Sicherungsseil so berühmt im Weltraum zu „schwimmen“?

Dmitri Pobedinski: Ich habe keine Ahnung. Eine ungeschickte Bewegung und Sie fliegen von der Station weg.

Was hat Sie als Physiker an dem Film verwirrt?

Dmitri Pobedinski: Es war verwirrend, wie er, nachdem er den Handschuh durchbohrt hatte, seine Bewegung kontrollieren konnte. Denn wenn Sie Kraft nicht auf den Schwerpunkt ausüben, werden Sie verdreht. Und den Schwerpunkt zu finden ist ziemlich schwierig.

Es war peinlich, wie er das gesprungene Glas des Raumanzugs mit Klebeband versiegelte. Dabei kommt es nicht einmal auf die Stärke an, sondern auf die Klebrigkeit und Dichtheit – wie hat er alles so schnell perfekt abgedichtet, während er noch im Raumanzug war?

Auch in allen Filmen wo Raumschiff rotiert, um künstliche Schwerkraft zu erzeugen, berücksichtigt nicht die Coriolis-Kraft. Sie würde dich ständig zur Seite drängen.

Auf dem Mars ist die Schwerkraft dreimal schwächer. Das ist mir im Film nicht aufgefallen. Aber das dürfte auffallen: Es ist zum Beispiel so, als würde man zwanzig statt sechzig Kilogramm wiegen.

Was auch verwirrend war, war, dass es im Inneren des Anzugs eine Beleuchtung gab. Jeder Autofahrer weiß, dass bei eingeschaltetem Licht im Innenraum ein Spiegelbild auf der Scheibe erscheint. In einem Raumanzug wird es genauso sein. Das Licht wird von der Innenfläche reflektiert und es ist schwierig, durch das Glas zu sehen.

„Marsmensch“. Standbild aus dem Film