Марсианская картошка. Ученые вырастили картошку в марсианских условиях

Сегодня, 8 октября, в России состоится премьера фильма Ридли Скотта «Марсианин». Так можно ли вырастить на Марсе картофель? Исследователь Брюс Багби рассказал, что он начал изучать вопрос выращивания космонавтами собственных продуктов еще в 1982 году.

Сейчас Багби изучает перспективы самообеспечения космонавтов при создании первых космических колоний. На фотографии ниже можно увидеть редис и салат-латук, которые растут под светодиодами в одной из исследовательских камер. Эти растения испытывают так называемый «орбитальный фотопериод» МКС, когда циклы повторяются каждые 90 минут: 60 минут яркого света и 30 минут темноты. Посевы выращивают по гидропонной технологии (без почвы) и поливаются гидропонным раствором путем капельного орошения.

Из семян, побывавших в космосе, вырастили кукурузу - результат удивляет

Судя по предварительным исследованиям, темпы роста таких растений снижены незначительно по сравнению с ростом растений из контрольной группы, которые растут с периодичностью земного цикла (16 часов дня и 8 часов ночи). Есть множество проблем и преимуществ в идее выращивании еды на Марсе. Что касается долгосрочных миссий, то брать еду с собой просто нерентабельно, если есть возможность выращивать ее на месте, рассказывает Багби в своей статье для издания Huffington Post.

Однако дело не только в питании. Посевы могут дать больше, нежели просто обеспечение провизией. Если выращивать 100 % всей еды в закрытых системах, то фотосинтез растений удержит кислород и углекислый газ в идеальном балансе. Но эти важные газы находятся не в идеальном балансе каждую минуту каждого дня.

Растения не станут автоматически расти быстрее, чтобы обеспечить дополнительный кислород при необходимости, соответственно нужны буферы для стабилизации их концентрации. Оптимизация массы таких буферов - непростая задача, поскольку они должны быть достаточно большими, чтобы поддержать жизнь в периоды нестабильности, но достаточно маленькими, чтобы быть экономичными. Однако в системах жизнеобеспечения «маленький» и «стабильный» - это несочетаемые понятия. Веками на Земле массивные океаны играли роль таких буферов, но на Марсе их нет.

Достаточный запас пресной воды - это вторая задача, которую нужно решить для выращивания продовольствия на Марсе. Растениям требуется не менее 200 литров воды для производства одного килограмма еды. Хорошей новостью является то, что растения перерабатывают и фильтруют воду - даже если полить корни не слишком чистой водой, водяной пар, который будет исходить из пор на листьях (устьиц) будет более чистым, чем лучшая бутилированная вода. Пока мы будем выращивать еду в замкнутой системе, мы будем иметь достаточно чистую воду - и нет необходимости в высокотехнологичных системах фильтрации.

А теперь, после пресс-конференции НАСА, на которой было объявлено, что на Марсе есть соленая вода, можно подумать о системах жизнеобеспечения путем фильтрации соли из воды, которая на планете уже есть. Такая технология уже применяется в городах с ограниченными запасами воды, так что можно использовать этот метод и на Марсе.

Третьей серьезной проблемой является свет, необходимый для фотосинтеза. В отличие от комнатных, культурные растения не могут выжить без яркого света, их процессы фотосинтеза идут быстрее. В обычном (хорошо освещенном!) офисе в сто раз меньше света, чем на улице, и в 30 раз меньше минимального света, необходимого, чтобы вырастить картофель или другие культуры. При этом Марс находится в 1,5 раза дальше от Солнца, чем Земля и, хотя тонкая атмосфера планеты минимально фильтрует солнечное излучение, интенсивность освещения на поверхности составляет около 60 % от земного.

Однако в фильме главный герой Марк Уотни, оказавшись на Марсе, выращивает картофель при помощи офисного освещения в помещении, предназначенном для того, чтобы блокировать электромагнитную радиацию от Солнца. Проектирование марсианской теплицы сопряжено с огромными трудностями. Необходима чрезвычайно прочная, прозрачная мембрана, которая выдержит метеоритную бомбардировку. Она должна фильтровать космическую радиацию, пропуская фотосинтетически активную.

В новейшей на данный момент технологии используются параболические концентрирующие рефлекторы, а солнечный свет передается с помощью оптоволокна. Вычисления показывают, что с такими технологиями, а также оптимальными условиями среды, для одного человека была бы достаточна площадь посадок в 25 квадратных метров.

Что еще в фильме выглядит неправдоподобным? Мы знаем, что Марк Уотни выживал на протеиновых батончиках, витаминах и углеводах из картофеля в течение почти двух лет. Мы еще не знаем долгосрочных последствий такой ограниченной диеты. Мы обычно едим продукты из сотни растений в неделю. Можем ли мы уменьшить рацион до 50 видов растений или даже до 10? Возможно, но нам нужны долгосрочные исследования с людьми в замкнутых системах на Земле, чтобы определить последствия столь ограниченного рациона. Если мы предполагаем, что площадь среды на Марсе будет ограничена, необходимо учитывать, что диета будет строго веганской, без фруктов или орехов, растущих на деревьях.

Ранние исследования указывают на огромную психологическую ценность растений. Марк Уотни вспоминал о растениях картофеля, которых ему не хватало после сбора урожая. Когда космонавты возвращаются на Землю, они часто рассказывают об экспериментах с выращиванием растений и о той связи, которая у них с ними возникала. 10 лет назад космонавт, который провел в космосе год, заявил: «Длительные космические экспедиции без растений невозможны».

Наша планета - эта замкнутая система, которая мчится сквозь космическое пространство. Лучшие умы планеты сейчас сосредоточены на решении проблемы последствий, возникших в результате, казалось бы, незначительного изменения - роста концентрации углекислого газа в атмосфере с 0,03 % до 0,04 %. Мы только начинаем понимать последствия и воздействие этого кажущегося незначительным изменения.

Возможно, приключения Марка Уотни вдохновят молодых людей на дальнейшие научные изыскания и помогут спасти нашу планету от возможной гибели.

Результаты оказались многообещающими

Научная организация под названием Международный центр картофеля и американскок аэрокосмическое агентство NASA провели эксперимент по выращиванию картошки в условиях, приближенных к марсианским. Несмотря на характерную для Марса сухую почву, необычный воздух и низкое атмосферное давление, многим сортам удалось успешно прорасти.

Об эксперименте сообщалось ещё в начале прошлого года, когда специалисты , наиболее подходящие для выращивания в «марсианских» условиях. Около половины этих сортов были выведены искусственно таким образом, чтобы требовать мало воды и быть невосприимчивыми к вирусам. Прочие сорта, которые были отобраны для эксперимента произрастают в Андах - они способны расти на каменистой почве в засушливой местности и хорошо переносят резкие климатические изменения.

Учёные посадили картофель в специальной «теплице» на базе спутника CubeSat. Внутри этой установки располагалась земля из пустыни Пампа де ла Хойя (одного из самых засушливых мест на Земле), Атмосферное давление, а также состав атмосферы соответствовали «марсианским», температура воздуха также соответствовала той, что обычно наблюдается на Красной планете. В почву добавлялись характерные для марсианского грунта минералы.

Эксперимент показал, что вырастить картофель на Марсе, скорее всего, реально,однако для этого потребуется предварительно насытить почву питательными веществами и разрыхлить ее - в этом случае клубни будут получать достаточное количество воды и кислорода.

Подобные эксперименты специалисты проводят, чтобы выяснить, сколь высоки будут шансы действительно растить те или иные продукты питания на Марсе - к примеру, если на Марс будет отправлена экспедиция, и подобный «огород» позволил бы обеспечивать пищей её участников.

В середине прошлого года специалисты из Голландии , что им удалось вырастить на почве, аналогичной марсианскому грунту, редис, горох, рожь и помидоры, причём все эти продукты оказались пригодны для употребления в пищу.

Чтобы понять, смогут ли марсианские первопроходцы выращивать еду на Красной планете, ученые попытались вырастить картофель на Земле в условиях, подобных марсианским. Первые результаты подобного эксперимента явно были положительными.

Сегодня ученые уже планируют основать колонию на Марсе. Однако, учитывая местный высокий уровень радиации, разреженную атмосферу и холодную температуру, первым людям, которые приземлятся на Марсе, придется выживать в суровых условиях. И даже если если удастся решить вопросы выживания, одной из самых больших проблем является то, чем будут питаться колонисты.

Данный проект был запущен в феврале прошлого года Международным центром картофеля совместно с NASA. Ученые пытались вырастить картофель в пустыне Пампас-де-Ла-Хойя на юге Перу, где условия (самая сухая и бесплодная почва) максимально похожи на Марс.

Идея заключалась не только в том, чтобы понять, каким образом можно вырастить картофель на Марсе, а также ученые хотели узнать, может ли это клубненосное травянистое питательное растение процветать в экстремальных условиях на Земле. Если эксперимент был положительным, то это могло бы решить проблемы продовольственной безопасности и голода во всем мире, вызванные изменением климата.

Команда ученых установила герметичный контейнер Cubesat в пустыне, чтобы полностью имитировать условия на Марсе. Внутри «куба» исследователи разместили светодиодное освещение для имитации солнечного излучения на Красной планете, установили средства регулирования температуры, чтобы имитировать марсианскую дневную и ночную температуру, а также приборы для регулирования уровня давления воздуха и содержания в нем кислорода с углекислым газом.

«Если картофель сможет выдержать экстремальные условия, которым мы подвергаем его в Cubesat, то есть хороший шанс, что он вырастет и на Марсе, - пояснил исследователь Хулио Валдивиа Сильва. - Мы проведем несколько экспериментов, чтобы выяснить, какие сорта картофеля более всего подходят для этого. Также мы хотим узнать, при каких минимальных условиях может выжить картофель».

Тесты в течение последнего года показали, что картофель смог прорасти в почве пустыни внутри Cubesat. При этом лучшие результаты показал солестойкий сорт, разработанный для использования в субтропических низинах, который недавно начали выращивать в прибрежных районах Бангладеша, где наблюдается высокий уровень соли в почве.

И в продолжение космической темы ещё .

Главного героя фильма забывают на Марсе, но он не отчаивается — выращивает на красной планете картофель и даже умудряется взлететь на космическом корабле без иллюминаторов. У многих зрителей возник вопрос: возможно ли это в реальности? Мы попросили специалистов прокомментировать некоторые спорные моменты.

Неужели брезент может быть таким крепким, что все это выдержит — и бурю на Марсе, и полет? (Он ведь порвался далеко не сразу.)

Дмитрий Побединский, физик, популяризатор науки, автор видеоблога «Физика от Побединского» :

Брезент крепкий для атмосферы Марса. Она очень разреженная, давление на поверхности в 160 раз меньше, чем на Земле. Поэтому вполне вероятно, что брезент сможет выдержать такую нагрузку. Но, конечно, нужно более точно просчитывать.

Брезент в фильме, кажется, даже не порвался, а просто сполз, когда корабль почти вышел на орбиту. Возможно, от перегрузки и вибраций развязались узлы.

Можно ли вырастить картошку из марсианского грунта, удобрив его продуктами жизнедеятельности человека?

Дмитрий Побединский: Марсианский грунт состоит из неорганических соединений. Как песок. Можно ли что-то вырастить в песке? Если да, то и в марсианском грунте получится.

Алексей Сахаров, председатель Совета Союза органического земледелия:

В принципе можно, хотя, скорее всего, не так быстро. Дело в том, что в природе, даже в стерильном грунте (например, стерильном песке) содержатся все необходимые для роста растений химические элементы, но находятся они в недоступной для растений форме. Процесс создания из этих химических элементов минеральных веществ, которые будут в усваиваемой для растения форме — это процесс почти целиком и полностью связанный с деятельностью микроорганизмов. Удобрив стерильный субстрат продуктами жизнедеятельности, главный герой привнес в этот грунт биоту, которая по прошествии какого-то периода сможет из этого грунта в процессе своей жизнедеятельности создать почву, которая будет достаточно питательной для роста растений, в том числе и картофеля.

Герой Мэтта Дэймона больше года (500 сол) провел, питаясь одной картошкой, сначала подкармливая себя витаминами, но потом и они закончились. Тем не менее, у него сохранилась прекрасная улыбка, никаких признаков цинги и других проблем — разве что, похудел. Как такое возможно?

Главный внештатный специалист-диетолог Министерства здравоохранения Краснодарского края Лейла Кадырова:

Цингой заболеть, питаясь одной лишь картошкой, будет сложно. Картофель содержит в себе витамин С, который при правильном приготовлении овоща остается в нем в достаточных количествах и позволяет организму противостоять заболеванию.

«Марсианин». Кадр из фильма

Но уверяю вас, что ничего хорошего со здоровьем человека, который в течение года будет питаться только одним картофелем, не произойдет. Что такое картошка? Это достаточно сытный, крахмалосодержащий овощ, который практически не содержит в себе белков и жиров. Это углеводсодержащая пища. Если продолжительное время организм не будет получать белков, то значит, у него не будет «строительного материала» для всех жизненно важных систем организма. Человек будет ощущать слабость и нехватку энергии, снизится его работоспособность, нарушатся функции печени, нервной и кровеносной систем, поджелудочной железы. Если в рационе не будет жиров, то ухудшится работа мозга, начнутся проблемы с кишечником, могут наступить болезни суставов.

Совершенно точно, употребляя в пищу одну только картошку, умереть от голода невозможно. Но заработать многочисленные болезни иммунитета вполне реально. Организм просто растеряет свою способность бороться с вирусными инфекциями.

Герой фильма поджигает водород, чтобы сделать воду. Это действительно возможно? И можно ли попробовать сделать такое дома?

Дмитрий Побединский: При горении водорода действительно получается вода. Дома это сделать проблематично. Ведь, как минимум, нужен водород, а в магазине он не продается, все-таки взрывоопасный газ.

Что такое гравитационная праща?

Дмитрий Побединский: Гравитационная праща — это гравитационный маневр. Можно пролететь мимо планеты и построить свою траекторию таким хитрым образом, что после пролета планеты ваша скорость увеличится, причем без использования двигателей. Хитрость в том, что происходит обмен энергией движения с планетой. Скорость и энергия космического корабля увеличиваются. На такую же величину уменьшается и энергия планеты, но у нее настолько огромная масса, что уменьшение ее скорости ничтожно.

Смог бы человек выжить в аппарате, который взлетает с марса без иллюминаторов и крыши?

Дмитрий Побединский: Если жизнедеятельность человека поддерживается скафандром, то думаю да, можно взлететь и без иллюминаторов.

Почему главный герой не умер от радиации на Марсе? Особенно, используя реактор для обогрева?

Дмитрий Побединский: Для обогрева он использовал не реактор, а радиоизотопный термоэлектрический генератор. В нем радиоактивное вещество, в котором происходит медленный процесс радиоактивного распада, а не ядерная реакция. В целом, если отключить его от нагрузки, он будет выделять тепло. При этом, если его не повредить, радиационный фон вокруг него будет выше естественного, но не смертельно.

Раньше даже существовала практика установки таких штук в труднодоступных местностях — в тайге, тундре. Для питания маяков или других автономных средств связи.

Другое дело — солнечная радиация. Атмосфера на марсе разреженная, плохо от нее защищает. Но и голенькими они там не гуляли, были в скафандрах. Они от солнечной радиации способны защитить.

Действительно ли на Марсе может быть такой сильный ветер?

Дмитрий Побединский: Ветер на марсе может быть быстрый, но он очень разреженный. Поэтому самая сильная марсианская непогода максимум испортит прическу.

Чему равняется один сол?

Дмитрий Побединский: Один сол — это один марсианский день. Он почти как наш — 24 часа 39 минут 35,24409 секунды.

Откуда у «Гермеса» было столько топлива, чтобы вернуться с полпути обратно на Марс, забрать Мэтта Дэймона и полететь обратно?

Дмитрий Побединский: Чтобы летать в космосе — топливо не нужно! Вы же летите по инерции. Поэтому, используя гравитационные маневры, думаю, можно курсировать между планетами довольно долго (топливо нужно только для корректировки орбиты и для перехода с одной орбиты на другую). При таких маневрах его много не надо.

Как героям удавалось так лихо «плавать» в открытом космосе без страховочного троса?

Дмитрий Побединский: Понятия не имею. Одно неловкое движение — и ты улетишь от станции восвояси.

Что вас, как физика, смутило в фильме?

Дмитрий Побединский: Смутило то, как он, проткнув перчатку, смог управлять своим движением. Ведь если прикладывать силу не к центру тяжести, то тебя будет крутить. А найти центр тяжести довольно трудно.

Смутило, как он лихо заклеил треснувшее стекло скафандра скотчем. Тут дело даже не в крепости, а в клейкости и герметичности — как он так быстро все идеально заклеил, еще и будучи в скафандре?

Еще во всех фильмах, где космический корабль вращается, чтобы создать искусственную гравитацию, не учитывают силу Кориолиса. Она бы постоянно сталкивала вас в бок.

На Марсе гравитация в 3 раза слабее. Не заметил этого в фильме. А ведь это должно быть ощутимо: это то же самое, что весить вместо шестидесяти килограммов двадцать, например.

Еще смутило то, что присутствует освещение внутри скафандра. Любой водитель знает, что если в салоне автомобиля горит свет, то на стекле появляется отражение. Так же будет и в скафандре. От внутренней поверхности будет отражаться свет и через стекло будет плохо видно.

«Марсианин». Кадр из фильма