cartof marțian. Oamenii de știință au cultivat cartofi în condiții marțiane

Astăzi, 8 octombrie, va avea loc în Rusia premiera filmului lui Ridley Scott „The Martian”. Deci este posibil să cultivi cartofi pe Marte? Cercetătorul Bruce Bagby a spus că a început să studieze problema astronauților care își cultivă propriile produse în 1982.

Acum Bagby studiază perspectivele de autosuficiență ale astronauților atunci când creează primele colonii spațiale. În fotografia de mai jos, puteți vedea ridichi și salată verde crescând sub LED-uri într-una dintre camerele de cercetare. Aceste plante experimentează ceea ce este cunoscut sub numele de „fotoperioada orbitală” ISS, când ciclurile se repetă la fiecare 90 de minute: 60 de minute de lumină puternică și 30 de minute de întuneric. Culturile sunt cultivate folosind tehnologia hidroponică (fără sol) și udate cu o soluție hidroponică prin irigare prin picurare.

Din semințele care au fost în spațiu, au crescut porumb - rezultatul este surprinzător

Judecând după studii preliminare, rata de creștere a unor astfel de plante este ușor redusă în comparație cu creșterea plantelor din lotul martor, care cresc cu frecvența ciclului pământesc (16 ore pe zi și 8 ore pe noapte). Există numeroase provocări și beneficii pentru ideea de a cultiva alimente pe Marte. Când vine vorba de misiuni pe termen lung, pur și simplu nu este rentabil să iei mâncare cu tine dacă o poți cultiva local, spune Bugby într-un articol pentru Huffington Post.

Cu toate acestea, nu este vorba doar de mâncare. Culturile pot face mai mult decât să furnizeze hrană. Dacă 100% din toate alimentele sunt cultivate în sisteme închise, fotosinteza plantelor va menține oxigenul și dioxidul de carbon în echilibru perfect. Dar aceste gaze importante nu sunt în echilibru perfect în fiecare minut al fiecărei zile.

Plantele nu vor crește automat mai repede pentru a furniza oxigen suplimentar atunci când este necesar, așa că sunt necesare tampoane pentru a le stabiliza concentrația. Optimizarea masei unor astfel de tampoane nu este o sarcină ușoară, deoarece acestea trebuie să fie suficient de mari pentru a susține viața în perioadele de instabilitate, dar suficient de mici pentru a fi economice. Cu toate acestea, în sistemele de susținere a vieții, „mic” și „stabil” sunt concepte incompatibile. Timp de secole pe Pământ, oceanele masive au acționat ca astfel de tampon, dar nu există niciunul pe Marte.

O aprovizionare adecvată cu apă dulce este a doua provocare pentru a cultiva alimente pe Marte. Plantele au nevoie de cel puțin 200 de litri de apă pentru a produce un kilogram de hrană. Vestea bună este că plantele reciclează și filtrează apa – chiar dacă udați rădăcinile cu apă nu prea curată, vaporii de apă care vor ieși din porii de pe frunze (stomatele) vor fi mai puri decât cea mai bună apă îmbuteliată. Atâta timp cât cultivăm alimente într-un sistem închis, vom avea apă destul de curată - și nu este nevoie de sisteme de filtrare de înaltă tehnologie.

Și acum, după conferința de presă a NASA care a anunțat că există apă sărată pe Marte, ne putem gândi la sistemele de susținere a vieții prin filtrarea sării din apa care se află deja pe planetă. Această tehnologie este deja folosită în orașele cu rezerve limitate de apă, așa că ar putea fi folosită și pe Marte.

A treia problemă majoră este lumina necesară pentru fotosinteză. Spre deosebire de plantele de interior, plantele cultivate nu pot supraviețui fără lumină puternică, procesele lor de fotosinteză sunt mai rapide. Un birou tipic (bine luminat!) are de o sută de ori mai puțină lumină decât strada și de 30 de ori mai puțină decât lumina minimă necesară cultivării cartofilor sau a altor culturi. În același timp, Marte este de 1,5 ori mai departe de Soare decât Pământ și, deși atmosfera subțire a planetei filtrează minim radiația solară, intensitatea iluminării la suprafață este de aproximativ 60% din cea a pământului.

Cu toate acestea, în film, protagonistul Mark Watney, odată ajuns pe Marte, cultivă cartofi folosind iluminatul biroului într-o cameră concepută pentru a bloca radiațiile electromagnetice de la Soare. Designul unei sere marțiane este plin de dificultăți enorme. Este nevoie de o membrană extrem de puternică, transparentă, care să reziste la bombardarea meteoriților. Trebuie să filtreze radiațiile cosmice, trecând activ fotosintetic.

Cea mai recentă tehnologie de astăzi utilizează reflectoare de concentrare parabolice și transmite lumina soarelui prin fibră optică. Calculele arată că, cu astfel de tehnologii, precum și condiții optime de mediu, o suprafață de plantare de 25 de metri pătrați ar fi suficientă pentru o persoană.

Ce altceva din film pare neplauzibil? Știm că Mark Watney a supraviețuit cu batoane proteice, vitamine și carbohidrați din cartofi timp de aproape doi ani. Nu cunoaștem încă efectele pe termen lung ale unei diete atât de restrânse. De obicei mâncăm sute de plante pe săptămână. Putem reduce dieta la 50 de specii de plante, sau chiar la 10? Posibil, dar avem nevoie de studii pe termen lung cu oameni în sisteme închise de pe Pământ pentru a determina consecințele unei diete atât de limitate. Dacă presupunem că mediul de pe Marte va fi limitat, trebuie avut în vedere că dieta va fi strict vegană, fără fructe sau nuci care cresc pe copaci.

Cercetările timpurii indică valoarea psihologică enormă a plantelor. Mark Watney și-a amintit despre plantele de cartofi pe care le lipsea după recoltare. Când astronauții se întorc pe Pământ, ei vorbesc adesea despre experimente cu plante în creștere și despre legătura pe care o au cu acestea. Acum 10 ani, un astronaut care a petrecut un an în spațiu declara: „Expedițiile spațiale pe termen lung sunt imposibile fără plante”.

Planeta noastră este acest sistem închis care se grăbește prin spațiul cosmic. Cele mai bune minți de pe planetă sunt acum concentrate pe rezolvarea problemei consecințelor care au apărut ca urmare a unei schimbări aparent nesemnificative - o creștere a concentrației de dioxid de carbon din atmosferă de la 0,03% la 0,04%. Abia începem să înțelegem implicațiile și impactul acestei schimbări aparent minore.

Poate că aventurile lui Mark Watney îi vor inspira pe tineri să continue cercetările științifice și să contribuie la salvarea planetei noastre de la o posibilă distrugere.

Rezultatele sunt promițătoare

O organizație științifică numită Centrul Internațional de Cartofi și agenția aerospațială americană NASA au efectuat un experiment privind cultivarea cartofilor în condiții apropiate de cele marțiane. În ciuda solului uscat caracteristic lui Marte, a aerului neobișnuit și a presiunii atmosferice scăzute, multe soiuri au reușit să germineze cu succes.

Experimentul a fost raportat încă de la începutul anului trecut, când specialiștii sunt cei mai indicați pentru cultivarea în condiții „marțiane”. Aproximativ jumătate dintre aceste soiuri au fost crescute artificial pentru a necesita puțină apă și pentru a fi rezistente la viruși. Alte soiuri care au fost selectate pentru experiment cresc în Anzi - sunt capabile să crească pe sol stâncos în zone aride și tolerează bine schimbările climatice bruște.

Oamenii de știință au plantat cartofi într-o „sară” specială bazată pe satelitul CubeSat. În interiorul acestei instalații se afla pământ din deșertul Pampa de la Hoya (unul dintre cele mai uscate locuri de pe Pământ), presiunea atmosferică, precum și compoziția atmosferei, corespundeau „marțianului”, temperatura aerului corespundea și cu care se observă de obicei pe Planeta Roșie. În sol au fost adăugate minerale caracteristice solului marțian.

Experimentul a arătat că este cel mai probabil posibil să crească cartofi pe Marte, dar pentru aceasta va fi necesar mai întâi să saturați solul cu substanțe nutritive și să-l slăbiți - în acest caz, tuberculii vor primi suficientă apă și oxigen.

Specialiștii efectuează experimente similare pentru a afla cât de mari vor fi șansele de a crește efectiv anumite produse alimentare pe Marte - de exemplu, dacă o expediție este trimisă pe Marte, iar o astfel de „grădină” ar oferi hrană participanților săi.

La mijlocul anului trecut, specialiștii din Olanda că au reușit să cultive ridichi, mazăre, secară și roșii pe un sol asemănător pământului marțian, iar toate aceste produse s-au dovedit a fi potrivite pentru consumul uman.

Pentru a vedea dacă pionierii marțieni ar putea cultiva alimente pe Planeta Roșie, oamenii de știință au încercat să cultive cartofi pe Pământ în condiții asemănătoare marțiene. Primele rezultate ale unui astfel de experiment au fost clar pozitive.

Astăzi, oamenii de știință intenționează deja să înființeze o colonie pe Marte. Cu toate acestea, având în vedere nivelurile locale ridicate de radiații, atmosfera rarefiată și temperaturile reci, primii oameni care vor ateriza pe Marte vor trebui să supraviețuiască în condiții dure. Și chiar dacă problemele de supraviețuire pot fi rezolvate, una dintre cele mai mari probleme este ce vor mânca coloniștii.

Acest proiect a fost lansat în februarie anul trecut de Centrul Internațional de Cartofi în colaborare cu NASA. Oamenii de știință au încercat să cultive cartofi în deșertul Pampas de La Jolla din sudul Peru, unde condițiile (cel mai uscat și cel mai sterp sol) sunt cât mai asemănătoare cu Marte.

Ideea nu a fost doar de a înțelege cum pot fi cultivați cartofii pe Marte, dar oamenii de știință au vrut să știe și dacă această plantă nutritivă ierboasă tuberoasă ar putea prospera în condițiile extreme de pe Pământ. Dacă experimentul a fost pozitiv, atunci ar putea rezolva problemele securității alimentare și foametei din întreaga lume cauzate de schimbările climatice.

O echipă de oameni de știință a instalat un container Cubesat presurizat în deșert pentru a imita pe deplin condițiile de pe Marte. În interiorul „cubului”, cercetătorii au plasat iluminare cu LED-uri pentru a simula radiația solară pe Planeta Roșie, au configurat controale de temperatură pentru a simula temperaturile marțiane de zi și de noapte și instrumente pentru a controla nivelul presiunii aerului și cantitatea de oxigen și dioxid de carbon din acesta.

„Dacă cartofii pot rezista la condițiile extreme prin care le punem în Cubesat, atunci există șanse mari să crească pe Marte”, a spus cercetătorul Julio Valdivia Silva. - Vom efectua câteva experimente pentru a afla care soiuri de cartofi sunt cele mai potrivite pentru aceasta. De asemenea, vrem să știm în ce condiții minime poate supraviețui un cartof.”

Testele din ultimul an au arătat că cartoful a reușit să germineze în solul deșertic din interiorul Cubesat. Cu toate acestea, un soi tolerant la sare dezvoltat pentru utilizare în zonele joase subtropicale, care a fost introdus recent în zonele de coastă din Bangladesh, a dat cele mai bune rezultate, acolo unde există un nivel ridicat de sare în sol.

Și în continuarea temei spațiale încă.

Protagonistul filmului este uitat pe Marte, dar nu disperă - crește cartofi pe planeta roșie și chiar reușește să decoleze pe o navă spațială fără hublouri. Mulți telespectatori au o întrebare: este posibil în realitate? Am cerut experților să comenteze asupra unor puncte controversate.

Poate o prelată să fie atât de puternică încât să reziste la toate acestea - atât furtuna de pe Marte, cât și zborul? (Nu s-a rupt imediat.)

Dmitri Pobedinsky, fizician, popularizator al științei, autor al unui blog video„Fizica de la Pobedinsky” :

Prelata este puternică pentru atmosfera marțiană. Este foarte rarefiată, presiunea la suprafață este de 160 de ori mai mică decât pe Pământ. Prin urmare, este probabil ca prelata să poată rezista la o astfel de încărcare. Dar, desigur, trebuie să calculați mai precis.

Prelata din film nici măcar nu pare să se fi rupt, ci pur și simplu a alunecat în timp ce nava aproape a intrat pe orbită. Poate că nodurile au fost dezlegate de la suprasarcină și vibrații.

Este posibil să cultivi cartofi din pământul marțian, fertilizându-i cu deșeuri umane?

Dmitri Pobedinsky: Solul marțian este format din compuși anorganici. Ca nisipul. Este posibil să crești ceva în nisip? Dacă da, atunci va funcționa în solul marțian.

Alexey Saharov, președintele Consiliului Uniunii Agriculturii Ecologice:

În principiu, este posibil, deși, cel mai probabil, nu atât de repede. Faptul este că în natură, chiar și în sol steril (de exemplu, nisip steril) conține toate elementele chimice necesare creșterii plantelor, dar acestea sunt într-o formă inaccesibilă plantelor. Procesul de creare a substanțelor minerale din aceste elemente chimice, care vor fi într-o formă digerabilă pentru plantă, este un proces aproape în întregime și complet asociat cu activitatea microorganismelor. După ce a fertilizat substratul steril cu produse reziduale, personajul principal a introdus biota în acest sol, care, după o anumită perioadă, va putea crea din acest sol sol în cursul activității sale de viață, care va fi suficient de hrănitor pentru creșterea plante, inclusiv cartofi.

Eroul lui Matt Damon a petrecut mai mult de un an (500 de sol) mâncând doar cartofi, la început hrănindu-se cu vitamine, dar apoi s-au terminat. Cu toate acestea, a păstrat un zâmbet frumos, fără semne de scorbut sau alte probleme - cu excepția faptului că a slăbit. Cum este posibil acest lucru?

Leyla Kadyrova, dietetician șef independent al Ministerului Sănătății al Teritoriului Krasnodar:

Va fi greu să vă îmbolnăviți de scorbut, mâncând doar cartofi. Cartofii conțin vitamina C, care, atunci când sunt gătiți corespunzător, rămâne în legume în cantități suficiente și permite organismului să reziste bolii.

"Marţian". Cadru de film

Dar vă asigur că nimic bun nu se va întâmpla cu sănătatea unei persoane care mănâncă un singur cartof timp de un an. Ce este un cartof? Aceasta este o legumă destul de satisfăcătoare, cu amidon, care practic nu conține proteine ​​și grăsimi. Acesta este un aliment cu carbohidrați. Dacă pentru o lungă perioadă de timp organismul nu primește proteine, înseamnă că nu va avea „material de construcție” pentru toate sistemele vitale ale corpului. O persoană va simți slăbiciune și lipsă de energie, performanța sa va scădea, funcțiile ficatului, ale sistemului nervos și circulator, iar pancreasul vor fi perturbate. Dacă nu există grăsimi în dietă, atunci funcția creierului se va înrăutăți, vor începe probleme cu intestinele, pot apărea boli ale articulațiilor.

Absolut, mâncând doar cartofi, este imposibil să mori de foame. Dar câștigarea a numeroase boli de imunitate este destul de realistă. Organismul își va pierde pur și simplu capacitatea de a lupta împotriva infecțiilor virale.

Eroul filmului dă foc hidrogenului pentru a face apă. Este cu adevărat posibil? Poți încerca să faci asta acasă?

Dmitri Pobedinsky: Când hidrogenul este ars, se produce de fapt apă. Este dificil să faci asta acasă. La urma urmei, este nevoie de cel puțin hidrogen și nu se vinde în magazin, până la urmă, un gaz exploziv.

Ce este o praștie gravitațională?

Dmitri Pobedinsky: Slingul gravitațional este o manevră gravitațională. Puteți să zburați pe lângă planetă și să vă construiți traiectoria într-un mod atât de viclean încât, după zborul planetei, viteza dvs. să crească și fără utilizarea motoarelor. Trucul este că există un schimb de energie de mișcare cu planeta. Viteza și energia navei spațiale cresc. Energia planetei scade cu aceeași cantitate, dar are o masă atât de mare încât scăderea vitezei sale este neglijabilă.

Ar putea o persoană să supraviețuiască într-un aparat care decolează de pe Marte fără ferestre și acoperiș?

Dmitri Pobedinsky: Dacă activitatea vitală a unei persoane este susținută de un costum spațial, atunci cred că da, poți decola fără hublouri.

De ce personajul principal nu a murit de radiații pe Marte? Mai ales folosind un reactor pentru încălzire?

Dmitri Pobedinsky: Pentru încălzire nu a folosit un reactor, ci un generator termoelectric cu radioizotop. Conține o substanță radioactivă în care are loc un proces lent de descompunere radioactivă, și nu o reacție nucleară. În general, dacă îl deconectați de la sarcină, va genera căldură. În același timp, dacă nu este deteriorat, fondul de radiații din jurul său va fi mai mare decât cel natural, dar nu fatal.

Anterior, exista chiar și o practică de a instala astfel de piese în zone greu accesibile - în taiga, tundra. Pentru a alimenta balize sau alte mijloace autonome de comunicare.

Un alt lucru este radiația solară. Atmosfera de pe Marte este rarefiată, nu protejează bine de ea. Dar nici acolo nu mergeau goi, ci erau în costume spațiale. Acestea protejează împotriva radiațiilor solare.

Chiar poate fi un vânt atât de puternic pe Marte?

Dmitri Pobedinsky: Vântul de pe Marte poate fi rapid, dar este foarte rarefiat. Prin urmare, cea mai puternică vreme rea marțiană va strica cel mult coafura.

Cu ce ​​este egal un sol?

Dmitri Pobedinsky: Un sol este o zi marțiană. Este aproape ca al nostru - 24 ore 39 minute 35,24409 secunde.

Cum a avut Hermes suficient combustibil să se întoarcă la jumătatea drumului înapoi pe Marte, să-l ia pe Matt Damon și să zboare înapoi?

Dmitri Pobedinsky: Nu ai nevoie de combustibil pentru a zbura în spațiu! Zbori prin inerție. Prin urmare, folosind manevre gravitaționale, cred că este posibil să navighezi între planete pentru o perioadă destul de lungă (combustibil este necesar doar pentru a corecta orbita și pentru a trece de pe o orbită pe alta). Cu astfel de manevre, multe nu sunt necesare.

Cum au reușit eroii să „înoate” atât de faimos în spațiul cosmic fără un cablu de siguranță?

Dmitri Pobedinsky: Nu am nici o idee. O mișcare incomodă - și vei zbura departe de gară acasă.

Ce ai confundat, ca fizician, în film?

Dmitri Pobedinsky: Confuz de modul în care el, după ce a străpuns mănușa, a reușit să-și controleze mișcarea. La urma urmei, dacă aplicați forță nu asupra centrului de greutate, atunci veți fi răsucite. Și găsirea centrului de greutate este destul de dificilă.

A fost jenant cum a sigilat sticla crăpată a costumului spațial cu bandă adezivă. Nici măcar nu este o chestiune de rezistență, ci de lipiciune și etanșeitate - cum a sigilat totul perfect atât de repede, în timp ce era și într-un costum spațial?

Totuși, în toate filmele în care nava spațială se rotește pentru a crea gravitație artificială, forța Coriolis nu este luată în considerare. Ea te-ar împinge constant într-o parte.

Pe Marte, gravitația este de 3 ori mai slabă. Nu l-am văzut în film. Dar ar trebui să fie tangibil: este la fel cu a cântări douăzeci în loc de șaizeci de kilograme, de exemplu.

Un alt lucru jenant este că există iluminare în interiorul costumului spațial. Orice șofer știe că dacă lumina este aprinsă în mașină, atunci pe geam apare o reflexie. Va fi la fel și într-un costum spațial. Lumina va fi reflectată de pe suprafața interioară și va fi greu de văzut prin sticlă.

"Marţian". Cadru de film