Можно ли вырастить картофель на марсе. Почему картофель — самый инновационный продукт

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:

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

Кадр из фильма «Марсианин», где главный герой Марк Уотни обустраивает теплицу для выращивания картофеля

The Martian / Twentieth Century Fox Film Corporation, 2015

Предварительные результаты эксперимента по выращиванию картофеля в условиях, имитирующих марсианские, оказались положительными, сообщает Международный центр картофеля (CIP) в Перу в пресс-релизе, опубликованном на сайте организации. Как показывает видеозапись, сделанная камерой внутри герметичного контейнера, клубни оказались способны прорасти даже в достаточно сухой почве и при низком атмосферном давлении.

Уже несколько лет исследователи проводят эксперименты по выращиванию сельскохозяйственных культур в условиях, максимально приближенным к марсианским. С их помощью ученые надеются определить, смогут ли растения выжить на другой планете, а также насколько они будут пригодны для употребления в пищу. Так, исследования показывают, что некоторые культуры действительно способны существовать при низком атмосферном давлении и влажности, однако число подобных экспериментов все еще слишком мало, чтобы однозначно судить о жизнеспособности растений.

Новый эксперимент Международного центра картофеля (CIP) и аэрокосмического агентства NASA стартовал 14 февраля 2016 года. Исследователи из перуанского Университета инженерии и технологий создали специальную платформу на базе спутника CubeSat, куда была помещена камера с грунтом из пустыни Пампа де ла Хойя - одного из самых засушливых мест на Земле. Внутри герметичной установки агрономы воспроизводили марсианскую температуру, атмосферное давление, а также соответствующие уровни кислорода и углекислого газа в воздухе. Почва удобрялась с помощью воды, в которой были растворены питательные вещества (о химическом составе почвы и удобрений исследователи ничего не сообщают, однако, стоит заметить, что в реальном марсианском грунте содержатся в большом количестве соли хлорной кислоты (перхлораты).

Состояние растений отслеживалось с помощью камеры, установленной на модифицированном CubeSat, которая круглосуточно следила за грунтом. Выяснилось, что картофель способен прорасти в даже засушливой почве (на видео показаны растения, посаженные уже в 2017 году). Кроме того, по словам Уолтера Амороса (Walter Amoros), одного из участников проекта, агрономам удалось получить клубни, однако об их качестве и пригодности для пищи ничего не сообщается. Исследователи также не говорят о том, какой именно сорт картофеля использовался для этого эксперимента.

Специалисты заключили, что будущие колонисты, вероятно, все-таки смогут выращивать картофель на Марсе, однако для этого им придется предварительно насытить почву питательными веществами и разрыхлить ее, чтобы клубни получали достаточно воздуха и воды. В дальнейшем агрономы планируют продолжить свои исследования и определить достаточный минимум для выращивания картофеля.

Это уже второй подобный эксперимент Международного центра картофеля. Как сообщали ученые в прошлом году, для него 100 видов картофеля, которые предварительно уже прошли проверку на выживание в «марсианских» условиях. Среди выбранных кандидатов 40 видов произрастают в Андах в скалистых и засушливых условиях и выдерживают резкие перепады погоды, а остальные 60 - генномодифицированные сорта, приспособленные для выживания в почвах с низким содержанием воды и солей.

В 2015 году эксперимент по выращиванию сельскохозяйственных культур также провели ученые из Голландии. Они десять видов растений в почву, максимально похожую на марсианский и лунный грунт. Несмотря на то, что исследователям удалось получить урожай, стоит отметить, что все образцы находились в тепличных условиях при постоянной температуре, влажности и освещении.

Кристина Уласович

Отправить людей на Марс – задача сама по себе непростая, однако основать на Марсе колонию будет куда сложнее. Жизнь вне Земной биосферы потребует либо поставок продовольствия с нашей родной планеты, либо же нам придется выращивать еду уже на месте, и поскольку первый вариант является совершенно непрактичным и крайне затратным в долгосрочной перспективе, нам придется прибегнуть к фермерству на Красной Планете.

Если вы смотрели фильм «Марсианин», то помните, как главный герой выращивал картошку в теплице, используя марсианскую почву, замерзший кал команды экспедиции, и воду, полученную в ходе химической реакции.
«В реальности все обстоит намного сложнее,» - говорит Ральф Фрицше, главный руководитель проекта по производству пищевых продуктов в Космическом центре им. Кеннеди (НАСА).
НАСА планирует отправить астронавтов на Марс к 2030-ому году, а компания SpaceX под руководством Илона Маска предлагает агрессивную программу по колонизации Марса, основой которой должна послужить Система Межпланетного Транспорта (ITS). Но даже если SpaceX удастся отправить людей на Марс, у них пока нет никакого плана относительно того, как они будут выращивать там пищу.
Чтобы содержать хотя бы одного человека на Марсе потребуется как минимум 1 миллиард долларов в год – только лишь на еду. Очевидно, что здесь нужен иной подход.
«Илон Маск предложил миру вызов,» - сказал Дэниел Бэтчельдор, профессор физики и космических наук во Флоридском технологическом институте, руководитель Космического Института Базза Олдрина. – «Мы знаем, что мы не в состоянии содержать колонию на Марсе на одних лишь поставках с Земли. Колония должна стать самодостаточной, чтобы выжить на Красной Планете».
Фрицше и его коллега из НАСА Трент Смит объединились вместе с учеными из Космического Центра Базза Олдрина, чтобы разобраться в том, как же все-таки вырастить что-либо на Марсе. Биологически отходы астронавтов могут стать неплохим подспорьем в этом деле, однако для того, чтобы создать аналог земной почвы нам потребуется много чего еще – от средств для детоксикации почвы до искусственных бактерий.
«В Марсианском реголите органика отсутствует,» - говорит Брук Вилер из Флоридского Технологического колледжа Аэронавтики – «Для того, чтобы использовать отходы, будь то экскременты или остатки пищи для компоста, потребуются редуценты, организмы, минерализующие органические вещества (бактерии или грибы) – лишь в их присутствии растения могут потреблять находящиеся в отходах питательные вещества».
Вилер и ее коллега Дрю Палмер, доцент кафедры биологических наук во Флоридском Технологическом Институте, используют почву, имитирующую марсианскую, надеясь на то, что им все же удастся придумать способ выращивать пищу на Марсе. Использующийся аналог марсианской почвы – это вулканический песок из Гавайев, в котором отсутствуют необходимые для растений питательные вещества.

Имитация марсианского реголита – это неплохое начало, однако Вилер и Палмер осознают, что имитация неполная. Одной из основных проблем, с которыми будущим колонизаторам придется столкнуться, является токсичность марсианской почвы. Марсианский реголит набит под завязку токсичными для человека солями-перхлоратами, которые используются в производстве на Земле и способны вызывать серьезные заболевания щитовидной железы. Прежде чем превратить Марс в сельскохозяйственное угодье, нам потребуется способ избавить марсианскую почву от перхлоратов.
«Мы крайне заинтересованы в создании искусственных микроорганизмов, способных очищать почву от токсичных веществ,» - говорит Палмер – «Такое вполне возможно, здесь, у нас на Земле».
Исследователи также предлагают отправить роботизированную миссию на Марс за несколько месяцев до того, как первый человек ступит на поверхность планеты. Роботы смогут подготовить марсианский реголит к использованию, избавив его от токсичных веществ, и начнут высаживать растения. Идея заключается в том, чтобы по прибытию астронавтов на Марс предоставить им уже рабочую ферму, которая не только снабдит их провизией, но и поможет в поддержании систем жизнеобеспечения, давая дополнительный кислород и регулируя токсичность воздуха.

Помимо практической задачи, ферма на марсе будет выполнять еще и функцию по поддержанию психологического здоровья участников экспедиции. Трент Смит, руководя проектом «Вегги» на Международной Космической Станции, где для снабжения растений питательными веществами в условиях микрогравитации используется гидропоника, видел, с каким удовольствием астронавты на МКС занимались выращиванием растений в иначе безжизненном месте.
«Так как они находятся на космической станции, в, можно сказать, враждебных условиях, со всеми этими кабелями и проводами, с одним лишь металлом и пластиком вокруг… когда у них есть эти маленькие растущие листочки и корешки, о которых они заботятся – для них это как кусочек дома, небольшой кусочек природы,» - замечает Смит. «Там, на Марсе, это будет очень много значить».
«Если бы мы планировали экспедицию на месяцы, одной лишь гидропоники было бы вполне достаточно – этот способ крайне эффективен,» - говорит Смит. – «Но так как мы хотим, чтобы экспедиция осталась там надолго, есть смысл в том, чтобы переключиться на земледелие. Можно использовать и тот, и другой метод.»
Как бы там ни было, нам придется использовать всю нашу изобретательность как вида, чтобы вновь научиться земледелию, только на этот раз – во враждебных условиях другой планеты.
«Мы словно вернемся в состояние раннего аграрного общества, когда мы учились тому, как обрабатывать землю,» - говорит Батчельдор. «Однако вместо использования плодородной почвы нашей планеты, нам буквально придется создать новую почву на Марсе».

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.

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.