Mit fogunk enni a Marson - és az odaúton?

A Mars meghódításáról szóló tervekben gyakran az űrhajók, a lakómodulok és az oxigéntermelés kapja a főszerepet. Van azonban egy ennél hétköznapibb kérdés, amelyet minden tartós marsi jelenlét előtt meg kell oldani: mit fognak enni az emberek hónapokon, majd éveken keresztül?

Az első Mars-utazók természetesen nagyrészt a Földről vitt élelmiszert fogyasztanak majd. Hosszú távon azonban nem lehet minden egyes kalóriát, vitamint és kilogramm vizet bolygóközi teherszállítással biztosítani. Egy valódi marsi telepnek legalább részben meg kell termelnie a saját élelmét.

Ez azonban nem úgy fog kinézni, hogy az első telepes kiszáll az űrhajóból, felszántja a vörös talajt, majd elveti a burgonyát.

Már az odaút is élelmezési kihívás

Egy emberes Mars-utazás nem néhány napos kirándulás lenne. A választott pályától és hajtóműtől függően a Föld és a Mars közötti út várhatóan több hónapig tartana. Ráadásul a legénységnek a Mars felszínén is hosszú időt kellene töltenie, mielőtt a bolygók kedvező helyzetbe kerülnének a visszainduláshoz.

Egy teljes oda-vissza küldetés így akár több évig is eltarthat.

Az űrhajósok fő táplálékát várhatóan hosszú ideig eltartható, előre csomagolt ételek adnák:

• fagyasztva szárított fogások;
• hőkezelt készételek;
• porított italok;
• gabona- és hüvelyes alapú termékek;
• energiadús rágcsálnivalók;
• valamint vitaminokkal és ásványi anyagokkal kiegészített élelmiszerek.

Az ilyen ételekkel az alapvető kalória- és tápanyagigény biztosítható. Van azonban egy komoly problémájuk: a tárolás során romolhat az ízük, állaguk és tápértékük. Egyes vitaminok mennyisége hosszú idő alatt csökkenhet, miközben utánpótlásra egy Mars felé tartó űrhajón nem lehet számítani. A NASA ezért a frissen termelt növényeket nem csupán kényelmi extrának, hanem a hosszú küldetések lehetséges táplálkozási elemének tekinti.

Egy kis veteményes az űrhajóban

Az odaúton valószínűleg nem búzát, kukoricát vagy burgonyát termesztenének nagy mennyiségben. Ezek túl sok helyet, vizet, energiát és termesztési időt igényelnének ahhoz képest, hogy hány kalóriát adnak.

Sokkal célszerűbbek lennének a gyorsan növő, kis helyen termeszthető növények:

• saláták;
• mizuna és más ázsiai levélzöldségek;
• mustárlevelek;
• kelkáposzta;
• retek;
• újhagyma;
• fűszernövények;
• törpe paradicsom;
• kisebb paprikafajták;
• esetleg mikrozöldek.

A Nemzetközi Űrállomáson már sikeresen termesztettek többek között salátát, kínai kelt, mustárzöldséget, kelkáposztát, retket, paradicsomot és csilipaprikát. A NASA Veggie rendszere kifejezetten azt vizsgálja, hogyan fejlődnek a növények mikrogravitációban, és miként egészíthetik ki friss élelmiszerrel az űrhajósok étrendjét.

Egy kis űrkert nem feltétlenül fedezné a legénység teljes energiaigényét. Néhány friss levél, paradicsom vagy paprika mégis fontos lehetne, mert:

• friss vitaminokat biztosítana;
• változatosabbá tenné az étrendet;
• javítaná az ételek ízét;
• felhasználhatná a legénység által kilélegzett szén-dioxid egy részét;
• oxigént termelne;
• és pszichológiailag is sokat jelentene az élő növények gondozása.

A Veggie egyik célja éppen annak vizsgálata, hogy a friss növények miként javíthatják az űrhajósok közérzetét a monoton, elszigetelt környezetben.

Miért nem egyszerű a súlytalanságban kertészkedni?

A Földön természetesnek vesszük, hogy a víz lefelé folyik, a levegő felfelé száll, a gyökerek pedig a gravitáció irányába növekednek. Egy űrhajóban azonban ezek a megszokott folyamatok megváltoznak.

A víz mikrogravitációban nem szivárog egyszerűen lefelé a termesztőközegben. Gömbökké állhat össze, a gyökerek körül pedig olyan vízzel telített területek jöhetnek létre, amelyekből kiszorul a levegő. A túlöntözés így könnyen megfojthatja a gyökérzetet, miközben néhány centiméterrel arrébb a növény már kiszáradhat.

A növények ugyanakkor gravitáció nélkül is képesek tájékozódni: hajtásaik a fény felé, gyökereik részben a nedvesség és más kémiai jelek irányába növekednek. Az ESA szerint az űrbeli növénykutatás egyik fő kérdése éppen az, hogyan változik a gyökerek és hajtások fejlődése súlytalanságban.

Az űrhajó növényeit ezért zárt termesztőegységekben nevelnék, pontosan adagolt vízzel, tápanyaggal, mesterséges világítással és folyamatos légkeringetéssel.

Hidropónia, aeropónia vagy termesztőközeg?

Az űrben és a Marson várhatóan nem hagyományos virágföldet használnának. A legkézenfekvőbb módszer a hidropónia, amelyben a növény gyökere tápanyagokat tartalmazó vízből jut hozzá minden szükséges elemhez. A gyökérzetet valamilyen semleges közeg – például kőzetgyapot, agyaggranulátum vagy speciális növényi párna – tarthatja a helyén.

Egy másik lehetőség az aeropónia, amelynél a gyökerek levegőben lógnak, és finom tápoldatpermetet kapnak. Ez víztakarékos lehet, de érzékenyebb a műszaki hibákra. Ha a szivattyú vagy a fúvóka leáll, a gyökerek gyorsan kiszáradhatnak.

A NASA már vizsgált LED-világítással működő, hidropóniás rendszereket kifejezetten hosszú, mélyűri küldetésekre szánt növénytermesztéshez.

A legelső Mars-küldetéseken valószínűleg több módszert párhuzamosan alkalmaznának. Egy létfontosságú élelmiszerforrást ugyanis nem lehet egyetlen szivattyúra vagy termesztőberendezésre bízni.

Mit ennénk a Mars felszínén?

A kezdeti marsi étkezések nagyon hasonlíthatnának az odaúton fogyasztott étrendre. A fő táplálék továbbra is a Földről érkező tartós élelmiszer lenne, amelyet helyben termesztett friss növények egészítenének ki.

Az első marsi üvegházakban valószínűleg olyan növények kapnának helyet, amelyek:

• gyorsan fejlődnek;
• kis termőterületen sok fogyasztható részt adnak;
• kevés hulladékot termelnek;
• jól viselik a mesterséges fényt;
• több alkalommal szedhetők;
• és fontos vitaminokat biztosítanak.

Ezért a kezdeti „marsi menüben” sok levélzöldség, retek, fűszernövény, paradicsom és paprika szerepelhetne.

Később, nagyobb termesztőterület esetén beléphetnének a kalóriadúsabb növények:

• burgonya;
• édesburgonya;
• búza;
• szója;
• bab;
• borsó;
• földimogyoró;
• rizs;
• esetleg törpe kukoricafajták.

A növényi fehérjék különösen fontosak lennének. Állatokat tartani ugyanis sokkal több helyet, vizet és takarmányt igényelne.

Lesz hús a Marson?

A hagyományos szarvasmarha-, sertés- vagy baromfitartás az első marsi telepeken rendkívül pazarló lenne. Az állatok sok takarmányt, vizet és oxigént fogyasztanának, miközben jelentős hulladékot és hőt termelnének.

A hús iránti igényt inkább más módokon elégíthetnék ki:

• Földről vitt tartósított húskészítményekkel;
• sejttenyésztett hússal;
• növényi fehérjékből készült húspótlókkal;
• fermentációval előállított fehérjékkel;
• algákkal;
• esetleg rovarfehérjével.

A mikroorganizmusokkal előállított élelmiszer különösen ígéretes lehet. Egy fermentációs tartály jóval kisebb helyen képes fehérjét vagy zsiradékot termelni, mint egy szántóföld vagy állattartó telep.

Ennek ellenére valószínű, hogy a marsi étrend elsősorban növényi alapú lenne.

Miért nem lehet egyszerűen marsi földbe ültetni?

A Mars felszínén található anyagot gyakran marsi talajnak nevezzük, de pontosabb a regolit kifejezés.

A földi termőtalaj nem csupán összetört kőzetből áll. Szerves anyagokat, humuszt, vizet, levegőt, gombákat, baktériumokat és apró állatokat is tartalmaz. A marsi regolitban nincs olyan működő talajélet, amely a földi kertek tápanyag-körforgását fenntartaná.

A marsi anyag bizonyos, növények számára szükséges ásványi elemeket tartalmazhat, de önmagában még nem jó termőföld.

A problémák közé tartozik:

• a szerves anyag hiánya;
• a kedvezőtlen szerkezet;
• a hozzáférhető nitrogén alacsony mennyisége;
• az erősen oxidáló vegyületek jelenléte;
• valamint a perklorátsók.

A Phoenix leszállóegység a vizsgált marsi mintákban mintegy 0,5 tömegszázaléknyi perklorátot talált. Ezek az anyagok károsak lehetnek az emberre, akadályozhatják a növénytermesztést, és a helyben kitermelt vizet is kezelni kellene miattuk.

A marsi regolitot ezért felhasználás előtt át kellene mosni, kémiailag vagy biológiailag kezelni, majd szerves anyaggal és tápanyagokkal dúsítani.

Még ekkor is kérdéses, hogy érdemes-e közvetlen termesztőközegként használni. Sok esetben egyszerűbb és biztonságosabb lehet a hidropóniás rendszer, amelyben pontosan ellenőrizhető, mit kap a növény.

Megteremhetnek földi növények marsi regolitszimulánsban?

Valódi marsi anyagot egyelőre nem áll rendelkezésre több tonnányi mennyiségben, ezért a kutatók földi ásványokból készített regolitszimulánsokkal kísérleteznek.

Ezekben már sikerült különböző földi növényeket, köztük paradicsomot és burgonyát nevelni. Az eredmény azonban nem bizonyítja, hogy ugyanazok a növények a Mars felszínén is megélnének.

A szimulánsok ugyanis csak a marsi regolit bizonyos ásványi tulajdonságait utánozzák. Nem feltétlenül tartalmazzák ugyanazokat a mérgező sókat, és a kísérleteket földi nyomáson, megfelelő hőmérsékleten, folyékony vízzel és védett környezetben végzik. Az ESA összefoglalója szerint regolitszimulánsban lehet növényeket nevelni, de azok gyakran fejletlenebbek, termésük pedig kisebb és gyengébb minőségű a földi talajban termesztett növényekénél.

A kérdés tehát nem az, hogy tartalmaz-e a marsi por néhány szükséges ásványt, hanem hogy képesek vagyunk-e belőle biztonságos és fenntartható termesztőközeget készíteni.

A marsi légkör tele van szén-dioxiddal – akkor mi a probléma?

A növényeknek szén-dioxidra van szükségük, a Mars légkörének pedig körülbelül 95,9 százaléka szén-dioxid. Első pillantásra ez ideálisnak tűnhet.

A valóságban azonban a marsi légkör rendkívül ritka. A felszíni nyomás kevesebb mint egy százaléka a földinek. Ilyen alacsony nyomáson a növények nem tudnának egyszerűen a szabadban élni, a folyékony víz pedig nem maradna tartósan stabil a felszínen.

A Mars légköre emellett alig tartalmaz oxigént, és kevés benne a növények tápanyagellátásához fontos nitrogén.

A marsi üvegházban ezért a külső szén-dioxid felhasználható lenne, de előbb:

• össze kellene gyűjteni;
• meg kellene tisztítani;
• össze kellene sűríteni;
• majd szabályozott mennyiségben a növénytermesztő térbe juttatni.

Túl sok szén-dioxid a növényeknek sem feltétlenül előnyös, az emberek számára pedig veszélyes. A lakótér és az üvegház légkörét ezért folyamatosan szabályozni kellene.

Hideg, sugárzás és porviharok

A Mars nem pusztán száraz. A felszíni hőmérséklet gyakran messze fagypont alá süllyed, az éjszakák pedig még viszonylag enyhe térségekben is rendkívül hidegek lehetnek. A vékony légkör rosszul tartja meg a nappal felvett hőt.

A bolygón nincs a földihez hasonló globális mágneses tér és vastag légkör, amely megfelelő védelmet nyújtana a kozmikus és napsugárzással szemben. A növényeket és az embereket ezért árnyékolt, nyomás alatt tartott terekben kellene elhelyezni.

A marsi por ráadásul rendkívül finom. Rátapadhat a napelemekre, tömítésekre, ruhákra és üvegházi felületekre. A légkör ugyan ritka, de nagy porviharok idején a lebegő por hosszabb időre jelentősen csökkentheti a napfény mennyiségét.

Ezért a marsi növénytermesztés valószínűleg nem épülhetne kizárólag természetes napfényre. Szükség lenne energiatakarékos LED-ekre, tartalék áramforrásra és részben föld alatti vagy regolittal takart termesztőegységekre.

Üvegház a Marson – de nem úgy, mint a kertészetben

A marsi üvegház nem lehetne egyszerű fóliasátor.

A belső és külső légnyomás közötti különbség miatt szerkezetének egy felfújt tartályhoz hasonló erőket kellene kibírnia. Emellett védenie kellene:

• a hidegtől;
• a sugárzástól;
• a mikrometeoritoktól;
• a portól;
• a légszivárgástól;
• és a gépészeti hibáktól.

Elképzelhető, hogy a növénytermesztő kamrákat barlangokban, lávacsövekben vagy mesterségesen kiásott terekben helyeznék el. A természetes vagy mesterséges fényt tükrökkel, fényvezetőkkel és LED-ekkel juttatnák a növényekhez.

A látvány kevésbé hasonlítana egy üvegtetős kertészetre, inkább egy jól szigetelt, automatizált növénygyárra.

Körforgás nélkül nincs marsi mezőgazdaság

A földi mezőgazdaságban gyakran megengedhetjük magunknak, hogy vizet, műtrágyát és szerves anyagot kívülről vigyünk a rendszerbe. A Marson szinte mindent újra kellene hasznosítani.

A növénytermesztés egy zárt életfenntartó rendszer része lenne:

1. Az emberek oxigént lélegeznek be és szén-dioxidot lélegeznek ki.
2. A növények a szén-dioxid egy részét felhasználják, és oxigént termelnek.
3. Az emberi szennyvizet megtisztítják, majd öntözésre használják.
4. A növényi maradványokat és más szerves hulladékokat lebontják.
5. A bennük található nitrogént, foszfort és ásványi anyagokat visszajuttatják a termesztőrendszerbe.
6. Az ehető növényi részek újra az emberekhez kerülnek.

A rendszer természetesen nem lenne tökéletesen zárt. Mindig keletkeznének veszteségek, amelyeket helyi forrásokból vagy földi utánpótlással kellene pótolni.

Minél nagyobb részét sikerül azonban visszaforgatni a víznek és a tápanyagoknak, annál fenntarthatóbbá válhat a telep.

A krumpli valóban jó marsi növény lehet

A burgonya gyakran kerül elő az űrmezőgazdaságról szóló elképzelésekben, és nem véletlenül.

Előnyei:

• viszonylag sok kalóriát ad;
• nagy az ehető rész aránya;
• gumója jól tárolható;
• többféleképpen elkészíthető;
• és vegetatív módon, gumóból is szaporítható.

A NASA már évtizedekkel ezelőtt vizsgálta a burgonyát mint űrbeli életfenntartó rendszerek lehetséges haszonnövényét.

A burgonya ugyanakkor nem tökéletes. Helyigényesebb, mint a levélzöldségek, gumóinak sötét termesztőtér kell, és a növénybetegségek gyorsan veszélyeztethetik az egymáshoz genetikailag hasonló állományokat. Ezért a marsi telepesek sem élhetnének kizárólag burgonyán.

Mennyire reális A marsi című film krumplitermesztése?

A film, amelyre gondolunk, A marsi című 2015-ös alkotás, főszerepében Matt Damonnal. Damon Mark Watney űrhajóst alakítja, aki egyedül marad a bolygón, és burgonyatermesztéssel próbálja meghosszabbítani az élelmiszerkészletét.

A film számos részlete tudományos alapokon nyugszik, és a NASA is úgy jellemezte, hogy több szempontból valósághű képet mutat a Mars éghajlatáról, felszínéről és az emberes kutatás kihívásairól.

A burgonyatermesztés alapötlete tehát nem nevetséges. Nyomás alatt tartott, fűtött, megvilágított helyiségben, megfelelő vízzel és tápanyagokkal valóban lehetne burgonyát nevelni.

A film megoldása azonban több ponton leegyszerűsíti a helyzetet.

Ami reális

A burgonyagumók alkalmasak lehetnek szaporításra, ha életképesek és nem kezelték őket csírázásgátló szerrel.

Az emberi hulladék valóban tartalmaz növényi tápanyagokat. Megfelelő feldolgozás után ezek elvileg visszaforgathatók a termesztésbe.

A marsi regolit egyes ásványi összetevői szintén felhasználhatók lehetnek termesztőközeg készítéséhez.

Ami problémás

A friss emberi ürülék közvetlen felhasználása komoly mikrobiológiai kockázatot jelent. Kórokozókat tartalmazhat, ezért komposztálásra, hőkezelésre vagy más fertőtlenítésre lenne szükség.

A marsi regolit perklorátokat tartalmazhat, amelynek problémásságától eltekintenek.

A helyiségben szabályozni kellene a páratartalmat, a szén-dioxidot, az oxigént, a hőmérsékletet és a növényvilágítást.

A termőközeg biológiai egyensúlya sem alakulna ki attól, hogy néhány adag földi szerves anyagot belekeverünk.

Mark Watney módszere tehát elméletileg nem lehetetlen, de a gyakorlatban jóval több talajkezelést, fertőtlenítést és gépészeti szabályozást igényelne, mint amit a film bemutat.

Terraformálni kellene a Marsot?

Egy valóban hosszú távú, önfenntartó marsi civilizáció terveiben előbb-utóbb felmerül a terraformálás: a bolygó légkörének, hőmérsékletének és vízháztartásának olyan átalakítása, amely egyre nagyobb területeket tenne alkalmassá földi élet számára.

Fontos azonban különválasztani két célt.

Az első egy zárt marsi kolónia, ahol az emberek nyomás alatt tartott lakóterekben és üvegházakban élnek. Ehhez nincs feltétlenül szükség a teljes bolygó terraformálására.

A második egy olyan Mars, ahol növények, majd talán emberek is nagyobb területeken, kevésbé zárt környezetben élhetnek. Ehhez már valóban szükség lenne a légkör jelentős sűrítésére és a bolygó felmelegítésére.

A jelenlegi ismeretek szerint ez belátható időn belül nem megoldható. Egy NASA által ismertetett kutatás arra jutott, hogy még a Mars hozzáférhető szén-dioxid-készleteinek felszabadítása is legfeljebb a földi légnyomás körülbelül hét százalékára növelné a nyomást. Ez még mindig messze lenne az emberi vagy nyílt növényi élethez szükséges szinttől.

Ezért a közeljövő „terraformálása” valószínűleg nem az egész bolygó átalakítását jelentené. Sokkal inkább helyi, zárt lakózónák létrehozását:

• nyomás alatt tartott üvegházakat;
• mesterséges talajokat;
• szabályozott légkört;
• újrahasznosított vizet;
• és fokozatosan bővülő biológiai rendszereket.

A NASA egyes kutatói ezt kis léptékű vagy helyi terraformálásként is vizsgálják.

Nem ugyanazt fogjuk enni, mint a Földön

Egy marsi étrendet nem pusztán az ízlés, hanem az erőforrás-hatékonyság határozna meg.

Egy növény annál értékesebb lenne, minél:

• több kalóriát vagy tápanyagot ad négyzetméterenként;
• rövidebb idő alatt terem;
• kisebb az ehetetlen része;
• kevesebb vizet és fényt igényel;
• könnyebben szaporítható;
• és többféleképpen használható fel.

A saláta gyorsan nő és vitamint ad, de alig tartalmaz kalóriát. A burgonya sok energiát biztosít, de nagyobb termesztőteret igényel. A szója fehérjét és zsiradékot ad, viszont feldolgozást igényel. A fűszernövények táplálkozási szempontból nem létfontosságúak, de sokat javíthatnak az évekig ismétlődő ételek élvezeti értékén.

Ezért a marsi növénytermesztésnek egyszerre kellene kalóriát, fehérjét, zsiradékot, vitaminokat és változatosságot biztosítania.

Milyen lehet egy átlagos marsi ebéd?

Egy fejlettebb telepen az ebéd például így nézhetne ki:

• helyben termesztett burgonyából készült étel;
• szója- vagy fermentált mikrobiális fehérjéből készült feltét;
• friss saláta, retek és paradicsom;
• szárított vagy friss fűszernövények;
• búzából vagy más gabonából készült lepény;
• algából vagy olajos magvakból származó zsiradék;
• desszertként pedig kisebb mennyiségű eper vagy más különleges növény.

Az ételek nem feltétlenül lennének rosszak vagy unalmasak. A korlátozott alapanyagokból azonban kreatív feldolgozási módszerekre lenne szükség.

A fermentálás különösen fontos szerepet kaphatna. Ugyanabból a szójából készülhetne ital, tofu, tempeh, szósz vagy fehérjedús krém. Gabonából kenyér, tészta, kása vagy erjesztett étel. A friss zöldségek pedig textúrát és ízt adnának a hosszú ideig tárolt alapanyagoknak.

A marsi kert több lenne egyszerű élelmiszerforrásnál

Egy idegen bolygón a növények nemcsak ennivalót jelentenének.

Egy zöld termesztőtér:

• javíthatná a levegő minőségét;
• részt vehetne a víz körforgásában;
• csökkenthetné a hulladék mennyiségét;
• kellemesebb páratartalmat teremthetne;
• munkát és napi rutint adna;
• enyhíthetné a bezártság és elszigeteltség érzését.

A földi természet látványa valószínűleg különösen nagy értéket képviselne egy olyan bolygón, ahol az ablakon kinézve csak vörös port, sziklákat és fekete eget látni.

Az első marsi paradicsom ezért nem csupán néhány gramm élelmiszer lenne. Annak bizonyítéka volna, hogy az ember képes a földi élet egy apró, működő darabját egy másik bolygón is fenntartani.

Először zacskós étel, aztán saláta, végül mezőgazdaság

A marsi élelmezés várhatóan több lépésben fejlődne. Az első expedíciók szinte minden élelmiszert magukkal vinnének, és csak néhány friss növényt nevelnének kísérleti vagy étrend-kiegészítő céllal. A következő telepek nagyobb hidropóniás rendszereket építhetnének, amelyek már a zöldség- és fűszerszükséglet jelentős részét fedezik.

Később megjelenhetnének a kalóriát és fehérjét biztosító növények, a tápanyag-visszaforgatás, a helyi víz kitermelése és a marsi regolit feldolgozása. A teljes bolygó terraformálása, amennyiben valaha egyáltalán megvalósítható lesz, több évszázados vagy évezredes feladat lehet. Addig a marsi mezőgazdaság mesterségesen fenntartott, zárt rendszerekben működne.

Az első Mars-utazók tehát valószínűleg még csomagolt ételeket bontogatnak majd, melléjük néhány saját termesztésű salátalevelet téve. Egy valódi kolónia lakói azonban már burgonyát, gabonát, hüvelyeseket és zöldségeket termeszthetnek. És ha egyszer valaki először készít teljes egészében marsi alapanyagokból vacsorát, az talán legalább akkora történelmi pillanat lesz, mint az első emberi lábnyom a bolygón.

Reméljük, tetszett a gondolatkísérletünk! De ha neked ennél jóval földibb mezőgazdasági problémáid vannak, ne aggódj, segítünk. A Marson ugyan valószínűleg nem lesz vadkár, de itt a Földön egyelőre nagyon is valós probléma. Ha nálad is, akkor máris kattints ide, és nézd meg, hogyan tudunk eszközt adni a kezedbe ellene.