Co to jest rolnictwo kosmiczne?
Rolnictwo kosmiczne odnosi się do uprawy
Hodowla na ciałach niebieskich, takich jak Księżyc lubMars ma wiele wspólnego z rolnictwem na stacji kosmicznej lub w kosmicznej kolonii. Jednak w zależności od wielkości ciała niebieskiego złożoność mikrograwitacji związana z tym ostatnim może być nieobecna.
Każde środowisko będzie miało różną dostępnośćzasoby dla procesu rolnictwa kosmicznego: materiał nieorganiczny potrzebny do wzrostu roślin, środowisko glebowe, nasłonecznienie, względna dostępność dwutlenku węgla, azotu i tlenu i tak dalej. Rolnictwo kosmiczne.
Jakie są problemy z rolnictwem kosmicznym?
- Mikrograwitacja
Na niskiej orbicie i potencjalena planetach kolonialnych grawitacja jest mniejsza niż jesteśmy przyzwyczajeni. Słaba grawitacja wpływa na wiele cech rozwoju organizmów, a rośliny nie są wyjątkiem. W eksperymentach, w których te same rośliny uprawiano na Ziemi i na ISS, niektóre gatunki na orbicie straciły zauważalnie smak i wartość odżywczą. Na przykład w zarodkach „kosmicznych” rzepy Brassica rapa było znacznie mniej skrobi i białka (o 24%).
- Zakłócenie wymiany ciepła
Ten problem występuje, jeśli zamknięta przestrzeń jest słabo wentylowana. Jednocześnie wokół rośliny gromadzą się lotne substancje organiczne, co może spowolnić jej wzrost.
- Promieniowanie
Obserwacje pokazują, że promieniowanie jest stałemoże powodować uszkodzenia i mutacje DNA, a także wpływa na poziom ekspresji genów. Biorąc to wszystko pod uwagę, nie da się przewidzieć, jak rośliny sprowadzone z Ziemi będą się zmieniać w czasie.
- Gleba
Nasza ziemska gleba, która daje życie roślinom, jestzłożony system, w którym zarówno minerały, jak i substancje organiczne są równie ważne. Na przykład na Marsie sytuacja jest zupełnie inna. Powierzchnia Czerwonej Planety pokryta jest regolitem - drobnym piaskiem i pyłem, które powstają, gdy skały są niszczone przez wiatr, wahania temperatury i uderzenia meteorytów. Pył ten jest nie tylko martwy, ale także niebezpieczny dla roślin: zawiera toksyczne związki, w tym nadchlorany - sole kwasu nadchlorowego.
Jak wymienić glebę?
W kwietniu 2014 roku statek towarowy Dragon SpaceXdostarczył zieloną roślinę Veggie na Międzynarodową Stację Kosmiczną, aw marcu astronauci rozpoczęli testowanie orbitalnej plantacji. Instalacja kontroluje pobór światła i składników odżywczych. W sierpniu 2015 roku w menu astronautów znajdowały się świeże warzywa uprawiane w warunkach mikrograwitacji.
Kiedy Veggie jej służył, planują ją zastąpićwiększa roślina to w pełni automatyczna szklarnia Advanced Plant Habitat (APH). Będzie można regulować wiele parametrów, w tym wilgotność, ciśnienie, oświetlenie, ilość dostarczanego tlenu i składników odżywczych, a nawet mierzyć temperaturę poszczególnych liści.
W rosyjskim segmencie przestrzeni międzynarodowejStacja obsługuje szklarnię „Lada” do eksperymentu „Rośliny-2”. Pod koniec 2016 lub na początku 2017 roku na pokładzie pojawi się wersja Łada-2. Nad tymi projektami pracuje Instytut Problemów Medycznych i Biologicznych Rosyjskiej Akademii Nauk.
Jak uprawiać rośliny w obcej glebie?
Ogrodnictwo kosmiczne nie ogranicza się doeksperymenty w zerowej grawitacji. Aby skolonizować inne planety, człowiek będzie musiał rozwijać rolnictwo na glebie innej niż ziemska i w atmosferze o innym składzie. W 2014 roku biolog Michael Mautner uprawiał szparagi i ziemniaki na glebie meteorytowej. Aby uzyskać glebę nadającą się do uprawy, meteoryt rozdrobniono na proszek.
Empirycznie był w stanie to udowodnić na miejscupochodzenia pozaziemskiego mogą rosnąć bakterie, mikroskopijne grzyby i rośliny. Większość materiałów asteroid zawiera fosforany, azotany, a czasem wodę.
- Mars
W przypadku Marsa, gdzie jest dużo piasku i pyłu,kruszenie skały nie jest wymagane. Ale pojawi się inny problem - skład gleby. W glebie Marsa znajdują się metale ciężkie, których zwiększona ilość w roślinach jest niebezpieczna dla ludzi. Naukowcy z Holandii przeprowadzili symulację marsjańskiej gleby i od 2013 roku uprawiali na niej dziesięć upraw kilku gatunków roślin.
W wyniku eksperymentu naukowcy odkryli tozawartość metali ciężkich w grochu, rzodkiewce, żyto i pomidorach uprawianych na symulowanej glebie marsjańskiej nie jest niebezpieczna dla ludzi. Naukowcy nadal prowadzą badania nad ziemniakami i innymi uprawami.
Badacz Wager Wamelink bada rośliny uprawiane w symulowanej glebie marsjańskiej. Zdjęcie: Joep Frissel / AFP / Getty Images
- Księżyc
W analogu gleby księżycowej naukowcom już się udałokiełkują bawełnę, ale głównym problemem jest to, że żadna roślina nie przetrwa księżycowych zmian temperatury. Przykładowo w nocy na satelicie temperatura może spaść do -170 stopni.
Tak więc, dzięki chińskiemu aparatowi „Chang’e-4”,Po raz pierwszy udało się wyhodować roślinę pod wpływem grawitacji księżycowej: wykiełkowały nasiona bawełny. W ramach eksperymentu chińscy naukowcy wykorzystali szczelny pojemnik ze specjalną pożywką. Oprócz nasion bawełny zawierał nasiona ziemniaków, rzepaku i kłącza Tala. W eksperymencie wykorzystano także larwy muszek owocowych i grzyby drożdżowe.
Jak rośliny będą uprawiać w przyszłości?
- Hydroponika
Dzięki tej metodzie rośliny rosną w wodzie.Możesz stale utrzymywać korzenie w wodzie lub stosować technikę odpływu i odpływu, a także użyć różnych podłoży, które utrzymują odpowiednią ilość płynu.
- Aeroponics
W tym przypadku korzeni roślin nie ma w wodzie.lub podłoże w powietrzu. W pobliżu zainstalowane są opryskiwacze, które od czasu do czasu otulają korzenie lekką mgiełką z drobnych kropel pożywki. W ten sposób rośliny otrzymują zarówno pożywienie, jak i wystarczającą ilość tlenu.
- Antroponika
Źródło wody i nawozu do upraw hydroponicznychinstalacje stają się marnotrawstwem dla załogi. Mocz astronautów może stać się podstawą nawozów azotowych, taki eksperyment przeprowadzili już na Ziemi włoscy naukowcy.
Pomimo perspektyw hydroponiki wśród naukowcówSą też zwolennicy ogrodnictwa bazującego na glebie z innych planet. Takie eksperymenty trwają w Holandii od 2013 roku. Biolodzy z Uniwersytetu w Wageningen uprawiają warzywa na sztucznej glebie, która bardzo przypomina skład regolitu z powierzchni Marsa i Księżyca.
Gleba „marsjańska” jest zbudowana z wulkanupopiół i piasek z Hawajów oraz „księżycowy” z piasku pustyni w Arizonie. Aby odtworzyć teksturę regolitu, materiał dodatkowo rozdrabnia się na pył. Naukowcy zebrali już w swoim koszyku z żywnością kilkanaście upraw, w tym pomidory, groch, rzodkiewki, żyto, zieloną cebulę i inne rośliny.
Kolejnym śmiałym pomysłem jest zmiana Marsaatmosfera przy użyciu cyjanobakterii (sinic). Te małe organizmy są zdolne do fotosyntezy: uważa się, że to one „wdychały” znaczną część tlenu, który przyczynił się do „rewolucji tlenowej” na początku proterozoiku. W 2018 roku międzynarodowy zespół naukowców odkrył, że cyjanobakterie mogą wytwarzać gaz przy bardzo niskim poziomie oświetlenia.
Ostatnie osiągnięcia
Część nasion wykiełkowała w naziemnym laboratoriumryżu, który odwiedził Księżyc w ramach misji Chang'e-5. Chińska automatyczna stacja międzyplanetarna (AIS) Chang'e-5 stała się pierwszym chińskim statkiem kosmicznym, który dotarł na Księżyc i powrócił na Ziemię. Misję wystrzelono w listopadzie 2020 r., a kapsuła powrotna z próbkami gleby księżycowej została dostarczona na Ziemię w grudniu.
Jednym z celów misji było przeprowadzenieeksperymenty dotyczące doboru roślin rolniczych w kosmosie. W szczególności na pokładzie „Chang'e-5” znajdowało się około 40 gramów nasion ryżu, które wróciły na Ziemię po misji księżycowej.
Nasiona zostały przekazane do badańCentrum Południowochińskiego Uniwersytetu Rolniczego. Niektóre z tych nasion wykiełkowały pomyślnie. Zdaniem naukowców wyniki tego eksperymentu pomogą ujawnić wpływ warunków przestrzennych na struktury rolnicze, a także opracować odmiany ryżu o unikalnych właściwościach.
Czytaj więcej:
Argentyńskie Ministerstwo Zdrowia ujawniło dane dotyczące skutków ubocznych wśród osób, które otrzymały Sputnik V
Dziobak okazał się genetyczną mieszanką ssaków, ptaków i gadów
Aborcja i nauka: co stanie się z dziećmi, które będą rodzić