Kan vi dyrke planter på Månen og Mars? Og i så fald hvordan?
I sidste ende behøver det ikke være en videnskabelig udfordring. Det handler mere om ressourcer og energi, mener astrobiolog Kai Finster.
I sidste ende behøver det ikke være en videnskabelig udfordring. Det handler mere om ressourcer og energi, mener astrobiolog Kai Finster.
Menneskeheden har kurs mod Månen igen. Senere Mars. Og med tiden - måske og hvis det står til Elon Musk - en kolonisering af Den Røde Planet.
Før det nogensinde kan blive en realitet, skal vi lære at mestre tusindvis af ting.
En af de mere afgørende er dyrkning af landbrug og planter i rummet.
Men hvordan gør man så det?
Hvor svært er det?
Og hvor langt er vi egentlig fra at gøre det til virkelighed?
\ Serie: Rumrejsen 2023
I 2023 er den danske astronaut Andreas Mogensen på sin anden rummission, Huginn, hvor han tilbringer et halvt år på Den Internationale Rumstation.
I den forbindelse dækker Videnskab.dk Andreas’ mission, rumforskningen og -industrien med temaserien ‘Rumrejsen 2023’ bestående af flere artikler og videoer.
Temaet er blevet muliggjort takket være støtte fra Novo Nordisk Fonden. Videnskab.dk har redaktionel frihed i forhold til indholdet.
Vi kan ikke bare sådan lige plante grøntsager på Mars
Mars-jord kaldes regolit og indeholder ingen næringsstoffer, men består af mineralstøv.
Regolitten indeholder desuden en kemisk forbindelse, som er giftig for planter.
Temperaturen svinger mellem −153 °C og 20 °C, afhængigt af hvor man er på Mars.
Og der er ikke et ozonlag til at beskytte planterne mod UV-stråling.
Der er heller ikke noget globalt magnetfelt, som kan beskytte mod kosmisk stråling.
På Månen er det også svært
Månen har ikke en atmosfære. Der er altså ingen ilt. Ingen CO2.
Og så er der store temperaturforskelle. Forskellen på en månedag og en månenat kan være 250 grader.
På grund af Månens rotation har næsten alle steder på Månen to uger i totalt mørke. Og to uger med konstant sollys.
Ligesom på Mars er der intet magnetfelt på Månen.
Så overfladen er ikke beskyttet mod kosmisk stråling eller når den rammes af voldsomme solstorme, der er skadelige for både den elektronik og de planter, vi kunne have placeret på Månens overflade.
Samtidig bombarderes Månen med jævne mellemrum af meteoritter.
Månejorden (også kaldet regolit) består af små, fine korn, som er sundhedsskadelige, hvis de inhaleres af astronauter, og som kan tilstoppe filtre og pumper i rumkapslen.
Alligevel er det lykkedes...
...et forskerhold fra University of Florida at få ukrudtsplanten Almindelig Gåsemad til at spire og vokse i jord fra Månen.
Det gik ikke perfekt. Planterne var stressede, og en enkelt af dem afgik ved døden.
Men det lykkedes!
Forskergruppen brugte månejord indsamlet ved tre forskellige ture til Månen: Apollo 11, 12 og 17.
På rumstationer er astronauter også lykkedes med at få liv i planter.
Allerede i 1982...
...sprang den første blomst ud i rummet.
På den sovjettiske rumstation Saljut-7 dyrkede man også Almindelig Gåsemad, der endda producerede frø i kredsløb.
I 1987...
...sendte Kina et lille parti blågrønne alger på en fem dages rejse rundt om Jorden i en rumkapsel.
Algerne overlevede turen.
På Den Internationale Rumstation, ISS, har astronauter dyrket et hav af planter.
I 2012 spirede en solsikke på ISS.
Solsikken var en del af NASA astronauten Don Pettits personlige biologiske eksperiment.
Siden 2014 har astronauterne haft deres helt eget vækstsystem på ISS.
Det hedder Veggie. Som er en forkortelse af ‘The Vegetable Production System’.
Astronaut Steve Swanson...
... såede i maj 2014 seks frøposer med rød romainesalat.
Tre sunde salatplanter blev høstet efter 33 dage. De blev frosset ned og returneret til Kennedy til analyse af fødevaresikkerheden.
Resultaterne var gode, og planterne var lige så rene eller renere end dem, man køber i supermarkedet.
En af salatplanterne spirede ikke, og to planter gik tabt på grund af vandstress.
I februar 2016...
... sprang en flot orange sommerblomst af slægten zinnia ud på ISS.
»First ever flower grown in space makes its debut!«
Skrev NASA-astronauten Scott Kelly om frøkenhatten på Twitter.
Men det var altså ikke helt sandt.
Siden har astronauterne dyrket kinakål…
… japansk mizuna-salat
… og tomater!
Men hvordan får de overhovedet liv i planterne på ISS, 400 kilometer over Jorden, hvor der er vægtløshed og ikke er direkte sollys?
Lyset får de fra LED-lamper. Det er ret simpelt - omend det kræver lidt energi - og vi kender blandt andet teknikken fra såkaldte ‘vertikale landbrug’, der foregår inden døre her på Jorden.
For at undersøge hvordan planter reagerer på vægtløshed, kan man bruge en særlig type roterende potte kaldet en klinostat, fortæller Christina Ayoe Toldbo, der er forsker ved Danmarks Tekniske Universitet:
»Man slynger ligesom langsomt planterne rundt på en cylinder, så den tyngdekraft, som planterne mærker, skifter retning hele tiden, og planternes vækst derfor minder om den, vi ser i vægtløs tilstand.«
Christina Ayoe Toldbo har blandt andet været en del af projektet SpaceMoss, der handlede om at udvikle mos, som bedre kunne klare temperaturerne på Mars.
Og hvad med vandingen?
En klassisk vandekande kan jo man ikke bruge.
Her bruger astronauterne et såkaldt hydroponisk system, hvor man dyrker planter uden jord i såkaldte ‘plantepuder’, med et lerholdigt vækstmedie og gødning.
Puderne fordeler vand, næringsstoffer og luft i en sund balance omkring rødderne, så planterne eksempelvis ikke drukner.
Plantedyrkningen på ISS er dog milevidt fra selvforsynende kolonier på Månen og Mars.
»ISS er god til mange ting, men den egner sig ikke til at simulere Mars, når det gælder dyrkning af planter,« påpeger professor og astrobiolog Kai Finster, der forsker ved Aarhus Universitet.
»Modsat Mars er tyngdepåvirkning meget lille på ISS. Det er vigtigt, da planter bruger tyngdekraften til at orientere sig i rummet. Desuden er der slet ikke plads nok på Den Internationale Rumstation til at dyrke de planter på en skala, der er relevant for Mars.«
Som Christina Ayoe Toldbo siger: »Det nytter jo ikke så meget, hvis astronauter kun får en tomat hver fjerde måned.«
Plantekamrene på ISS er altså mest af alt grundvidenskab, der eksempelvis giver forskere en basal forståelse af, hvordan vægtløshed og tyngdekraft påvirker planters evne til at vokse.
I en rumkoloni på Mars skal planter dyrkes og overleve i et lignende plantekammer. Det skal bare være meget, meget større, hvilket gør opgaven lidt mere kompliceret.
»Vi ved fra Jorden, at man først får øjnene op for problemer, når en proces skal opskaleres,« siger Kai Finster.
For det har man faktisk forsøgt engang.
I begyndelsen af 1990’erne...
... eksperimenterede otte mennesker med at holde en slags rumkoloni i gang.
‘Biosphere 2’ hed projektet, der blev kaldt et moderne Noahs Ark og »det mest spændende videnskabelige projekt i USA, siden Kennedy sendte os til Månen«.
Eksperimentet fandt sted i Oracle, Arizona, i USA.
Her havde Ed Bass, søn og arving til en texansk oliemilliardær, betalt 150 mio. dollar for at opføre et 12.000 kvadratmeter stort, lufttæt drivhus, hvor de ville genskabe jordens økosystemer.
Formålet var blandt andet at undersøge, hvordan man kunne lave en selvforsynende rumkoloni for mennesker.
I biosfæren fandtes ørken, tropeskov, landbrugsjord, en savanne og et lille hav med et koralrev, 4.000 forskellige arter af insekter og planter.
Der fandtes 35 høns, tre haner, tre smågrise, et vildsvin, flagermus, sommerfugle, bier og slanger.
Og altså otte mennesker, der skulle bo i drivhuset i to år - fra 1991 til 1993.
Den videnskabelige tyngde af eksperimentet var dog til diskussion.
Og de to år blev ret tumultariske:
Beboerne blev voldsomt uvenner.
Og fik søvnapnø af iltmangel.
På et tidspunkt måtte man pumpe 14.000 liter flydende oxygen ind i drivhuset på grund af iltsvind.
»Det føltes som at trække vejret gennem et sugerør,« har den tidligere beboer Linda Leigh fortalt til Zetland:
»Jeg vågnede om natten og snappede efter vejret, og jeg måtte stoppe op og hvile mig på hver etage, når jeg gik på trapperne.«
»Bier og kolibrier døde, og afgrøderne blev derfor ikke bestøvet. Kakerlakkerne trivedes og forplantede sig til gengæld lystigt,« mindes Linda Leigh.
Beboerne overlevede dog.
26. september 1993 gik de ud gennem luftslusen til ‘Biosphere 2’ efter to år i drivhuset.
I dag har University of Arizona overtaget det unikke anlæg, der nu fungerer som forskningsstation.
»Idéen var at lave en stor miniature af hele Jordens biosystem. Og det er på en måde det samme, der skal til, hvis man skal kolonisere en anden planet,« siger Christina Ayoe Toldbo.
»Biosphere-eksperimentet viser, hvor komplekst det egentlig er. Der er så mange ting, der kan gå galt.«
»Især når der er interaktioner mellem biologiske systemer. Hvis betingelserne er lidt skæve, så du får for mange myrer eller græshopper, så går det galt i hele systemet,« tilføjer hun.
Biosphere-eksperimentet var måske en anelse for utopisk.
Men mindre kan også gøre det.
Siden 1989 har Det Europæiske Rumagentur, ESA, på mikroskala forsøgt at udvikle en form for biosfære.
MELiSSA (Micro-Ecological Life Support System Alternative) hedder projektet, der går ud på at udvikle lukkede og cirkulære biologiske systemer til langvarige rummissioner.
»Det bygger på en idé om at skabe et biologisk system, hvor man med den helt rette balance af planter, bakterier, alger og mikroorganismer kan skabe en stabil forsyning af ilt, vand og mad,« forklarer Christina Ayoe Toldbo, der dog kalder det for en svær opgave:
»Vores biosfære er så kompleks, at det er sindssygt svært at lave en miniatureudgave af det, som vi så kan have fuldstændig kontrol over.«
I sidste ende behøver det ikke at være så stor en videnskabelig udfordring at få planter og afgrøder på Mars eller Månen.
Udfordringen handler mere om ressourcer og energi, mener astrobiolog Kai Finster.
»Hvis vi på et tidspunkt om meget lang tid kommer til at flytte mennesker til Mars, ser jeg ikke et stort omstillingsproblem, for dem der får muligheden for at komme med. Vi kan allerede i dag producere planter på måder som én til én kan overføres til Mars,« siger AU-professoren.
»Man kan for eksempel bruge hydrokultur i væksthuse, hvor man dyrker planten i vand med gødningsstoffer uden jord.«
»Det gør man med blandt andet med salat fra Holland. Den har aldrig haft jord mellem rødderne. Det er sådan, jeg forestiller mig, at man kunne løse problemet. I stedet for at bruge store marker, hvad ville umuligt på Mars, så ville man kunne dyrke planterne i reoler i stedet. Også det gør man på Jorden i dag.«
Udfordringen - som ikke lige er en mikrobiologernes hovedbrud - er så, hvordan man får bygget de store væksthuse, som der ville brug for, hvis man vil forsyne en million mennesker med mad:
»Væksthusene skal bygges af pansret glas eller nede i lava-huler, så de ikke bliver slået i stykker af meteoritter,« fortæller Kai Finster og fortsætter:
»Desuden skal de være vældigt godt isoleret, da temperaturen på Mars svinger mellem +25 og -120 grader om dagen. Der skal også findes en løsning, hvor man recirkulerer vandet, som er meget kostbar på Mars. Her kunne man lære af de metoder, der skal bruges på Jorden i en tid med stigende vandmangel. Planterne skal også have kunstigt lys, og der skal opretholdes en atmosfære, der minder om Jordens. Begge deler er meget energikrævende.«
»Men det er alt sammen nogle udfordringer, som vi enten allerede har eller kan finde løsninger på. Det er mere et spørgsmål om at få det realiseret og at have den kapital, der skal til for at realisere dem,« forklarer Kai Finster.
For eksempel skal de tonstunge byggematerialer fragtes til Mars, før man kan banke et væksthus op.
»Der skal nogle kraftige raketter til. Og det er nok her, at Elon Musk kommer ind i billedet. Når man først har fragtet maskinerne til Mars, kan man bruge marsstøv og 3D-printe væksthusene. Et lignende forslag, med at 3D-printe habitater, er BIG kommet med, med henblik på at bygge en base på Månen. Det må ingeniørerne og Bjarke Ingels klare.«
»Den biologiske del kan jeg ikke se de store problemer i. Men om man overhovedet skal kaste sig ud i en udflytning til Mars, fordi Jorden er blevet for træls, er en hel anden og meget mere tvivlsom sag,« slutter Kai Finster.
