לגדל עגבניות על מאדים

בשהות כה ממושכת צריך כמובן גם לדאוג למזון עבור האסטרונאוטים, וככל שהיא תתארך יותר כך יהיה הגיוני פחות לשלוח מראש מזון לכל משך המשימה. לפיכך, חיוני שחברי המשלחת יוכלו לגדל בעצמם מזון בחלל ועל קרקע מאדים. במיוחד חשוב שיוכלו לגדל צמחים, שכן נוסף למזון הם יכולים גם למחזר חומרי פסולת, לספוג פחמן דו-חמצני, לטהר מים ולייצר חמצן.

חוקרים באוניברסיטת וחנינחן (Wageningen) שבהולנד בדקו אם אפשר לגדל צמחים על אדמת מאדים ועל אדמת הירח. בניסוי לא נעשה שימוש בקרקעות אמיתיות משני גרמי השמיים. עד כה לא הובאו לכדור הארץ שום דגימות קרקע ממאדים, וגם בדגימות האבנים שהביאו אסטרונאוטים מהירח אין די לניסוי כזה. עם זה, יש די מידע על הרכב הקרקעות שלהם, כדי למצוא קרקעות דומות בהרכבן על כדור הארץ. אדמה מהר געש בהוואי נמצאה דומה בהרכבה לקרקע של מאדים, כדי לדמות את אדמת הירח לקחו החוקרים אדמת מדבר מאריזונה.

בניסוי הראשון ניסו החוקרים לגדל צמחי מאכל על הקרקעות הללו בלי תוספים, אך רוב הצמחים קמלו ומתו. בניסוי השני הוסיפו החוקרים חומר אורגני לקרקע (דשן ודשא קצור), ואז הצליחו לגדל עשרה מינים של צמחי מאכל (עגבנייה, שיפון, צנון, אפונה, כרישה, תרד, רוקט, גרגיר הגינה, קינואה ועירית) על שני סוגי הקרקעות. הצמחים גודלו בתנאים מבוקרים וקבועים של לחץ אוויר, טמפרטורה, לחות ואור. כקבוצת ביקורת גידלו החוקרים בתנאים זהים את הצמחים האלה גם באדמת ארץ פוריה מדושנת בקומפוסט. לא נמצא הבדל סטטיסטי מובהק בין צמחי "כדור הארץ" לצמחים אלה שגדלו על המצע דמוי-מאדים או דמוי-הירח.

חקלאות בלי תנאים
גידול צמחים על מאדים הוא אתגר של ממש. צמחים זקוקים למים, חמצן, אור, פחמן דו-חמצני וחומרים מזינים (נוטריינטים) וכן לטמפרטורה נוחה. פרט לפחמן דו-חמצני, שנמצא בשפע באטמוספרה הדלילה של מאדים, כל השאר חסרים בכוכב הלכת האדום.

בשנים האחרונות נמצאו עדויות לקיומם של מים נוזלים על פני מאדים במשך חלק מהשנה. ואולם, המים האלה עשירים כנראה בפרכלורטים רעילים לאדם. מקור הרעלנים הללו הוא באדמת המאדים, שמכילה כחצי אחוז עד אחוז של פרכלורטים. חומרים אלה גם מורידים את נקודת הקיפאון של המים, ומאפשרים להם להיות נוזליים בטמפרטורה נמוכה מאפס מעלות צלסיוס.

אנרגיית האור מאפשרת את תהליך הפוטוסינתזה: קיבוע פחמן דו-חמצני מהאטמוספרה לתוך מולקולת סוכר ופליטת חמצן. ואולם, עוצמת אור השמש המגיעה למאדים היא כמחצית מזו שמגיעה לכדור הארץ. מכיוון שצמחים חייבים אור כדי לשגשג, נאס"א בוחנים את האפשרות לגדל צמחים תחת נורות LED חסכוניות באורכי גל שיגבירו את יעילות הגדילה. גם הטמפרטורה השוררת על פני המאדים אינה אופטימלית, והיא עומדת בממוצע על 63 מעלות צלזיוס מתחת לאפס, כך שבכל מקרה יהיה צורך בבקרת טמפרטורה.

מה בנוגע לאוויר? האטמוספרה במאדים עשירה מאוד בפחמן דו-חמצני, ומהבחינה הזו הצמחים ייהנו מכיוון שתהליך הפוטוסינתזה יעיל יותר ככל שעולה ריכוז הפחמן הדו-חמצני ביחס לחמצן. אך עבור בני אדם האטמוספרה הזאת עוינת. ראשית, לחץ האוויר הממוצע על פני מאדים עומד על כ-0.6 אחוז בלבד מזה שעל פני כדור הארץ (אטמוספרה אחת).

צמחים, מסוגלים לגדול גם בלחץ אוויר של כעשירית האטמוספרה, כך שאפשר לגדל אותם בלי להשקיע אנרגיה ביצירת תא לחץ מיוחד עבורם. הבעיה הגדולה תהיה בטיפול בהם, משום שבני אדם לא יוכלו לשרוד בלי חליפת חלל בתנאי הלחץ האלה.

בעיה נוספת המקשה על חקלאות על מאדים היא הכבידה. האסטרונאוטים בתחנת החלל הבינלאומית אמנם הצליחו כבר לגדל חסה ולאכול אותה, אולם גידול צמחים בכבידה מזערית אינו משימה פשוטה. אחרי הכול, הצמחים מותאמים לגדול בתנאי הכבידה של כדור הארץ. כוח הכבידה על מאדים, כשליש מזה של כדור הארץ, עלול להיות לא אופטימלי עבורם. מהניסויים שנעשו בתחנת החלל הבינלאומית עלה למשל שצריכת המים של הצמחים עלתה מאוד בתנאים של כבידה מזערית.

בעיה נוספת היא האטמוספרה הדלילה של מאדים, שאינה מסננת קרינה מהשמש כמו האטמוספרה של כדור הארץ. במאדים חסר גם השדה המגנטי של כדור הארץ המספק הגנה מפני קרינה מהחלל (חגורת ון אלן) – מה שחושף את פני מאדים ואת מי שעליו לקרינה. עם זאת, הקרינה הזו פחותה מזו שיספגו האסטרונאוטים והצמחים שלהם בדרך למאדים. כמות הקרינה שספגה הגשושית Curiosity בדרכה למאדים, מסע של כ-220 ימים בלבד, היתה גבוהה פי 15 מרמת החשיפה השנתית המותרת לעובד בכור גרעיני.

בטיחות תזונתית
בהנחה שתימצא הדרך להגן על בני האדם והצמחים מהקרינה בדרך למאדים, הצמחים יזדקקו אחרי הנחיתה לנוטריינטים מהקרקע. אחת הבעיות היא שהקרקע של מאדים רחוקה מלהיות אידיאלית לחקלאות – היא מכילה כמויות גבוהות של מתכות רעילות כמו עופרת, ארסן, כספית וברזל.

צמחים נוטים לספוח מהאדמה את המתכות הכבדות, ולכן צפוי שהעלים והפירות שלהם יהיו רעילים. הניסוי הבא של קבוצת המחקר בהולנד יתמקד בבטיחות המזון הגדל על מצע דמוי אדמת מאדים, בין השאר תפוחי אדמה ושעועית. אם יימצא שהמזון בטוח למאכל, החוקרים מתכוונים להכין ממנו "ארוחת מאדים", שתורכב מחומרי הגלם הטריים והאיכותיים ביותר ממאדים – או לפחות הדבר הקרוב ביותר לזה שאפשר להשיג בינתיים.