Con người sẽ ăn gì trên sao Hỏa?

Con người sẽ ăn gì trên sao Hỏa?
Nhà khoa học hành tinh Kevin Cannon nói về công tác hậu cần để nuôi sống dân số một triệu người trên Hành tinh Đỏ

Các nhà khoa học tại Đại học Trung tâm Florida đã mô hình hóa con đường hướng tới khả năng tự cung tự cấp cho một triệu người định cư trên Sao Hỏa trong suốt 100 năm Trái đất.Hình ảnh tranh luận của Artur / Getty

Nếu bạn hỏi Elon Musk, du hành vũ trụ tư nhân có thể trở thành hiện thực trong năm tới và một thành phố tự duy trì trên sao Hỏa không còn xa nữa. Trong khi đó, nhà khoa học hành tinh Kevin Cannon và các đồng nghiệp của ông tại Đại học Trung tâm Florida ít quan tâm đến Tàu vũ trụ sẽ đưa hành khách lên quỹ đạo mà quan tâm nhiều hơn đến cách cung cấp thức ăn cho một khu định cư tiềm năng của con người trên Sao Hỏa. Trong bài báo gần đây “Nuôi dưỡng một triệu người trên sao Hỏa”, Cannon và Daniel Britt đã mô hình hóa con đường hướng tới khả năng tự cung tự cấp cho một triệu người định cư trong suốt 100 năm Trái đất—có tính đến lượng calo tiêu thụ mỗi người, thực phẩm nhập khẩu trong những năm đầu và cơ sở hạ tầng cần thiết, như cơ sở sản xuất thực phẩm có áp suất và đường hầm ngầm để trồng cây với hệ thống đèn LED và ánh sáng mặt trời chiếu vào.

Tạp chí Smithsonian đã nói chuyện với Cannon về tầm nhìn chi tiết của họ.

Điều gì đã truyền cảm hứng cho bạn cân nhắc việc cho một triệu người ăn trên sao Hỏa?

Tôi đang thực hiện rất nhiều dự án liên quan đến tài nguyên vũ trụ nên sử dụng vật liệu địa phương trên mặt trăng hoặc sao Hỏa để hỗ trợ việc thăm dò và phát triển không gian. Nếu bạn nghĩ về những vật tư tiêu hao mà con người cần, thì bạn đang xem xét oxy, nước, vật liệu xây dựng và thực phẩm. Và điều chúng tôi nhận ra là thực phẩm là một trong những thứ khó sản xuất nhất trên bề mặt Sao Hỏa và nó sẽ phải xử lý rất nhiều. Theo quan điểm của chúng tôi, mọi người thực sự chưa nghĩ đủ lớn.

Làm thế nào bạn đưa ra những con số—như số người và lượng calo tiêu thụ—cho nghiên cứu?

Triệu người, đó là một con số tùy ý dựa trên một số điều mà Elon Musk đã nói đến cho những mục tiêu đầy tham vọng của mình, vì vậy chúng tôi chỉ chọn con số đó làm cơ sở. Đối với những con số cụ thể trong nghiên cứu, chúng tôi đã lấy rất nhiều từ dữ liệu trên Trái đất. Ví dụ: chúng tôi xem xét lượng calo trung bình mà một người ăn mỗi ngày và sau đó tính toán dựa trên độ tuổi và mức độ hoạt động của một người. Trong mô hình máy tính này, chúng tôi thực sự đại diện cho một nhóm người, vì vậy chúng tôi có sự kết hợp 50/50 giữa nam và nữ và chúng tôi có cấu trúc độ tuổi. Tất nhiên, trẻ em tiêu thụ ít calo hơn rất nhiều so với người lớn. Tất cả điều đó đã được tính đến trong mô hình của chúng tôi.

Bạn đã cân nhắc những yếu tố thực tế nào khi nghĩ về việc sản xuất lương thực trên sao Hỏa?

Yếu tố hạn chế thực sự chính là số lượng đất bạn yêu cầu. Lý do tại sao điều đó lại quan trọng trên sao Hỏa là khi bạn nghĩ về đất liền, bạn thực sự đang nói đến việc xây dựng một công trình khép kín. Bạn phải tạo áp suất cho nó, bạn phải làm nóng nó và bạn phải thắp sáng nó để bảo vệ khỏi môi trường sao Hỏa. Hầu như không có bầu không khí. Lạnh quá. Vì vậy, đất đai hóa ra là động lực quan trọng nhất. Bạn càng sử dụng nhiều đất để trồng lương thực thì càng có nhiều công trình xây dựng, càng có nhiều năng lượng, v.v.

Làm thế nào bạn xác định được nguồn thực phẩm nào phù hợp cho sự sống trên sao Hỏa?

Chúng tôi đã xem xét điều này một cách rất tổng quát. Chúng tôi nghĩ, được thôi, hãy bắt đầu từ thực vật, bởi vì đó là điều mà hầu hết mọi người trước đây đều giả định khi nghĩ về những gì mọi người sẽ ăn trong các sứ mệnh không gian. Và chúng ta hãy đi xa hơn một chút đến một số nguồn protein. Vì vậy, chúng tôi đã xem xét những gì đang được thực hiện trên Trái đất và chúng tôi tập trung vào các loại thực phẩm làm từ côn trùng hóa ra lại rất hiệu quả đối với Sao Hỏa, cũng như cái gọi là nông nghiệp tế bào. Đó là ý tưởng nuôi thịt từ tế bào trong các lò phản ứng sinh học lớn này. Đó là thứ thực sự đến sớm hơn rất nhiều so với những gì mọi người nghĩ trên Trái đất và nó thích nghi rất tốt để sản xuất thực phẩm trong không gian.

Con người trên sao Hỏa có thể sẽ sống nhờ thịt được nuôi trong phòng thí nghiệm, các sản phẩm làm từ protein côn trùng và rau trồng trong các đường hầm dưới lòng đất.Bến du thuyền Markova

Nông nghiệp tế bào hoạt động như thế nào?

Cách thức hoạt động là bạn lấy tế bào từ động vật—bạn thực sự có thể sử dụng bất kỳ động vật nào, nhưng mọi người đang bắt đầu với gà, bò, những thứ quen thuộc. Bạn chiết xuất những tế bào đó và về cơ bản bạn nuôi chúng trong dung dịch dinh dưỡng. Điều này có thể được thực hiện trong một bể lớn bằng thép không gỉ và nó gần giống như việc nấu bia hơn là một trang trại truyền thống. Những gì mọi người đang thực sự làm hiện nay là cố gắng tạo ra kết cấu phù hợp bằng cách xây dựng những tế bào đó trong một loại khung nào đó mang lại cho bạn kết cấu của các loại thịt khác nhau. Nhưng vấn đề mấu chốt là đây là cách sản xuất protein động vật bền vững hơn nhiều và đạo đức hơn nhiều vì nó không liên quan đến việc nuôi động vật trong những điều kiện đáng ngờ.

Bạn có thể giải thích thêm một chút về protein côn trùng được không?

Ở Bắc Mỹ và Châu Âu, nó không thực sự là một phần trong văn hóa hay chế độ ăn uống của chúng tôi. Nhưng nếu bạn nhìn rộng hơn, tôi nghĩ khoảng 2 tỷ người ăn côn trùng như một phần của cuộc sống. 

chế độ ăn uống của họ một cách thường xuyên. Nó hóa ra là một nguồn protein rất tốt và một lần nữa, nó bền vững hơn nhiều. Nó không đòi hỏi nhiều đất hoặc nhiều nước so với phương pháp canh tác tại nhà máy. Tất nhiên, có một chút yếu tố thô thiển. Nhưng ví dụ, mọi người có thể nghiền dế thành bột rồi cho chúng vào bánh quy, khoai tây chiên hoặc những thứ tương tự, để bạn có thể giấu chúng và không phải nhai cả con côn trùng.

Những loại trái cây hoặc rau quả nào sẽ có trong thực đơn?

Nếu bạn nhìn vào những gì đang được thực hiện trong không gian hiện nay, các phi hành gia có một khu vườn nhỏ nơi họ có thể trồng những thứ như rau diếp, cà chua và ớt. Tất nhiên, những thực phẩm đó có giá trị về những thứ như vitamin và lợi ích tâm lý khi bạn có thể tự trồng rau. Nhưng bạn sẽ không thể nuôi sống một lượng lớn dân số bằng những loại rau có hàm lượng calo rất thấp đó, vì vậy bạn thực sự sẽ phải xem xét những thứ như ngô, lúa mì và đậu nành có hàm lượng calo đủ cao để hỗ trợ tăng trưởng. dân số.

Bạn thấy loại công nghệ nào phù hợp nhất để sản xuất thực phẩm trên sao Hỏa?

Một trong những điều quan trọng là bạn muốn quá trình sản xuất thực phẩm của mình được tự động hóa nhất có thể vì điều đó sẽ giải phóng thời gian của mọi người để làm những việc quan trọng hơn. Rất nhiều công ty đang nghiên cứu vấn đề đó trên Trái đất, cố gắng tích hợp robot vào hoạt động trồng trọt và sản xuất côn trùng. Tôi nghĩ điều quan trọng khác là biến đổi gen, đặc biệt là với các loài thực vật, để tìm cách cải thiện các giống cây trồng và khiến chúng có khả năng phục hồi tốt hơn để phát triển trong môi trường khắc nghiệt trên sao Hỏa. Ngay bây giờ, điều hứa hẹn nhất sẽ là thứ gì đó như CRISPR, thứ đã chiếm lĩnh thế giới sinh học. Hiện đã có một số nghiên cứu sử dụng CRISPR để nhanh chóng sửa đổi bộ gen của các loài thực vật cụ thể. Vì vậy, tôi nghĩ rằng điều đó đặc biệt hứa hẹn nhất trong việc tạo ra các giống cây trồng dành riêng cho sao Hỏa.

Một số thách thức khác do điều kiện trên sao Hỏa đặt ra là gì?

Một điều chúng tôi đã xem xét là liệu việc trồng cây trong nhà kính trên bề mặt có hợp lý hay không. Bất cứ khi nào bạn nhìn thấy một nghệ sĩ phác họa căn cứ trên sao Hỏa, bạn luôn thấy những nhà kính ở khắp mọi nơi. Nhưng những gì chúng tôi phát hiện ra là bạn thực sự không nhận đủ ánh sáng mặt trời trên bề mặt Sao Hỏa vì nó ở xa mặt trời hơn. Ánh sáng mặt trời tới của bạn về cơ bản là những gì bạn sẽ nhận được ở Alaska và có lý do tại sao chúng ta không trồng ngô và lúa mì ở Alaska. Chúng đang phát triển ở nhiều vĩ độ phía nam hơn. Vì vậy, hóa ra những thứ như nhà kính thực sự có thể không có ý nghĩa gì trên sao Hỏa. Chẳng hạn, tốt hơn hết bạn nên trồng cây và sản xuất các loại thực phẩm khác trong các đường hầm dưới lòng đất.

Nước sẽ đến từ đâu?

Chúng tôi có khả năng xử lý khá tốt về vị trí của nước trên sao Hỏa. Nó chủ yếu bị nhốt dưới dạng băng dưới lòng đất và nó cũng được tìm thấy trong một số khoáng chất. Đối với những thứ như đất sét và muối, nơi nước thực sự được nhúng vào cấu trúc khoáng chất, bạn có thể đun nóng chúng và làm bay hơi nước. Một khi bạn chiết xuất được lượng nước đó, việc tái chế nước khá hiệu quả là khá dễ dàng. Tôi nghĩ trên trạm vũ trụ, khoảng 97% lượng nước được thu hồi và tái sử dụng. Rõ ràng việc khai thác nguồn nước đó ngay từ đầu là một thách thức kỹ thuật, nhưng sau khi bạn đã xây dựng được một hồ chứa, bạn sẽ có thể tái chế nó khá hiệu quả trong hệ sinh thái khép kín mà bạn xây dựng này.

Dựa trên kết quả nghiên cứu, bạn có ủng hộ việc con người định cư trên sao Hỏa không?

Đúng, và tôi nghĩ nếu chúng ta nhìn vào những gì cụ thể mà SpaceX đang làm, họ đã đóng những con tàu sẽ chở hàng hóa và sau đó chở người lên Sao Hỏa. Chúng ta gần như đã bắt đầu con đường đó và câu hỏi sẽ là: ai sẽ đi? Đây có phải là cơ quan không gian? Có phải là khách du lịch? Và một khu định cư hoặc một thành phố sẽ được xây dựng như thế nào? Nhưng tôi nghĩ đó chắc chắn là điều khả thi trong thời gian tới.

Làm thế nào kiến ​​thức này có thể áp dụng cho sự sống trên Trái đất?

Gần như là một sự trùng hợp ngẫu nhiên khi những hạn chế mà sao Hỏa áp đặt lên bạn — thiếu bầu khí quyển, cái lạnh — buộc bạn phải sản xuất thực phẩm theo cách bền vững hơn những gì chúng ta làm trên Trái đất. Vì vậy, chuyển khỏi chăn nuôi công nghiệp, thoát khỏi sản xuất sữa và protein động vật quy mô lớn và nghĩ về những lựa chọn thay thế này, như côn trùng và nông nghiệp tế bào, tất cả những hoạt động đó đều bền vững hơn những gì chúng ta đang làm trên Trái đất. Có một phần phụ là việc phát triển thứ này cho Sao Hỏa có thể giúp chúng ta chuyển sang cách sản xuất thực phẩm có trách nhiệm hơn trên Trái đất.