В последнем научно-фантастическом фильме от Ридли Скотта, звезды кино-режиссерской индустрии, был продемонстрирован астронавт будущего, который впервые вступает на неприступную поверхность Марса. Кинокартина была снята в формате 3D в стиле компании Марвел. Зритель может увидеть там новые, ранее неизвестные примеры компьютерной графики, с помощью чего режиссер воссоздаёт интересные космические явления, например марсианскую грозу.

Вся съемочная команда и видео-мейкеры непосредственно сотрудничают с ведущими учеными НАСА, чтобы суметь создать наиболее точную картину. Мы взяли интервью у ведущего учёного НАСА, Дога Майнга, о том, что он считает насчёт этого необычного вида сотрудничества.

"В целом, думаю, что получится нечто очень и очень интересное. Мы прилагаем все усилия, чтобы воссоздать всё именно так, как есть на самом деле".

Фильм: пейзаж пустынных просторов Марса выглядит очень убедительным: скалы из красного камня, обширные пространства скалистого песка, созданные из смеси цифровых эффектов и фрагментов съемок в Иордании. Соответствует ли это тому, что есть на самом деле?

Наука: "На самом деле, все макеты поверхности планеты были созданы на основе реальных фотографий Марса. У нас есть несколько космических аппаратов, и именно они помогли нам со снимками. Марс - планета, развитие и изменение которой происходит в достаточно быстрых темпах. Тем более, учитывая то, что там находится один из самых крупных вулканов в Солнечной системе. Хотя кроме вулкана есть одна долина, и если её перенести в Соединённые Штаты, то она будет простираться от Восточного до Западного побережья. Видео-мейкеры поистине проделали очень хорошую работу, создав столько детальную картину".

Фильм: в фильме астронавт Марк Уотни (Даймон) сажает и выращивает картошку на Марсе, используя марсианский грунт и импровизированную систему орошения.

Наука: "Я уже предугадывал, что можно было бы сделать, придя я на работу в НАСА на 30 лет позже", - сказал Майнг, доктор философских наук и почвоведения из Техасского университета. "Я уверен, что можно было бы взять немного почвы, как сделал главный герой в кино, и положить туда картошку, добавив воду. Она могла бы начать расти, если был бы где-нибудь азот".

Фильм: чтобы вырастить свой картофель, Уотни подкармливал растение посредством твердых человеческих отходов (фекалиями) как своими, так и других космонавтов. Тем самым он смог обеспечить все необходимые питательные вещества растению, в том числе и азот.

Наука: "Если бы я был на Марсе, я бы сделал тоже самое", - сказал Майнг. "Мы не делаем подобного на Земле, потому что в этом нет никакой необходимости. Тем не менее, данный факт абсолютно реален. Помимо фекалий можно использовать и мочу. В ней также много азота".

Фильм: по факту, Марс очень "сухая" планета. Чтобы обеспечить полив водой свой картофель, главный герой создал импровизированную систему поливки, где сжигал кислород из системы жизнеобеспечения в его среде обитания от оставшегося космического корабля, где был водород. Определённо, первая попытка проделать нечто подобное окончилась неудачей.

Наука: "Да, вы знаете, этот момент нам показался особенно интересным. Нет никаких сомнений, водород сгорает. И если у вас есть источник кислорода, вы можете потенциально произвести воду. В теории, это действительно работает, но сделать это в тех условиях, в которых оказался главный персонаж, очень и очень затруднительно", - сказал Майнг.

Фильм: марсианские пыльные бури сопровождаются молниями и торнадо, появляющимися внезапно. Это действительно правда?

Наука: "Да, главный герой находится именно в одной из подобных областей. Там очень часто происходят пыльные бури. Они, можно сказать, охватили всю планету. Но данное явление происходит довольно быстро. Если бы мы в реальности оказались там, то наши аппараты смогли бы предвидеть её, и нам удалось скрыться".

Фильм: в кадре нашему глазу часто попадается шести колесный автомобиль, который выглядит ужасно знакомым. Почему в кино все космические аппараты и марсианские роверы имеют шесть колес?

Наука: "Подвеска таких кораблей без проблем может двигаться и вверх, и вниз", - говорит Майнг. "Если случается ситуация, когда одно из колес вдруг окажется не на земле, то это никак не помешает работе пяти другим. Абсолютно все космические аппараты на Марсе имеют именно 6 колес. Для будущих пилотируемых миссий, эта вещь очень важна".

Отправить людей на Марс – задача сама по себе непростая, однако основать на Марсе колонию будет куда сложнее. Жизнь вне Земной биосферы потребует либо поставок продовольствия с нашей родной планеты, либо же нам придется выращивать еду уже на месте, и поскольку первый вариант является совершенно непрактичным и крайне затратным в долгосрочной перспективе, нам придется прибегнуть к фермерству на Красной Планете.

Если вы смотрели фильм «Марсианин», то помните, как главный герой выращивал картошку в теплице, используя марсианскую почву, замерзший кал команды экспедиции, и воду, полученную в ходе химической реакции.
«В реальности все обстоит намного сложнее,» - говорит Ральф Фрицше, главный руководитель проекта по производству пищевых продуктов в Космическом центре им. Кеннеди (НАСА).
НАСА планирует отправить астронавтов на Марс к 2030-ому году, а компания SpaceX под руководством Илона Маска предлагает агрессивную программу по колонизации Марса, основой которой должна послужить Система Межпланетного Транспорта (ITS). Но даже если SpaceX удастся отправить людей на Марс, у них пока нет никакого плана относительно того, как они будут выращивать там пищу.
Чтобы содержать хотя бы одного человека на Марсе потребуется как минимум 1 миллиард долларов в год – только лишь на еду. Очевидно, что здесь нужен иной подход.
«Илон Маск предложил миру вызов,» - сказал Дэниел Бэтчельдор, профессор физики и космических наук во Флоридском технологическом институте, руководитель Космического Института Базза Олдрина. – «Мы знаем, что мы не в состоянии содержать колонию на Марсе на одних лишь поставках с Земли. Колония должна стать самодостаточной, чтобы выжить на Красной Планете».
Фрицше и его коллега из НАСА Трент Смит объединились вместе с учеными из Космического Центра Базза Олдрина, чтобы разобраться в том, как же все-таки вырастить что-либо на Марсе. Биологически отходы астронавтов могут стать неплохим подспорьем в этом деле, однако для того, чтобы создать аналог земной почвы нам потребуется много чего еще – от средств для детоксикации почвы до искусственных бактерий.
«В Марсианском реголите органика отсутствует,» - говорит Брук Вилер из Флоридского Технологического колледжа Аэронавтики – «Для того, чтобы использовать отходы, будь то экскременты или остатки пищи для компоста, потребуются редуценты, организмы, минерализующие органические вещества (бактерии или грибы) – лишь в их присутствии растения могут потреблять находящиеся в отходах питательные вещества».
Вилер и ее коллега Дрю Палмер, доцент кафедры биологических наук во Флоридском Технологическом Институте, используют почву, имитирующую марсианскую, надеясь на то, что им все же удастся придумать способ выращивать пищу на Марсе. Использующийся аналог марсианской почвы – это вулканический песок из Гавайев, в котором отсутствуют необходимые для растений питательные вещества.

Имитация марсианского реголита – это неплохое начало, однако Вилер и Палмер осознают, что имитация неполная. Одной из основных проблем, с которыми будущим колонизаторам придется столкнуться, является токсичность марсианской почвы. Марсианский реголит набит под завязку токсичными для человека солями-перхлоратами, которые используются в производстве на Земле и способны вызывать серьезные заболевания щитовидной железы. Прежде чем превратить Марс в сельскохозяйственное угодье, нам потребуется способ избавить марсианскую почву от перхлоратов.
«Мы крайне заинтересованы в создании искусственных микроорганизмов, способных очищать почву от токсичных веществ,» - говорит Палмер – «Такое вполне возможно, здесь, у нас на Земле».
Исследователи также предлагают отправить роботизированную миссию на Марс за несколько месяцев до того, как первый человек ступит на поверхность планеты. Роботы смогут подготовить марсианский реголит к использованию, избавив его от токсичных веществ, и начнут высаживать растения. Идея заключается в том, чтобы по прибытию астронавтов на Марс предоставить им уже рабочую ферму, которая не только снабдит их провизией, но и поможет в поддержании систем жизнеобеспечения, давая дополнительный кислород и регулируя токсичность воздуха.

Помимо практической задачи, ферма на марсе будет выполнять еще и функцию по поддержанию психологического здоровья участников экспедиции. Трент Смит, руководя проектом «Вегги» на Международной Космической Станции, где для снабжения растений питательными веществами в условиях микрогравитации используется гидропоника, видел, с каким удовольствием астронавты на МКС занимались выращиванием растений в иначе безжизненном месте.
«Так как они находятся на космической станции, в, можно сказать, враждебных условиях, со всеми этими кабелями и проводами, с одним лишь металлом и пластиком вокруг… когда у них есть эти маленькие растущие листочки и корешки, о которых они заботятся – для них это как кусочек дома, небольшой кусочек природы,» - замечает Смит. «Там, на Марсе, это будет очень много значить».
«Если бы мы планировали экспедицию на месяцы, одной лишь гидропоники было бы вполне достаточно – этот способ крайне эффективен,» - говорит Смит. – «Но так как мы хотим, чтобы экспедиция осталась там надолго, есть смысл в том, чтобы переключиться на земледелие. Можно использовать и тот, и другой метод.»
Как бы там ни было, нам придется использовать всю нашу изобретательность как вида, чтобы вновь научиться земледелию, только на этот раз – во враждебных условиях другой планеты.
«Мы словно вернемся в состояние раннего аграрного общества, когда мы учились тому, как обрабатывать землю,» - говорит Батчельдор. «Однако вместо использования плодородной почвы нашей планеты, нам буквально придется создать новую почву на Марсе».

Сегодня, 8 октября, в России состоится премьера фильма Ридли Скотта «Марсианин». Так можно ли вырастить на Марсе картофель? Исследователь Брюс Багби рассказал, что он начал изучать вопрос выращивания космонавтами собственных продуктов еще в 1982 году.

Сейчас Багби изучает перспективы самообеспечения космонавтов при создании первых космических колоний. На фотографии ниже можно увидеть редис и салат-латук, которые растут под светодиодами в одной из исследовательских камер. Эти растения испытывают так называемый «орбитальный фотопериод» МКС, когда циклы повторяются каждые 90 минут: 60 минут яркого света и 30 минут темноты. Посевы выращивают по гидропонной технологии (без почвы) и поливаются гидропонным раствором путем капельного орошения.

Из семян, побывавших в космосе, вырастили кукурузу - результат удивляет

Судя по предварительным исследованиям, темпы роста таких растений снижены незначительно по сравнению с ростом растений из контрольной группы, которые растут с периодичностью земного цикла (16 часов дня и 8 часов ночи). Есть множество проблем и преимуществ в идее выращивании еды на Марсе. Что касается долгосрочных миссий, то брать еду с собой просто нерентабельно, если есть возможность выращивать ее на месте, рассказывает Багби в своей статье для издания Huffington Post.

Однако дело не только в питании. Посевы могут дать больше, нежели просто обеспечение провизией. Если выращивать 100 % всей еды в закрытых системах, то фотосинтез растений удержит кислород и углекислый газ в идеальном балансе. Но эти важные газы находятся не в идеальном балансе каждую минуту каждого дня.

Растения не станут автоматически расти быстрее, чтобы обеспечить дополнительный кислород при необходимости, соответственно нужны буферы для стабилизации их концентрации. Оптимизация массы таких буферов - непростая задача, поскольку они должны быть достаточно большими, чтобы поддержать жизнь в периоды нестабильности, но достаточно маленькими, чтобы быть экономичными. Однако в системах жизнеобеспечения «маленький» и «стабильный» - это несочетаемые понятия. Веками на Земле массивные океаны играли роль таких буферов, но на Марсе их нет.

Достаточный запас пресной воды - это вторая задача, которую нужно решить для выращивания продовольствия на Марсе. Растениям требуется не менее 200 литров воды для производства одного килограмма еды. Хорошей новостью является то, что растения перерабатывают и фильтруют воду - даже если полить корни не слишком чистой водой, водяной пар, который будет исходить из пор на листьях (устьиц) будет более чистым, чем лучшая бутилированная вода. Пока мы будем выращивать еду в замкнутой системе, мы будем иметь достаточно чистую воду - и нет необходимости в высокотехнологичных системах фильтрации.

А теперь, после пресс-конференции НАСА, на которой было объявлено, что на Марсе есть соленая вода, можно подумать о системах жизнеобеспечения путем фильтрации соли из воды, которая на планете уже есть. Такая технология уже применяется в городах с ограниченными запасами воды, так что можно использовать этот метод и на Марсе.

Третьей серьезной проблемой является свет, необходимый для фотосинтеза. В отличие от комнатных, культурные растения не могут выжить без яркого света, их процессы фотосинтеза идут быстрее. В обычном (хорошо освещенном!) офисе в сто раз меньше света, чем на улице, и в 30 раз меньше минимального света, необходимого, чтобы вырастить картофель или другие культуры. При этом Марс находится в 1,5 раза дальше от Солнца, чем Земля и, хотя тонкая атмосфера планеты минимально фильтрует солнечное излучение, интенсивность освещения на поверхности составляет около 60 % от земного.

Однако в фильме главный герой Марк Уотни, оказавшись на Марсе, выращивает картофель при помощи офисного освещения в помещении, предназначенном для того, чтобы блокировать электромагнитную радиацию от Солнца. Проектирование марсианской теплицы сопряжено с огромными трудностями. Необходима чрезвычайно прочная, прозрачная мембрана, которая выдержит метеоритную бомбардировку. Она должна фильтровать космическую радиацию, пропуская фотосинтетически активную.

В новейшей на данный момент технологии используются параболические концентрирующие рефлекторы, а солнечный свет передается с помощью оптоволокна. Вычисления показывают, что с такими технологиями, а также оптимальными условиями среды, для одного человека была бы достаточна площадь посадок в 25 квадратных метров.

Ранние исследования указывают на огромную психологическую ценность растений. Марк Уотни вспоминал о растениях картофеля, которых ему не хватало после сбора урожая. Когда космонавты возвращаются на Землю, они часто рассказывают об экспериментах с выращиванием растений и о той связи, которая у них с ними возникала. 10 лет назад космонавт, который провел в космосе год, заявил: «Длительные космические экспедиции без растений невозможны».

Наша планета - эта замкнутая система, которая мчится сквозь космическое пространство. Лучшие умы планеты сейчас сосредоточены на решении проблемы последствий, возникших в результате, казалось бы, незначительного изменения - роста концентрации углекислого газа в атмосфере с 0,03 % до 0,04 %. Мы только начинаем понимать последствия и воздействие этого кажущегося незначительным изменения.

Возможно, приключения Марка Уотни вдохновят молодых людей на дальнейшие научные изыскания и помогут спасти нашу планету от возможной гибели.

Кадр из фильма «Марсианин», где главный герой Марк Уотни обустраивает теплицу для выращивания картофеля

The Martian / Twentieth Century Fox Film Corporation, 2015

Предварительные результаты эксперимента по выращиванию картофеля в условиях, имитирующих марсианские, оказались положительными, сообщает Международный центр картофеля (CIP) в Перу в пресс-релизе, опубликованном на сайте организации. Как показывает видеозапись, сделанная камерой внутри герметичного контейнера, клубни оказались способны прорасти даже в достаточно сухой почве и при низком атмосферном давлении.

Уже несколько лет исследователи проводят эксперименты по выращиванию сельскохозяйственных культур в условиях, максимально приближенным к марсианским. С их помощью ученые надеются определить, смогут ли растения выжить на другой планете, а также насколько они будут пригодны для употребления в пищу. Так, исследования показывают, что некоторые культуры действительно способны существовать при низком атмосферном давлении и влажности, однако число подобных экспериментов все еще слишком мало, чтобы однозначно судить о жизнеспособности растений.

Новый эксперимент Международного центра картофеля (CIP) и аэрокосмического агентства NASA стартовал 14 февраля 2016 года. Исследователи из перуанского Университета инженерии и технологий создали специальную платформу на базе спутника CubeSat, куда была помещена камера с грунтом из пустыни Пампа де ла Хойя - одного из самых засушливых мест на Земле. Внутри герметичной установки агрономы воспроизводили марсианскую температуру, атмосферное давление, а также соответствующие уровни кислорода и углекислого газа в воздухе. Почва удобрялась с помощью воды, в которой были растворены питательные вещества (о химическом составе почвы и удобрений исследователи ничего не сообщают, однако, стоит заметить, что в реальном марсианском грунте содержатся в большом количестве соли хлорной кислоты (перхлораты).

Состояние растений отслеживалось с помощью камеры, установленной на модифицированном CubeSat, которая круглосуточно следила за грунтом. Выяснилось, что картофель способен прорасти в даже засушливой почве (на видео показаны растения, посаженные уже в 2017 году). Кроме того, по словам Уолтера Амороса (Walter Amoros), одного из участников проекта, агрономам удалось получить клубни, однако об их качестве и пригодности для пищи ничего не сообщается. Исследователи также не говорят о том, какой именно сорт картофеля использовался для этого эксперимента.

Специалисты заключили, что будущие колонисты, вероятно, все-таки смогут выращивать картофель на Марсе, однако для этого им придется предварительно насытить почву питательными веществами и разрыхлить ее, чтобы клубни получали достаточно воздуха и воды. В дальнейшем агрономы планируют продолжить свои исследования и определить достаточный минимум для выращивания картофеля.

Это уже второй подобный эксперимент Международного центра картофеля. Как сообщали ученые в прошлом году, для него 100 видов картофеля, которые предварительно уже прошли проверку на выживание в «марсианских» условиях. Среди выбранных кандидатов 40 видов произрастают в Андах в скалистых и засушливых условиях и выдерживают резкие перепады погоды, а остальные 60 - генномодифицированные сорта, приспособленные для выживания в почвах с низким содержанием воды и солей.

В 2015 году эксперимент по выращиванию сельскохозяйственных культур также провели ученые из Голландии. Они десять видов растений в почву, максимально похожую на марсианский и лунный грунт. Несмотря на то, что исследователям удалось получить урожай, стоит отметить, что все образцы находились в тепличных условиях при постоянной температуре, влажности и освещении.

Кристина Уласович