Картофель на марсе – научная фантастика?

Друзья! Сегодня мы хотим ответить на вопрос, который волнует умы многих любителей космоса и ботаники после просмотра известного фильма «Марсианин» 2015 года с Мэттом Дэймоном в главной роли. Однако этот фильм – лишь адаптация не менее легендарной одноимённой книги Энди Вэйра. Поэтому для максимальной широты нашего анализа мы будем рассматривать одновременно и фильм, и книгу.

Производство продуктов питания напрямую на Марсе станет важнейшим стратегическим и экономическим решением, так как это не только заметно удешевит пребывание исследователей на планете, но и станет научным толчком к терраформированию планеты.

Однако отнюдь не все растения подойдут для этой цели. Какие-то из них будут неспособны выживать в условиях пониженной влажности грунта и воздуха, кому-то придётся не по нраву химический состав почв, в том числе избыточное содержание хлора в почве, а кто-то не сможет жить и размножаться в почве данного гранулометрического состава.

Давно известно, что на Марсе присутствует углекислый газ, необходимый растениям для фотосинтеза, а количество солнечной радиации абсолютно достаточное для проведения этого самого фотосинтеза. Количество практически всех микроэлементов в марсианском грунте максимально соответствует требованиям растений, за исключением разве что серы, оксидов натрия и хлора, которые заметно повышены и сильно защелачивают почву. По этой причине мы можем однозначно отмести кислотолюбивые растения: голубику, калину, мак, хвойные растения. Однако это не значит, что нам необходимо полностью отказываться от их выращивания – использование специальных химических добавок можем полностью выправить кислотность и сделать её оптимальной для данных культур.

Картофель также требователен к pH почвенного раствора, однако здесь требования не такие жёсткие, как у кислотолюбивых растений: 5,2–5,7, что соответствует слабокислой среде, которую вполне реально получить в условиях марсианских оранжерей и теплиц. Научные исследования, проводимые с земным грунтом, показывают, что картофель может успешно развиваться и при pH = 8, однако насколько это реально при марсианском химическом составе почв, ещё предстоит выяснить.

Одно можно сказать точно: перед любым выращиванием картофеля в незнакомых условиях необходимо делать химический и гранулометрический анализы почв, но герою книги Марку можно простить отсутствие подобной экспертизы, так как выбирать, когда на кону выживание, не приходится.

Как мы и писали выше, количество влаги на Марсе, как и в Марсианском грунте ничтожно мало. Необходимо насытить грунт влагой и поддерживать её количество на одном уровне.

«Но откуда я возьму воду? Чтобы перейти от 62 м к 126 м при толщине 10 сантиметров, мне потребуется ещё 6,4 м грунта… то есть, мне нужно больше 250 л воды… так что до моей цели в 250 литров мне недостаёт 250 литров» (с)

У Марка в распоряжении было 126 кв.м площади. Всю эти территорию он запланировал засыпать слоем грунта в 10 см. Это катастрофически мало для выращивания картофеля, но просто для того, чтобы оценить его способность прорастать и наращивать зелёную массу, вполне достаточно. Простые подсчёты дают цифру 12,6 куб.м – столько необходимо марсианского грунта для того, чтобы засыпать все 126 кв.м.

Для лучшей вегетации и наращивания здоровых и крупных корнеплодов картофелю необходимо поддерживать влажность на уровне 80%, но учитывая аварийное состояние Марка, можно снизить это процент до 60%. Тогда корнеплоды будут менее сочными, однако количество крахмала и в целом калорий останется более-менее на нужном уровне, достаточном для выживания Марка. Названные в фильме 40%, к сожалению, не подходят для выращивания картофеля, так как в таком случае завяжется гораздо меньше клубней и их масса будет гораздо ниже, что сделает всю идею с выращиванием картофеля бессмысленной.

Дальше мы можем подсчитать, что для того, чтобы полностью насытить марсианской грунт на данной территории нам необходимо 75,6 литров воды. Однако гранулометрический анализ марсианского грунта показывает, что грунт на глубине полуметра состоит в основном их мелкой пыли диаметром частиц от 0,1 до 10 мкм, образующей во влажном состоянии глину. Однако сдуваемые ветрами массы на поверхности планеты состоят в основном из среднего песка с диметром частиц аж до 1,5 мм. Следовательно, самым оптимальным решением будет смешивание двух этих образцов грунта, то есть глины и песка.

К сожалению автор в лице Марка нигде не упоминал, какой грунт был использован. Существуют упоминания того, что грунт был лёгким и пыльным, однако даже глина в сухом состоянии является очень лёгким. Поэтому есть вероятность, что Марк использовал именно глину. Однако фильм нам наглядно показывает, что даже во влажном состоянии грунт не является ни песком, ни глиной, следовательно, смешение двух грунтов, вероятнее всего, произошло, причём произошло в сухом виде до увлажнения, что, разумеется, было правильным решением.

Гранулометрический состав очень важен в таком вопросе, так как глина и песок абсолютно по-разному поглощают и удерживают влагу: глина поглощает влагу медленно, но так же медленно её отдаёт, а песок наоборот.

Учитывая то, что используемый Марком грунт был смесью глины и песка, поглощение и удерживание влаги было умеренным, следовательно, испарение будет средним, а влажность в герметичном помещении будет увеличиваться слабо. И была бы эта герметичная система идеально уравновешенной по влажности, если бы не непрекращающееся наращивание картофелем зелёной массы, а в будущем и корнеплодов. Потребление картофелем во время вегетации и формирования клубней влаги составляет примерно 10 л/кв.м в сутки. Разумеется, эта цифра для картофеля в открытом грунте гораздо выше, однако при недостатке влаги первой страдает ботва картофеля, а не клубни.

К сожалению, ни в книге, ни в фильме не говорится о производительности установки, собранной Марком, для генерации воды. Однако говорится о том, что кислород Марк получает из углекислого газа, затем смешивает его с водородом, который он отделяет от гидразина. Учитывая то, что атмосфера Марса на 98% процентов состоит из углекислоты, а гидразина у Марка достаточно. Поэтому будем считать, что воды, хоть и в виде водяного пара, хватит для ежедневного создания 1260 литров влаги, достаточных для снабжения водой 126 кв.метров грунта.

Картофель не сильно нуждается в кислороде, а углекислого газа для него вдоволь. Однако остаются ещё два решающих фактора: питательные вещества и микробиология.

Тех питательный веществ, которые уже присутствуют в марсианском грунте вполне хватит для выращивания одной партии, однако Марк нуждается в регулярном выращивании нового картофеля, поэтому важно продумать внесение новой органики и микроэлементов. Не имея материальной поддержки с Земли, Марку приходится использовать экскременты, оставленные улетевшей командой. Разводя их водой, и выстаивая несколько недель, вполне можно получить навоз, который очень богат всеми макро- и некоторыми микроэлементами. Учитывая низкую потребность картофеля в микроэлементах кроме кальция и магния, можно вполне оставить такой режим питания, лишь немного завозя нового марсианского грунта для снабжения плантации микроэлементами.