В новом выпуске подкаста StarTalk известный астрофизик Нил Деграсс Тайсон и комедиант Пол Меркурио обсуждают с астробиологом Кендой Линч перспективы освоения Красной планеты. В центре внимания — проект NASA под названием Plant Trek, изучающий возможности выращивания растений в экстремальных условиях марсианской среды. Исследователи объясняют, почему популярные научно-фантастические сценарии далеки от реальности и с какими фундаментальными химическими и физическими препятствиями столкнется человечество при попытке терраформировать Марс.
🚀 Проект Plant Trek: Как вырастить еду в космической пустыне 1:32
Проект NASA с длинным официальным названием, посвященным стратегиям предварительной подготовки реголита для поддержки микробно-растительных систем, получил лаконичное имя Plant Trek. Руководителем и главным исследователем проекта выступает доктор Кенда Линч, штатный ученый Института Луны и планет (LPI), расположенного рядом с Космическим центром Джонсона в Хьюстоне.
Доктор Линч имеет двойную степень бакалавра в области инженерии и биологии Университета Иллинойса, где она специализировалась на передовых системах жизнеобеспечения. По ее словам, главная цель Plant Trek — выяснить, как люди могут автономно жить на Марсе и обеспечивать себя пищей, используя исключительно местные ресурсы (in situ). Это критически важно, так как ожидание поставок с Земли в условиях двухгодичного цикла логистики делает миссию крайне уязвимой.
Ученые строго разграничивают понятия «земля» (soil) и «реголит» (regolith). Как объясняет Кенда Линч, геологи называют реголитом любой поверхностный материал, в котором полностью отсутствует жизнь или известные нам микробы. На Земле почва буквально кишит миллионами микроорганизмов, делающих ее пригодной для флоры, в то время как на Луне или Марсе исследователи имеют дело со стерильной породой.
🧪 Смертоносный «слон в комнате»: Загадка марсианских перхлоратов 5:34
Главной химической угрозой для будущих марсианских фермеров являются перхлораты — соли перхлоратной кислоты, содержание которых в марсианском реголите достигает от 1% до 2% по массе. Это беспрецедентно высокая концентрация: даже в самом сухом месте Земли, высокогорной пустыне Атакама, уровень перхлоратов значительно ниже. По словам Линч, молекула перхлората устроена просто: один атом хлора в центре окружен четырьмя атомами кислорода.
На Земле перхлораты образуются в атмосфере в результате фотохимических реакций озона и выпадают с осадками. На Марсе же, где озоновый слой практически отсутствует, их появление связывают с химией поверхностных песчинок, воздействием грунтовых вод в прошлом и жестким ультрафиолетовым излучением Солнца. Ситуация усугубляется тем, что из-за древнего вулканизма на Марсе исторически накопилось огромное количество хлора.
Для человеческого организма перхлорат чрезвычайно токсичен. Кенда Линч указывает на биологический механизм опасности:
Молекула перхлората по своим размерам идеально совпадает с йодом, конкурируя с ним за связывание в щитовидной железе. Попадая в организм, перхлорат буквально «вышибает» йод, полностью блокируя нормальную работу железы.
В результате у человека развивается тяжелый гипотиреоз, сопровождающийся постоянной усталостью, вялостью и высокими рисками сердечно-сосудистых заболеваний.
🥔 Развенчание мифов: Почему картошка Мэтта Дэймона была бы ядовитой 7:59
Популярный фильм «Марсианин», где главный герой Марк Уотни в исполнении Мэтта Дэймона успешно выращивает картофель в обитаемом модуле, подвергся серьезной научной критике со стороны экспертов. Хотя Уотни смешивал марсианский реголит со своими экскрементами, он совершил фатальную ошибку — никак не нейтрализовал перхлораты.
Перхлораты обладают колоссальной растворимостью в воде. Как только Уотни начал поливать свои грядки, токсичные соли мгновенно растворились, впитались корнями картофеля и сконцентрировались в самих клубнях. Кенда Линч категорично утверждает, что если бы реальный астронавт съел такой картошель, накопленный перхлорат быстро убил бы его.
Кроме того, использование человеческих экскрементов в качестве удобрения напрямую несет огромную биологическую опасность из-за содержащихся в них патогенов. Пол Меркурио и Нил Деграсс Тайсон подняли вопрос о разнице между человеческим навозом и лошадиным. Линч пояснила, что лошади являются вегетарианцами и питаются травой, тогда как люди всеядны, что кардинально меняет состав микробиома экскрементов.
Чтобы сделать сценарий «Марсианина» рабочим, требуется обязательный промежуточный этап биоремедиации:
- Очистка экскрементов от опасных для человека бактерий.
- Заселение субстрата полезными микробами, производящими необходимые растениям нитраты.
- Контроль микробиома, чтобы агрессивные штаммы (такие как кишечная палочка E. coli) не уничтожали другие полезные бактерии и не монополизировали ресурсы.
🦠 Экстремофилы на службе науки: Биоремедиация против химии 11:42
Именно здесь в игру вступает астробиология. В своей научной работе 2019 года Кенда Линч с коллегами описала открытие уникальных перхлорат-редуцирующих микробов, обнаруженных в земных экстремальных условиях — так называемом «марсианском аналоге». Проект Plant Trek направлен на то, чтобы взять этих экстремофилов и проверить их жизнеспособность в искусственном марсианском реголите, чтобы они буквально «вывели» весь токсичный перхлорат из состава породы.
Подобные эксперименты уже проводятся мировым научным сообществом. Линч упомянула исследование китайских ученых, которые успешно вырастили определенный штамм табака в симуляторе лунного реголита, добавив туда три вида бактерий для улучшения структуры субстрата.
Что касается более сложных организмов, например, дождевых червей, которые на Земле играют ключевую роль в формировании почвы, их отправка на Марс пока преждевременна. По мнению Линч, черви требуют огромных усилий для поддержания жизни; их можно будет заселять в марсианский грунт только на поздних этапах, когда бактерии уже проведут первичную подготовку реголита.
🛡️ Планетарная защита и суровая реальность терраформирования 12:34
Нил Деграсс Тайсон высказал предположение, что создание контролируемого «коктейля из микробов» может стать отправной точкой для глобального терраформирования планеты. Однако доктор Линч призвала к осторожности, напомнив о жестких правилах планетарной защиты. Ученые пока не имеют права бесконтрольно расселять земную жизнь по Марсу, поскольку человечество все еще пытается выяснить, есть ли на Красной планете собственная аборигенная жизнь.
Помимо биологических ограничений, существуют колоссальные геофизические проблемы. Обсуждая знаменитый эксперимент Миллера — Юри конца 1950-х — начала 1960-х годов, доказавший возможность спонтанного синтеза аминокислот в первичной атмосфере под действием электрических разрядов, ученые затронули тему воссоздания земной атмосферы на Марсе.
Кенда Линч скептически относится к идее классического терраформирования по фундаментальной причине:
У Марса больше нет глобального магнитного щита — его тектоническое динамо отключилось. В результате солнечный ветер непрерывно сдувает верхние слои атмосферы в космическое пространство.
Теоретически возможным путем признается контролируемый искусственный парниковый эффект. Для этого необходимо насытить атмосферу газами, которые будут задерживать солнечное тепло, уплотняя газовую оболочку, после чего можно будет запускать генерацию кислорода. Пол Меркурио в шутку предложил построить «космический трубопровод» для перекачки углекислого газа (CO2) с промышленных предприятий Земли на Марс, за контроль над которым могли бы побороться Илон Маск и Джефф Безос.
До тех пор, пока глобальная атмосфера не создана, защитить посадки от жесткой радиации и галактических космических лучей (GCR) планируется с помощью закрытых защищенных хабов и теплиц. Рассматриваются варианты использования естественных марсианских пещер, лавовых трубок или засыпки куполов теплиц слоем местного реголита. При этом ученые рассчитывают баланс: если растения окажутся более устойчивыми к радиации, чем люди, защиту теплиц можно будет сделать более тонкой.
🌍 От Марса к Земле: Как космические теплицы спасут человечество 30:01
Марсианская порода обладает богатым минеральным составом. В отличие от Луны, Марс чрезвычайно богат железом, что придает ему характерный ржавый цвет из-за окисления под воздействием солнечного ветра и радиации. Данные миссии Phoenix, севшей на границе тающих ледяных шапок, подтвердили наличие влажного реголита. В марсианском грунте содержатся сера, органический углерод, карбонаты, фосфор (составляющий основу ДНК-скелета человека) и азот в виде нитратов. Также там много глины, способствующей удержанию воды, и гипса, богатого кальцием и сульфатами, который на Земле используют для повышения урожайности.
В финале беседы Тайсон поднял вопрос: может ли изучение марсианского грунта и способов выращивания там еды принести реальную пользу Земле?
Доктор Линч убеждена в этом на 100%. В условиях глобального изменения климата и деградации почв на Земле, технологии создания автономных закрытых теплиц и переработки истощенных грунтов по марсианским методикам станут залогом будущей продовольственной безопасности человечества. По мнению Тайсона, если ученые смогут заставить растения расти на Марсе, то ничто не помешает выращивать еду в любой экстремальной точке Земли.
