如果100万人移民火星,如何解决吃饭问题?

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  在将来的某一天,人类将登上火星并殖民这颗红色星球。假设向火星移民100万人口,如何解决他们的吃饭问题?根据一项新研究,答案可能是蟋蟀农场、地道中种植的农作物和实验室培育的人造肉。蟋蟀是最有价值的可食用昆虫之一,很多食品都使用了蟋蟀粉。科学家指出吃虫子确实很恶心,但如果火星殖民者能够克服心理障碍,养虫子无疑是一个明智选择。

  

  SpaceX计划在火星上建造一座可容纳100万人的城市

  美国宇航局计划上演火星往返之旅,但只在这颗红色星球做短暂停留。相比之下,商业太空公司更加雄心勃勃,他们的目标是殖民包括火星在内的外太空,而不只是短暂停留。以SpaceX为例,这家公司计划在火星上建造一个殖民地。如果想长期逗留火星,最切实可行的策略就是充分利用火星的现有资源,而不是依赖从地球运送补给。科学家指出火星定居点需要获取五种资源,其中包括能源、水、氧、建筑材料和食品;前四种资源大量存在于火星之上。

  

  人类终有一天会登上火星并殖民这颗红色星球

  太阳能辅以核裂变反应堆能够满足火星居民的能源需求。火星上的水冰和含水矿物是可用水资源。二氧化碳可以转化成氧。火星土壤可以烧砖,而后用砖建造各种设施。不过,火星上没有天然食品,同时也很难利用火星上的任何原料去生产食品。研究论文主执笔人、中佛罗里达大学行星学家吉斯·坎侬表示:“食品可能是火星上最难生产的东西。如果你希望建造一个自给自足的定居点,食品就不能完全依赖‘进口’。”

  

  艺术概念图,矗立在火星上的核裂变发电系统

  坎侬指出:“在为未来的载人探月或探火任务生产食品方面,科学家进行了一系列研究。在对这些研究进行梳理后,我们发现绝大多数研究都将目光聚焦低热量蔬菜,替代蛋白源领域的最新革新并不在考虑之列。如果像SpaceX设想的那样,在火星上建造一座容纳100万人的城市,如何才能解决他们的吃饭问题?”

  研究人员指出短期内不可能在火星上饲养牲畜以获取肉和奶,因为向火星运输牲畜面临巨大挑战。但矛盾的是,绝大多数火星移民不希望成为素食主义者。如何解决这个问题?研究人员给出的答案是:昆虫农场和实验室培育的人造肉。

  

  长5.5米,直径2.2米的月球温室原型,座落于亚利桑那州大学的可控环境农业中心

  研究人员表示在火星上建造昆虫农场是一个不错的选择,因为每单位土地饲养的昆虫能够提供大量热量,同时只耗费较少的水和饲料。蟋蟀是最有价值的可食用昆虫之一,很多食品都使用了蟋蟀粉。坎侬说:“吃虫子确实很恶心,如果人们能够克服心理障碍,虫子无疑是一个明智的选择。”

  研究人员指出对于那些不愿意用昆虫果腹的火星殖民,可以选择“细胞农业”,也就是在实验室的培养皿中培养细胞。这种方式能够为火星殖民者提供他们更熟悉的食品。“细胞农业”能够生产藻类、肉类、鱼肉、牛奶和鸡蛋。投资者投入大量资金研发这项技术。短短两年内,一个人造肉汉堡的成本从32.5万美元降至11美元。

  

  未来的宇航员可能在火星上建造温室,利用水栽法在温室栽种水果蔬菜

  火星定居点的艺术概念图中经常出现温室,但研究人员表示在火星上建温室可能不切实际。火星距太阳很远,即使在光照最充足的赤道地区,植物所能接收到的光量也仅相当于阿拉斯加。虽然温室采用透明窗户,但在地球上仍吸收50%到70%的阳光,在火星上则更甚。此外,火星温室还需要使用更坚固的材料,以支撑加热加压的内部。火星大气的温度远低于地球,同时非常稀薄,这同样不利于温室。

  与温室相比,采用高强度LED照明的地道可能是一个更理想的选择。火星殖民者可以在地道内种植各种作物。他们可以借助光缆,将阳光导入地道。水栽法或气雾栽培法等无土栽培技术在火星上具有可行性,但这些做法需要向火星运送大量物资和设备,包括托盘、水泵和水箱。毫无疑问,立基于土壤的农业生产具有更大优势,能够让作物有效抵御疾病。不过,科学家需要对无机火星土壤进行大量研究,将其转化成有机土壤,以支持作物生长。

  

  火星基地艺术概念图

  此前的研究表明很多农作物都可以在火星上种植,例如小麦、玉米、大豆、花生和红薯。这些作物足可以解决火星殖民者的吃饭问题。火星殖民者可以种植转基因作物,以收获这项技术所能带来的各种福利,例如吸收更多二氧化碳,带来更高的产量。

  坎侬表示:“迄今为止的几乎所有研究都将目光聚焦农作物种植,以解决宇航员的吃饭问题,但农作物种植会占用大量空间,需要建造巨大的室内工厂同时对工厂进行加压、加热和照明。如果想在另一颗星球养活大量人口,你就必须放弃种植水灵灵的蔬菜的想法。你必须意识到通过这种方式获取足够的卡路里需要耗费大量能源、水和原材料。”

  

  艺术概念图,宇航员登上火星

  为了解答“如果养活一个百万人口的火星城市?”这个问题,研究人员对火星移民进行模拟,出生率为每个地球年10/1000。地球上的发达国家通常是这一出生率。根据他们的假设,需要6900艘客船,将100万移民送上火星,整个过程历时一个世纪。在此期间,火星上出生大约34万人。

  科学家计算每人需要多少热量,同时根据殖民者的饮食结构(基于小麦、玉米、红薯、蟋蟀和实验室培育的人造鸡肉的饮食)对所需的土地进行建模。研究结果表明一个拥有百万人口的火星殖民地可以在100年内实现粮食自己自足。为了做到这一点,殖民地需要建造长9000英里(约合1.45万公里),宽12英尺(约合3.6米),可以垂直迭加的地道。

  

  艺术概念图,SpaceX的殖民飞船矗立在火星上

  不过,初到火星时,殖民者仍需地球运送大量食品,总计需要近5.4万次货物运输。科学家指出很多策略都可以大幅降低对进口食品的依赖,例如加快在火星上建造农场的速度。如何才能最大限度地满足火星殖民者的粮食需求?未来的研究需将目光聚焦提高农作物产量;找到饲养效率最高且美味可口的昆虫种群;改进人造肉的口感和质地;提高LED照明设施的效率以促进农作生长;研发自动化技术,加快容纳农场的加压防护区的建设步伐。

  

  火星栖息地艺术概念图

  坎侬指出:“毫无疑问,有人会批评我们的研究带有科幻色彩。载人火星探索任务还要等上几十年,为何现在就讨论这个话题?持这种想法的人需要严肃看待SpaceX当前的所作所为。现在,SpaceX正在研制和测试载人火星飞船原型。第一批火星居民可能就搭乘他们的飞船前往这颗红色星球。因此,我们有必要从现在开始就研究如何解决殖民火星。”

  科学家指出这种研究不仅能解决火星殖民者的吃饭问题,研究成果也能让地球上的人受益。坎侬说:“火星是一个环境恶劣的星球——温度极低并且空气稀薄——殖民者获取食物的方式只能比地球上的工厂化农场更具可持续性、更符合伦理道德。毋庸置疑,切换到‘火星饮食结构’能够保护我们的星球。”

  文:查尔斯·崔|译:牛树军

  转自:漫步宇宙/qqtaikong

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