Verre sterrenstelsels geven een tijdlijn voor de vroege dagen van het universum

Doug Turnbull is een hard-science-fiction schrijver. De meeste van zijn boeken, novellen en korte verhalen hebben te maken met problemen waarmee vroege kolonisten van andere werelden te maken hebben. Turnbull heeft dit artikel bijgedragen aan de Expert-voices van ProfoundSpace.org: Op-Ed & Insights.

De eerste mensen die landen en Mars verkennen, zullen hun voedsel zeker mee moeten nemen. Als een permanente nederzetting op Mars zowel fysiek als economisch duurzaam moet zijn, zullen kolonisten uiteindelijk het meeste, zo niet al hun voedsel op de Rode Planeet moeten laten groeien.

Daar zijn een aantal redenen voor. Ten eerste is voedsel, in tegenstelling tot hardware of elektronica, een verbruiksartikel, wat betekent dat de kolonisten een continue toevoer nodig hebben. Alles verzenden naar Mars zal in de beginjaren enorm duur zijn. Het verzenden van een kilogram basisvoeding naar Mars zou waarschijnlijk vele malen meer kosten dan een vergelijkbare hoeveelheid Beluga-kaviaar die op aarde wordt geconsumeerd. (Het kost $ 7.000 tot $ 10.000 per kilogram om materiaal uit de baan van de aarde te verzenden.)

Ten tweede zullen er kloven zijn van ongeveer 26 maanden tussen de aankomsten van het bevoorradingsschip, wat betekent dat kolonisten iets langer dan twee jaar moeten opslaan voordat een nieuwe zending arriveert. Het is niet mogelijk om bepaalde soorten voedsel, zoals verse groenten en fruit, zover te verzenden of te bewaren voor vele maanden. In feite blijven heel weinig voedingsmiddelen levensvatbaar gedurende dergelijke tijdsduren zonder veel van de kenmerken te verliezen die ze gezond en voedzaam maken.

NASA financiert onderzoek naar methoden voor het opslaan van voedsel voor lange periodes terwijl astronauten gezond blijven. Dit werk zal ongetwijfeld nuttig zijn. Er is echter slechts beperkt onderzoek gedaan naar het daadwerkelijk verbouwen van voedsel onder de omstandigheden die planten waarschijnlijk op Mars tegenkomen. De zwaartekracht van de Rode Planeet is 38 procent van die van de aarde, en verschillende plannen vragen ook om een ​​omgeving met verminderde druk in de Mars-habitats. Op de korte termijn, voordat kolonisten kassen kunnen bouwen, zullen ze kunstlicht moeten gebruiken - bijvoorbeeld van LED's - om de fotosynthese van hun planten aan te sturen.

NASA heeft onderzoek gedaan naar plantengroei in microzwaartekracht aan boord van het International Space Station (ISS) en in de Long Duration Exposure Facility, een 21.400-lbs. (9.700 kg) cilindrische satelliet die in de jaren tachtig bijna zes jaar rond de aarde cirkelde. Toch zijn de effecten die deze factoren zullen hebben op plantengroei, specifiek in een Mars-omgeving, nog steeds grotendeels in de theoretische onderzoeksfasen. Alleen feitelijke experimenten met plantenonderzoek die omstandigheden in de zwaartekracht en druk van Mars simuleren, kunnen die vragen beantwoorden.

Er bestaan ​​meerdere benaderingen om dit type simulatie te maken. Een bemande constructie in een lage baan om de aarde kan een omgeving met lage zwaartekracht simuleren. Het plaatsen van een laboratorium in de buurt van het International Space Station (ISS) zou een logische manier zijn om dit te doen; de zending voorraden en bemanning van het lab konden samen reizen met die voor het ISS.

De technologie om zo'n lab te bouwen bestaat vandaag de dag. Bijvoorbeeld, de ambachtelijke structuur zou bestaan ​​uit een ketting van een paar honderd meter (ongeveer 650 voet) lang, met het lab aan de ene kant en een gebruikte laatste trap boosterraket aan de andere kant. Het laboratorium zou dicht genoeg bij elkaar moeten blijven zodat de bemanning zou kunnen ontsnappen in geval van een storing, of bij het ISS zou gaan om voedsel bij te vullen. Aangedreven door twee zonnepanelen gericht op de zon, zou het lab draaien met twee omwentelingen per minuut (rpm), waarbij de zwaartekracht van Mars wordt gesimuleerd. (Twee tpm is de maximale rotatieperiode die bemanningsleden kunnen verdragen zonder het gevaar van duizeligheid en desoriëntatie te lopen).

Het lab kon cilindrisch zijn en verdeeld in verschillende secties, zoals de lagen van een cake. Eén afdeling zou de bemanning kunnen huisvesten, en een andere de planten in experimentele groeimedia, zoals gesimuleerde Mars bodem of vloeistof voor hydrocultuur tuinieren. Een derde deel kan de fysieke apparatuur bevatten die nodig is om het laboratorium van stroom te voorzien, de lucht gefilterd, het gerecyclede water, de rotatie stabiel enzovoort. Het laboratoriumgedeelte zou de atmosferische druk moeten herhalen die wordt voorgesteld voor toekomstige Mars-habitats door Dr. Robert Zubrin, president van The Mars Society. Vanwege de verminderde luchtdruk, kan het zijn dat de sectie van de bemanning verhoogde zuurstofniveaus nodig heeft, terwijl de plantsectie verhoogde koolstofdioxideconcentraties vereist om de plantengroei te bevorderen. (Speciale voorzorgsmaatregelen zijn nodig om het gevaar van brand in de omgeving met hoge zuurstof te minimaliseren.)

Bij het werken in het fabrieksgedeelte moeten bemanningsleden zuurstofmaskers dragen, vergelijkbaar met die gedragen door vliegers op grote hoogte. Onder omstandigheden vergelijkbaar met die verwacht op Mars, konden plantenstudies bepalen welke soorten zouden gedijen en welke niet.

Om dit een levensvatbare mogelijkheid te laten worden, zouden NASA-ingenieurs een aantal ontmoedigende technologische materialen moeten oplossen - wetenschap en natuurkunde. Maar als blijkt dat dit type lab niet mogelijk is, bestaan ​​er andere alternatieven.

Onbemande ruimtevaartuigen kunnen experimenten uitvoeren en vrij rondzweven in de baan van de aarde, zoals de langetermijnbelichtingsfaciliteit deed. Er bestaat al technologie voor gesloten eenheden die planten bevatten met geautomatiseerde plant-watergeefsystemen. LED-lampen hebben een gemiddelde levensduur van 15.000 tot 25.000 uur, wat neerkomt op bijna 10 jaar met zeven uur dagelijkse blootstelling aan licht voor planten.

Andere technologie zou het probleem van het simuleren van de zwaartekracht kunnen aanpakken. Elke satelliet moet de hoogte en rotatiecontrole in stand houden, die wordt beheerd door het gedrag van de satelliet en het systeem voor de besturing van de baan, dat deel uitmaakt van de systeembus aan boord. Engineers kunnen dit systeem configureren om de zwaartekracht van Mars na te bootsen. Inderdaad, de Mars Gravity Biosatellite competitie (gemaakt door de Mars Society na een brainstormsessie tussen Dr. Zubrin en Elon Musk, oprichter van SpaceX) biedt een model voor hoe dit te doen.Dat project, dat zich richtte op het bestuderen van zoogdieren in de zwaartekracht van Mars, kan mogelijk worden aangepast voor de studie van planten.

Zelfs zonder dergelijke studies is het nog steeds mogelijk om te speculeren over voedselbronnen voor kolonisten van Mars. In eerste instantie lijkt een vegetarisch dieet logisch, omdat het de eenvoudigste is in termen van agrarisch management. Sojabonen leveren basische eiwitten die de gezondheid van de mens kunnen ondersteunen. Groenen, spruiten en zelfs zeewier kunnen helpen om een ​​uitgebalanceerd dieet te creëren. Inderdaad, astronauten hebben met succes erwten en mizuna sla in de ruimte gekweekt, samen met koolhydraatnietjes zoals tarwe en rijst. Alles zou waarschijnlijk keuzes zijn als voedsel van het vast voedsel - als ze kunnen gedijen onder Marsachtige omstandigheden.

Mars zal geen direct zonlicht en andere bronnen van voedingsstoffen hebben die mensen hier op aarde als vanzelfsprekend beschouwen. In ieder geval in de beginjaren hebben bewoners van Red Planet geen toegang tot fruit met vitamine C, dus ze zouden op vitaminen moeten vertrouwen, net zoals astronauten dat vandaag doen.

Alle bovengenoemde gewassen kunnen hydroponisch groeien om ruimte en hulpbronnen te sparen. Sommige experimenten met het kweken van planten in gesimuleerde Martiaanse bodem hebben ook succes gehad. Naast het leveren van een voedselbron, biedt groen de extra voordelen van het omzetten van koolstofdioxide uitgeademd door kolonisten naar zuurstof, essentieel voor het onderhouden van een biologisch regeneratief levensondersteunend systeem op lange termijn. Planten bieden ook de psychologische voordelen van ontspanning en een algemeen gevoel van welzijn.

Wat de lezer waarschijnlijk tot dit artikel heeft getrokken, in de eerste plaats: schimmels, met name paddenstoelen, zijn uitstekende, onderhoudsvriendelijke voedselbronnen die weinig of geen licht vereisen. Paddestoelen leveren essentiële voedingsstoffen, waaronder vitamine D en vitamine B-6. Makkelijk te kweken en te oogsten, paddestoelen zijn ingrediënten in veel populaire gerechten. De schimmels kunnen groeien in compost die is gemaakt met afvalmateriaal van andere landbouwprocessen, evenals sanitair afval. Dit gebruik van afvalmateriaal zou deel uitmaken van een zichzelf in stand houdend systeem.

Mars-kolonisten kunnen sprinkhanen ook gebruiken als extra voedselbron. Hoewel ze in de meeste Europese landen en de Anglo-bol niet populair zijn, zijn sprinkhanen een belangrijke bron van dierlijke eiwitten in Azië, Afrika en Zuid-Amerika. Ze hebben een enorm voordeel ten opzichte van veel andere vleesbronnen vanwege hun uiterst efficiënte omzetting van plantaardig materiaal in insectenproteïne. Sprinkhanen zijn twee keer zo efficiënt in het omzetten van plantaardige massa in eiwitten als varkens en vijf keer zo efficiënt als vee.

Bovendien is de houderij geassocieerd met het kweken van sprinkhanen relatief eenvoudig in vergelijking met die nodig voor vee, kippen of varkens, en hun snelle reproductiesnelheid en korte levenscyclus maken een stabiele en continue oogst mogelijk. Ten slotte zou het veel eenvoudiger zijn om insecten naar Mars te transporteren dan om grote dieren te sturen.

De insecten kunnen ook onderdeel worden van de Mars-cultuur. Toekomstige kolonisten op de Rode Planeet zouden waarschijnlijk van over de hele wereld komen en velen zouden niet lijden aan de "Eeeew" factor die veel westerlingen associëren met het eten van insecten. Dus sprinkhanen kunnen een vleesbestanddeel worden voor bewoners van Mars. Natuurlijk zou dit afhangen van de gegarandeerde betrouwbaarheid van sprinkhaneninsluitsystemen. Mars-kolonisten zouden het zeker niet goed doen met het sprinkhanen-equivalent van 'Star Trek's' tribbles.

Over 'Star Trek' gesproken, een versie van haar 'voedselreplicator' is bezig zich te verplaatsen van sciencefiction naar wetenschappelijk feit. Wetenschappers hebben met succes vlees gesynthetiseerd, met behulp van een 3D-printer om stamcellen uit dieren in Petri-schalen in het laboratorium uit te lijnen, waardoor ze zowel hamburger als kip maakten van materialen die nooit deel uitmaakten van een levend dier. Misschien dat in de toekomst de lijst met 3D-geprinte eiwitten ook vis omvat.

NASA heeft ook geëxperimenteerd met het gebruik van 3D-printers voor het maken van chocolade en zelfs pizza. De sprinkhanen zouden een beter dessert maken als ze ondergedompeld zijn in de 3D-geprinte chocolade. Misschien zal in de toekomst de lijst met 3D-geprinte eiwitten vis omvatten.

Terwijl de precieze vormen die de landbouw op Mars zou aannemen nog steeds een onbekende zijn, is minstens één ding duidelijk: voordat vele jaren verstreken zijn, zullen de kolonisten van Mars zeker hun eigen unieke keuken hebben ontwikkeld.

De meest recente Op-Ed van Turnbull was "Waarom robots de toekomst van interplanetair onderzoek kunnen zijn." Volg alle Expert Voices-onderwerpen en -debatten en maak deel uit van de discussie , tjilpen en Google +. De weergegeven meningen zijn die van de auteur en komen niet noodzakelijk overeen met de mening van de uitgever. Deze versie van het artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op ProfoundSpace.org.