화성에서 식물재배 가장 큰 걸림돌은?

문광주 기자 / 기사승인 : 2021-08-30 21:25:52
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* 호밀과 유채과의 식물은 화성의 전형적인 방사선량에서 발아했지만 짧은 시간 후 변형 발생
* 달과 화성의 방사선 보호 부족
* 상대적으로 빨리 자라는 식물은 첫 번째 기형과 잎의 변색을 보여주고 성장이 멈추었다.
* 우주선의 전형적인 고에너지 입자 방사선 고려하지 않아 실제 피해는 더 클 수 잇다.

화성 온실 실험에서 얻은 것은?
화성 표면의 방사선 노출은 식물 성장을 억제할 수 있다.


화성에 감자가 없다?
현재 실험이 시사하는 바와 같이 화성 표면의 방사선 노출은 온실에서 식물을 재배하기에는 너무 높을 수 있다. 호밀과 유채과의 식물은 화성의 전형적인 방사선량에서 발아했지만 짧은 시간 후에 변형이 발생했으며 육지 조건에서 바이오매스의 절반에 불과했다. 이것은 미래의 화성 거주자들이 표면이나 특수 방사선 보호 덮개 아래에서 식량 식물을 재배해야 함을 의미할 수 있다. 

▲ 지금까지 화성 식민지 계획에는 식물 재배를 위한 온실이 대부분 포함됐다. 이것은 방사선 노출 증가로 인해 어려울 수 있다. © e71lena / 게티 이미지

사람들이 미래에 화성에서 살려면 적어도 부분적으로는 채소를 재배함으로써 스스로를 부양할 수 있어야 한다. 초기 테스트는 이미 유기 물질이 풍부한 화성 표토에서 식물이 번성할 수 있음을 보여주었다. 남극과 국제우주정거장(ISS)에서 상추 등의 적절한 번식 방법이 달과 화성의 식민지에 대해 테스트되고 있다. 그리고 중국의 달 탐사선 창어 4호 내부에서도 최초의 식물이 발아했다.

달과 화성의 방사선 보호 부족


그러나 달과 화성의 온실 계획은 지금까지 한 가지 요소인 복사를 크게 무시했다.
지구의 자기장과 빽빽한 지구 대기는 복사 보호 덮개 역할을 하고 가혹한 우주 및 태양 복사로부터 지구 자연을 비교적 잘 보호하지만, 달과 화성은 그렇지 않다. 둘 다 보호 자기장이 없으며 화성의 대기는 희박하다.

"화성 탐사선 큐리오시티(Curiosity)의 측정에 따르면 화성 표면의 방사선 노출은 하루 평균 233마이크로그레이다"고 Delft 원자로 연구소의 Nyncke Tack과 동료들이 보고했다. "그것은 지구 표면에서 가장 높은 방사선량보다 17배 더 높은 것아다."
태양 폭풍이 화성을 강타하면 방사선 노출이 측정값에서 볼 수 있듯이 최대 50배까지 증가할 수 있다.

리드 챔버의 호밀과 유채과 야채

Tack과 그녀의 팀은 이제 영구적인 노출과 산발적인 "태양 폭풍"이 호밀과 유채과의 성장에 어떻게 영향을 미치는지 양육 실험에서 테스트했다. 이를 위해 그녀는 테스트 식물을 일반 화분용 토양에 심고 방사성 코발트-60 형태의 여러 방사선원이 매달린 납 코팅된 테스트 챔버에서 자라도록 했다. 

▲ 그림 1. (A) 압력 제어 지구(CE, 왼쪽)와 제어 화성(CM, 오른쪽)을 파종했다. 쟁반이 있는 냄비, 물컵, 두 쟁반 사이에 위치한 온습도 측정기가 표시된다. (B)는 납 벽으로 둘러싸인 방사선 흄 후드의 방사선 처리를 보여준다. 유채과의 처리(왼쪽)와 호밀(오른쪽)은 흰색 라벨로 표시. 레고 타워는 상단에 TLD(thermoluminescent dosimetry) 컵을 보유하고 있다. 사진은 수확 당일 아침에 찍은 것이다. (출처: Influence of Martian Radiation-like Conditions on the Growth of Secale cereale and Lepidium sativum)

이들은 약 270마이크로그레이의 균일한 면적 전체 선량을 방출했다.
이것은 호기심 측정값보다 약간 높지만 연구원에 따르면 여전히 의미가 있을만큼 가깝다.
일부 테스트 공장은 30밀리그레이의 짧은 방사선 폭발을 1~4회 받았다. 이는 화성의 태양 폭풍 중 하나에서 측정된 선량과 거의 같다.

변형 및 저조한 성장

결과:
예상대로 증가된 방사선은 식물의 발아에 거의 영향을 미치지 않았다.
비슷한 것이 이전 테스트에서 이미 제안되었다. 그러나 상대적으로 빨리 자라는 식물은 첫 번째 기형과 잎의 변색을 보여주고 성장이 멈추었다고 Tam이 보고했다. 이것은 "태양 폭풍" 접근법과 270마이크로그레이로 일정하게 유지되는 식물 모두에 적용되었다.

그 효과는 바이오매스에서 더욱 분명해졌다.
발아 4주 후 화성 방사선 아래에서 자란 유채과의 식물의 건조 중량은 32%, 호밀은 48%까지 감소했다. Tack과 그녀의 동료들에 따르면, 이것은 적어도 일부 작물이 이전에 가정했던 것보다 일반적인 화성의 이온화 방사선 노출에 더 민감하게 반응할 수 있음을 시사한다.

우주선의 전형적인 고에너지 입자 방사선의 일부가 테스트에서 누락되었기 때문에 실제 손상 효과는 테스트에서 발견된 것보다 훨씬 더 클 수 있다고 팀은 기술했다.
▲ 그림 3. 호밀(A)과 유채과의 야채(B)에서 관찰된 기형과 호밀(C)과 유채과의 야채(D) 모두에서 잎의 비정상적인 착색을 보여주는 개별 식물의 사진. (E) 화성 표토 모조물에 '정상' 비조사된 유채과의 식물을 제공한다. (출처:Influence of Martian Radiation-like Conditions on the Growth of Secale cereale and Lepidium sativum)

식물 재배는 지하에서만?


이 결과가 다른 식물에서도 확인된다면 미래의 화성 식민지에 상당한 영향을 미칠 것이다.
신선한 야채로 자급자족하기 위한 계획을 변경해야 하기 때문이다.
"결과는 화성 표면의 온실에서 식물을 재배하는 것이 그다지 성공적이지 않을 수 있음을 시사하기 때문에 화성의 미래 문명에 대한 우려의 원인이 된다"고 Tack과 그녀의 동료는 말했다.

대신, 미래의 화성 식민지 개척자들은 화성 표면 아래의 시설이나 특수 방사선 보호 덮개 아래에서 농작물을 재배해야 할 수 있다. 공동 저자인 Wageningen University의 Wieger Wamelink는 "한 가지 옵션은 식물과 사람을 방사선 노출로부터 보호하는 표석으로 덮인 대성당에서 식물을 재배하는 것"이라고 말했다. "표면의 온실보다 더 큰 도전적이다.“

(Frontiers in Astronomy and Space Sciences, 2021; doi: 10.3389/fspas.2021.665649)
출처: Wageningen University & Research

[더사이언스플러스=문광주 기자]

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