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Quelle végétation prospérerait dans l'atmosphère martienne ?

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La plupart des plantes ont besoin de dioxyde de carbone pour leur photosynthèse, que Mars a en surabondance.

La composition de l'atmosphère (ignorons les températures pour les besoins de cette question) de Mars permettrait-elle à la végétation de pousser ?


Ce n'est pas mon domaine de loin, alors prenez ce que je dis avec des pincettes. Cependant, il est très difficile de répondre à cette question car la croissance ou non d'une plante dépend d'une grande variété de facteurs. Même si on ignore la température comme vous le dites, il y a d'autres considérations. Ceux-ci incluent, mais ne sont pas limités à :

  • Composition du sol, je doute que le sol martien puisse supporter la végétation terrestre même si son atmosphère le pouvait. Les plantes ont besoin de divers nutriments et de plages de pH spécifiques, entre autres.

  • Pression atmosphérique, je ne suis pas du tout sûr que l'atmosphère martienne (bien qu'elle soit, en effet, riche en CO2) suffirait à entraîner la photosynthèse d'une plante terrestre. Gardez à l'esprit que la pression atmosphérique sur Mars est en moyenne de 600 pascals (0,087 psi), soit environ 0,6% de la pression moyenne au niveau de la mer sur Terre (source). Cela rend hautement improbable que des plantes terrestres non modifiées puissent y prospérer.

  • L'eau l'eau l'eau…

  • Espèces pollinisatrices. De nombreuses plantes dépendent d'autres espèces (par exemple les abeilles ou les colibris) pour leur propagation. Ceux-ci seraient difficiles à trouver sur Mars.

  • Lumière du soleil Je ne sais pas si Mars reçoit suffisamment de lumière solaire à sa distance du soleil pour entraîner la photosynthèse d'une plante non modifiée.

Maintenant, cela dit, il faut théoriquement Il serait possible de commencer avec des archées ou des bactéries extrêmophiles qui, au cours de nombreuses années (au moins des centaines, des milliers plus probablement) terraformeraient Mars pour la rendre apte à l'habitation humaine. Des plantes spécialement conçues pourraient alors jouer un rôle, mais j'ai du mal à croire qu'une vie végétale multicellulaire existante, non modifiée et d'origine terrestre puisse survivre sur Mars.


Je m'en tiendrai à la composition atmosphérique, comme indiqué dans la question initiale : Bien qu'il puisse y avoir de rares exceptions dont je ne me souviens pas, dans des circonstances normales, toutes les plantes vertes utilisent la respiration aérobie avec O2 comme accepteur final d'électrons pour la production d'énergie. Cela signifie qu'ils ont besoin d'oxygène, qui est essentiellement absent de l'atmosphère martienne (0,13%). Même si notre hypothétique récolte martienne pourrait produire de l'oxygène en tant que sous-produit de la photosynthèse, cet oxygène serait perdu dans l'atmosphère et ne serait pas disponible pour la respiration.

Je pense que dans des conditions gorgées d'eau, certaines plantes peuvent passer temporairement à une sorte de métabolisme anaérobie en réponse au stress, mais je ne sais pas si c'est juste pour survivre ou si les plantes peuvent pousser de cette manière - je soupçonne que c'est le premier .


Je travaille sur la photosynthèse des algues, des algues bleu-vert et des bactéries photosynthétiques anoxygéniques. Tous pourraient plus ou moins vivre sur Mars dans une tente gonflable équipée d'un simple compresseur de soufflage (comme certains courts de tennis dans les climats froids). Cela pourrait être utilisé pour augmenter suffisamment la pression de l'air (disons 100 millibars) pour que l'eau existe sous forme liquide sur une plage de températures raisonnable (l'atmosphère de Mars est d'environ 10 mB, celle de la Terre d'environ 1 000 mB). Le matériau de la tente pourrait être constitué d'un matériau opaque aux UV. De plus, de nombreuses algues sont de toute façon assez résistantes aux UV. L'intensité lumineuse sur Mars ne pose aucun problème. La plupart des plantes terrestres saturent de toute façon la photosynthèse à environ 30% de la pleine lumière du soleil. Garder l'intérieur suffisamment chaud ne serait pas un gros problème car l'atmosphère de Mars est essentiellement un quasi-vide et est donc un très mauvais conducteur de chaleur. Je ne pense pas que ce serait si difficile. Un faible taux d'O2 n'est pas un problème pour de nombreuses algues. Vous pourriez faire pousser de nombreuses plantes plus hautes assez facilement si le niveau d'O2 était raisonnable.


Des tests indiquent quelles plantes comestibles pourraient prospérer sur Mars

Une expérience de premier cycle a fait pousser des légumes et des herbes dans un sol martien simulé sous une lumière du jour réduite comme celle de Mars. Les résultats savoureux suggèrent que les colons de Mars pourraient cultiver leurs propres produits.

Une conception d'artiste d'une serre martienne portable en cours de développement à la NASA. Les expériences de culture de légumes de l'agence spatiale ont inspiré un astrobiologiste et ses étudiants de premier cycle à cultiver leurs propres légumes «martiens». Crédit : NASA

Qu'ont en commun le chou frisé, les carottes, la laitue, les patates douces, les oignons, les pissenlits et le houblon ? Ils pourraient tous être cultivés dans le sol martien par de futurs colons, selon un récent projet d'une classe d'étudiants en astrobiologie et de leur professeur. Dans un nouvel ajout à la classe, les étudiants ont essayé de cultiver une variété de légumes dans un sol martien simulé pour découvrir quelles espèces comestibles pourraient être des perspectives pour les futurs colons.

"Le projet combinait mes recherches - l'astrobiologie et Mars - et mon passe-temps de cultiver des choses", a déclaré Edward Guinan, professeur d'astronomie et d'astrophysique à l'Université Villanova à Villanova, Pennsylvanie. Guinan a développé le projet Red Thumbs Mars Garden pour son premier cycle annuel. classe d'astrobiologie de niveau et supervisé les expériences, qui se sont terminées le mois dernier. Les étudiants, a déclaré Guinan, étaient très enthousiastes à l'idée de cultiver leurs propres légumes martiens.

Le chou frisé, les patates douces, certaines laitues et le houblon poussaient très facilement, n'ayant pas un goût différent de leurs homologues terrestres. Les chercheurs de premier cycle ont tenté de cultiver plus d'une douzaine de légumes et d'herbes dans un sol semblable à celui de Mars avec des conditions d'éclairage au niveau de Mars. Ils ont découvert que le chou frisé, les patates douces, certaines laitues et, étonnamment, le houblon poussaient très facilement, n'ayant pas un goût différent de leurs homologues terrestres. D'autres aliments, y compris les pommes de terre rousses ordinaires, le célèbre aliment de base de l'astronaute échoué dans le film de 2015 Le Martien—nécessitaient des traitements spéciaux du sol ou légers.

Guinan prévoit de répéter ces expériences avec les futurs cours d'astrobiologie et d'incorporer des tests scientifiques plus rigoureux des résultats. Il a présenté les résultats ce matin lors de la 231e réunion de l'American Astronomical Society à National Harbor, dans le Maryland.

Sol d'une couleur différente

Le projet Red Thumbs Mars Garden était un nouvel ajout à son cours régulier d'astrobiologie, a expliqué Guinan. Il s'est inspiré du système de production de légumes de la NASA (Veggie) sur la Station spatiale internationale et souhaitait proposer ce type d'expériences à ses étudiants.

Guinan (à droite) et deux de ses étudiants (à gauche) s'occupent de certaines de leurs plantes cultivées dans un simulant de sol martien rouge brique vu dans la plante la plus en avant (une plante de pois). Certaines de leurs plantes poussaient bien dans un environnement semblable à celui de Mars, tandis que d'autres nécessitaient des conditions de lumière ou de température différentes qui n'étaient pas possibles avec la configuration de serre unique de la classe. Crédit : Université de Villanova

Guinan et sa classe ont cultivé les plantes dans une serre dans un simulant de sol martien disponible dans le commerce similaire à celui développé par la NASA et le Jet Propulsion Laboratory à Pasadena, en Californie. Le sol est principalement un basalte riche en fer avec quelques réactifs supplémentaires pour mieux se rapprocher de la composition du régolithe de Mars telle que mesurée par le rover Curiosity de la NASA et d'autres instruments.

"Les principales différences sont que le sol de Mars contient environ le double de fer que le sol terrestre, principalement des oxydes de fer, et que le sol terrestre est plus organique", a déclaré Guinan.

Le sol utilisé dans l'essai est à environ 93% similaire au régolithe martien, les principales différences étant l'absence de certains perchlorates toxiques présents sur Mars et l'ajout d'engrais inorganiques par la classe pour favoriser le développement des plantes. Le sol de Mars manque d'organismes vivants dans le sol de la Terre qui aident la vie végétale à s'épanouir, a déclaré Guinan, les agriculteurs de Mars auraient donc besoin d'augmenter le sol avec des matériaux biologiquement riches comme les déchets de compost.

Les étudiants ont fait pousser les plantes dans des pots dans des conditions d'éclairage semblables à celles de Mars, soit environ 44 % du niveau de lumière sur Terre. Ils ont ensuite comparé leurs plantes aux mêmes variétés de plantes cultivées en pots dans du terreau ordinaire.

Bien que l'intensité lumineuse soit semblable à celle de Mars, l'atmosphère était semblable à celle de la Terre : les plantes sur Mars devraient être cultivées dans une serre avec une atmosphère semblable à la Terre, a déclaré Guinan, car elles auraient du mal à survivre dans l'espace mince, froid et atmosphère poussiéreuse. Le besoin de culture en intérieur offre en fait un avantage, a-t-il déclaré, car la respiration des plantes pourrait faire partie du recyclage atmosphérique d'une colonie.

Le sol est également trop compact pour laisser pousser les racines ou les légumes souterrains, ont-ils découvert. La classe a résolu le problème de la densité du sol en l'aérant avec du carton déchiqueté ou des vermiculites pour donner aux racines et aux légumes de l'espace pour pousser. Le carton était plus idéal, a expliqué Guinan, car il faisait peut-être déjà partie du matériel d'expédition que les gens emporteraient vers Mars et les colons n'auraient pas besoin d'importer des fournitures inutiles.

Une variété de produits martiens

Avec l'aération du sol et les niveaux d'humidité pris en compte, les étudiants de Guinan ont constaté que chacune des plantes qu'ils ont testées poussait modérément bien. Cependant, les patates douces, les carottes, les oignons, le chou frisé, les pissenlits, le basilic, l'ail et le houblon étaient des cultures particulièrement robustes dans les conditions martiennes. La serre était trop chaude pour les pois et les épinards, expliqua Guinan, sinon ils auraient probablement survécu aussi.

Certains des légumes, des herbes et des salades vertes cultivés dans un simulant de sol martien par des étudiants de premier cycle de Villanova. Dans ce coin de la serre, le houblon s'épanouit dans le bac le plus à l'avant, le chou frisé et les laitues remplissent le bac de gauche et les bacs à pissenlit occupent les jardinières au centre à l'arrière de l'image. Crédit : Université de Villanova

« Bien sûr, les élèves ont également cueilli des pommes de terre à cause de Le Martien", a déclaré Guinan, " mais le sol était trop dense au début et les pommes de terre ne poussaient pas dedans - elles ont été pressées. Une fois que nous avons ajouté environ un tiers de charge dans le sol pour donner aux pommes de terre de l'espace pour respirer, elles ont très bien poussé.

Certains chefs d'entreprise de la classe ont choisi de cultiver du houblon, un ingrédient de brassage de la bière, et ont joué avec des moyens de commercialiser la «bière de Mars», a expliqué Guinan. Il a noté, cependant, que certains brasseurs entreprenants les ont battus avec leurs propres houblon et sorgho cultivés dans un sol martien simulé avant les tests de Villanova.

Bien qu'aucun des produits cultivés dans le sol simulant Mars n'ait un goût sensiblement différent des cultures témoins expérimentales, Guinan s'est dit préoccupé par le fait que certains des légumes à feuilles riches en fer, comme le chou frisé et les épinards, pourraient absorber un excès de fer du sol martien. Trop de fer dans les aliments, a-t-il expliqué, peut provoquer une indigestion ou même une intoxication alimentaire. Guinan prévoit que les futures classes testent la teneur en fer des salades vertes cultivées sur Mars pour voir si l'enrichissement en fer du sol se reflète dans les feuilles. Si tel est le cas, ce serait une autre préoccupation potentielle pour les futurs agriculteurs de Mars.

"Plus les humains s'éloignent de la Terre, plus il est nécessaire de pouvoir cultiver des plantes pour la nourriture, le recyclage de l'atmosphère et des avantages psychologiques", a déclaré Gioia Massa, scientifique de la charge utile pour Veggie au Kennedy Space Center de la NASA à Cap Canaveral, Fla. "Je pense que les systèmes de plantes deviendront des composants importants de tout scénario d'exploration à long terme", a ajouté Massa.

Les futures récoltes

Cette première série de tests de légumes Villanova n'était qu'un début, selon Guinan. À son avis, les étudiants ont choisi leurs légumes en fonction de ce qu'ils aimaient manger, plutôt que de ce qui serait le plus nutritif ou le plus précieux pour les colons potentiels de Mars. Lorsqu'il répétera ce projet avec de futures classes d'étudiants en astrobiologie, a-t-il déclaré, il prévoit de faire tester aux étudiants des légumes, des herbes et éventuellement des fruits qui seraient plus susceptibles d'être sélectionnés par les colons.

Maintenant que le projet Red Thumb est un succès avéré, Guinan a reçu un espace de serre plus dédié à utiliser pour le prochain potager de sa classe. Le nouvel espace, a-t-il expliqué, donnera à sa classe plus de contrôle sur la température, l'humidité et les conditions d'éclairage des plantes et leur permettra d'affiner leurs expériences.

"Cette fois, nous allons pousser de janvier à l'été, nous aurons donc plus de temps pour évaluer ce qui pousse" et pour tester également des plantes à croissance plus lente, a déclaré Guinan.

Il recommande également ce genre de projet à d'autres professeurs d'astrobiologie à la recherche d'un moyen d'embellir leurs cours. « C'est facile à mettre en place, ça a bien fonctionné et les élèves ont adoré. »

—Kimberly M. S. Cartier (@AstroKimCartier), stagiaire en rédaction et production de nouvelles


Possibilités de faire pousser des plantes sur Mars dans un environnement froid et toxique

Il n'est pas facile de deviner ce que nous pouvons ou ne pourrons pas faire lorsque nous poserons le pied sur Mars. Mais en ce qui concerne la chimie effectuée dans The Martian, la méthode scientifique de Watney a été testée. Les scientifiques ont également effectué des études de plantes simulant les conditions du sol martien en utilisant le sol volcanique d'Hawaï, connu pour sa ressemblance avec le sol martien. Ces études ont démontré que les plantes peuvent réellement prospérer dans ces sols.

Un peu plus d'un an après l'ouverture du Buzz Aldrin Space Institute à Florida Tech avec pour mission sous-jacente d'amener des hommes sur Mars, cette recherche horticole visera à résoudre l'un des problèmes les plus importants qui attendent les premiers colons martiens : comment cultiver nourriture dans un environnement froid et pollué.

Les scientifiques ont mené des expériences sur les plantes simulant les conditions martiennes en utilisant le sol volcanique d'Hawaï, connu pour sa similitude avec le sol martien. Ces expériences ont montré que les plantes peuvent réellement pousser dans ces sols.

Il n'y a pas non plus de rangées vertes et luxuriantes de légumes ou de vignes couvertes de fruits : le jardin en est à ses balbutiements. Drew Palmer, professeur adjoint de sciences biologiques, Brooke Wheeler, professeure adjointe au College of Aeronautics et se spécialise en astrobiologie au Département de physique et de sciences spatiales, développent de la laitue somptueuse (un type de romaine rouge) dans divers contextes – terre , une teneur en surface martienne similaire connue sous le nom de simulant de régolithe et de simulant de régolithe avec un ajout de nutriments. "Nous devons obtenir le bon régolithe ou tout ce que nous ferons ne sera pas valide", a déclaré Andy Aldrin, directeur du Buzz Aldrin Space Institute.

L'atmosphère de Mars est principalement constituée de dioxyde de carbone, et les plantes ont autant besoin de ce gaz que les humains ont besoin d'oxygène pour respirer. Le nouveau simulateur de régolithe de Mars ne va pas bien. Avant que le premier échantillon de saleté de Mars ne revienne sur Terre, qui pourrait être sur une mission prévue dans au moins 15 ans, les chercheurs de Florida Tech passeront l'année prochaine à tenter de construire un analogue de régolithe fiable en ajoutant des données de détection chimique des rovers martiens. .

La plus grande lacune est la surface rocheuse de Mars sujette aux météorites – sa roche concassée à forte teneur en fer et en perchlorates chimiques – et ses fortes doses de rayonnement UV. Kusuma prévoit de faire circuler ce sujet en faisant pousser des plantes à plusieurs mètres sous terre dans des environnements semblables à ceux de la terre.

A terme, il sera peut-être possible de cultiver différentes plantes dans le sol martien en appliquant de l'engrais et en éliminant les perchlorates. Les scientifiques de Florida Tech travaillent avec des scientifiques de la NASA qui ont des connaissances sur la culture de plantes à la Station spatiale internationale pour aider à découvrir des moyens de faire de l'agriculture martienne une possibilité.

Avec des coûts atteignant 1 milliard de dollars par humain et par an et des problèmes de logistique pour transporter suffisamment de nourriture de la Terre à Mars, augmenter la nourriture sur la planète elle-même est une exigence, affirme Aldrin. "Vous ne pouvez pas maintenir la civilisation si vous devez tout expédier", a-t-il déclaré.

La présence de Florida Tech aide la NASA à se concentrer sur d'autres défis liés à Mars. « Avec nos partenaires universitaires travaillant sur la production alimentaire à la surface de la planète, la NASA est en mesure de se concentrer sur les technologies et les systèmes à court terme nécessaires pour amener nos équipages sur la planète rouge », a déclaré Trent Smith, chef de projet chez Kennedy de la NASA. Centre spatial.

Ralph Fritsche, chef de projet principal pour le développement alimentaire chez KSC, a déclaré : « C'est formidable de voir des établissements universitaires s'impliquer dans l'exploration humaine à long terme de Mars – des expériences pour déterminer comment faire pousser des cultures hors terre ». 8221

Palmer et Wheeler prévoient de présenter leur jardin martien à d'autres influences, telles que les dommages causés par les radiations aux graines lorsqu'elles migrent de la Terre vers Mars, ainsi que la croissance des racines avec une gravité moindre, et la quantité d'eau dont elles auraient besoin et où cette eau viendrait de.

Même si l'habitation de la planète rouge est encore dans des décennies, l'exploration pourrait avoir un effet sur la Terre. « Le test ultime de la durabilité est de réfléchir à la façon de vivre sur Mars », explique Daniel Batcheldor, professeur de physique et de sciences spatiales à Florida Tech et chef d'équipe au Buzz Aldrin Space Institute.

« Apprendre à cultiver des plantes dans un environnement inhospitalier comme Mars pourrait nous aider à maximiser la production alimentaire et à minimiser l'utilisation de ressources précieuses telles que l'eau et les engrais ici sur Terre.

Toutes les conditions empêcheront les plantes de prospérer sur Mars. Les conditions de froid intense sur Mars, par exemple, rendent impossible le maintien. La lumière du soleil et le rayonnement qui touchent cette planète sont encore plus petits que ce que la Terre reçoit. Vous cultiverez des plantes sur Mars dans les bonnes conditions. L'atmosphère de la Terre contient 78 pour cent d'azote et 0,04 pour cent de dioxyde de carbone. Mars, quant à elle, contient plus de 95 % de dioxyde de carbone et 2,6 % d'azote. Mars contient 100 fois moins d'azote que la Terre. L'azote est important pour la croissance des plantes. C'est parce que Mars est à environ 50 millions de kilomètres du soleil. L'atmosphère martienne n'est pas aussi dense que l'atmosphère terrestre, qui maintient notre monde au chaud.


Devenir vert sur la planète rouge

Dans Le Martien, un livre de science-fiction d'Andy Weir et une superproduction cinématographique hollywoodienne, Mark Watney est bloqué sur Mars après que ses collègues astronautes de la NASA pensent qu'il est mort et qu'il a quitté la planète rouge sans lui. Watney se retrouve avec des combinaisons spatiales et un module d'habitation à environnement contrôlé (ou Hab), mais il n'a pas assez de nourriture et d'eau pour survivre jusqu'à ce que la NASA envoie une mission de sauvetage.

Plusieurs années pourraient s'écouler pendant que Watney attend d'être secouru, et beaucoup de choses pourraient mal tourner. Par exemple, si le système qui lui fournit de l'oxygène cesse de fonctionner, Watney pourrait mourir, car l'atmosphère de Mars ne contient pas assez d'oxygène pour que les humains survivent. La bonne nouvelle est que Watney, qui est botaniste, a des pommes de terre dans le Hab qu'il peut utiliser pour produire plus de nourriture en attendant que la NASA le sauve. La mauvaise nouvelle est que Mars est une planète désertique, où aucune plante n'a jamais poussé auparavant.

Dans l'histoire, les compétences botaniques de Watney l'aident à survivre à l'épreuve. Il utilise les pommes de terre emballées par la NASA pour son expédition sur Mars avec ses propres excréments et parvient à faire pousser des pommes de terre dans une petite ferme à l'intérieur du Hab. De plus, ses connaissances en chimie lui permettent de fabriquer de l'eau, qu'il utilise pour irriguer les pommes de terre.

Improviser une ferme martienne de pommes de terre et produire de l'eau à partir de zéro relève plus de la fiction que de la science. Mais les recherches suggèrent que certains sols sur Mars pourraient être utilisés pour faire pousser des plantes.

Alors, comment Watney a-t-il fertilisé exactement le sol martien ? Est-il possible de faire de l'eau sur Mars ?

Planète semblable à la Terre

Même si Mars a un environnement hostile à la vie telle que nous la connaissons, elle semble être la planète la plus habitable de notre système solaire, avec la Terre. Selon la NASA, il y a des milliards d'années, Mars avait même des océans comme le nôtre. Certains endroits sur Terre ont été utilisés pour étudier Mars, car leurs environnements sont quelque peu similaires aux conditions sur Mars. Certaines parties de l'Antarctique, d'Hawaï et de l'Amérique du Sud en sont des exemples.

Les scientifiques étudient Mars depuis le début des années 1960. Ils ont envoyé de petits engins spatiaux qui ont survolé, mis en orbite et atterri sur Mars. Ces engins spatiaux ont découvert que bien que certains endroits sur Terre ressemblent à Mars, la planète rouge est en effet un environnement hostile à la vie.

L'atmosphère sur Mars contient environ 95% de dioxyde de carbone, ce qui rendrait impossible la respiration des humains. Mars est aussi beaucoup plus froide que la Terre. C'est principalement parce que la planète rouge est plus éloignée du soleil que la Terre. La mission Viking de la NASA, qui a atterri sur Mars en 1976, a enregistré des températures moyennes de -81 ºF, ce qui est plus froid que les pôles Nord ou Sud ici sur Terre. S'ils étaient exposés aux températures de Mars, les plantes, les humains et les autres êtres vivants gèleraient.

Fertiliser Mars

Les recherches suggèrent que le sol martien contient certains des éléments nutritifs dont les plantes ont besoin pour pousser et survivre (voir « Les éléments nutritifs des plantes », à droite). Mais en raison des conditions extrêmement froides de Mars, des plantes telles que les pommes de terre de Watney devraient pousser dans un environnement contrôlé, comme son Hab. De plus, tout comme sur Terre, les nutriments du sol martien peuvent varier d'un endroit à l'autre. Ainsi, les personnes bloquées sur Mars devraient être prêtes à recourir à des moyens ingénieux pour rendre le sol plus propice à la croissance des plantes, même si la seule option consiste à utiliser leurs propres excréments, comme l'a fait Watney.

Lorsque les sols sont riches en nutriments, tels que l'azote, le phosphore et le potassium, les cultures poussent bien. Mais lorsque les sols ne sont pas aussi riches - avec ne serait-ce qu'un seul des nutriments nécessaires en faible quantité - les plantes ne pousseraient pas aussi bien. Les engrais aident les agriculteurs à doubler ou tripler le rendement de leurs cultures et contiennent 5 % ou plus des éléments nutritifs primaires des plantes. Ces engrais fournissent également des nutriments aux cultures que certains sols n'ont pas.

Ici sur Terre, les experts encouragent l'utilisation de déchets organiques, ou fumier, pour fertiliser le sol, bien que les agences environnementales américaines réglementent l'utilisation du fumier pour éviter la transmission de virus et de bactéries qui pourraient contaminer les récoltes. D'autres sources de nutriments, comme les déchets alimentaires organiques, sont également utiles. C'est pourquoi, par exemple, certaines personnes mélangent des pelures de banane ou du marc de café dans la terre de leurs jardins.

Sur Mars, Watney ne disposait d'aucun engrais artificiel. Il n'avait pas l'intention d'y rester longtemps, et encore moins de devoir y cultiver, alors ses excréments ont agi comme des déchets organiques contenant des nutriments. En fait, autrefois, lorsque la technologie était moins avancée, les agriculteurs utilisaient leurs propres eaux usées pour fournir des éléments nutritifs importants, tels que l'azote et le phosphore, à leurs terres.

Se nourrir de nutriments essentiels

Pour créer l'énergie dont elles ont besoin pour vivre, les plantes utilisent un processus appelé photosynthèse, qui est une série de réactions chimiques qui convertissent l'eau et le dioxyde de carbone en sucres et en oxygène. Ces réactions chimiques peuvent être résumées de la manière suivante (dans ce cas, le sucre est du glucose (C6H12O6)):

Pour effectuer la photosynthèse, les plantes ont également besoin de divers nutriments, tels que l'azote, le potassium et le phosphore. Azote est un composant clé de la chlorophylle, le composé responsable de la couleur verte des plantes et de la capture de la lumière nécessaire à la photosynthèse. Potassium aide à ouvrir et à fermer les minuscules pores des feuilles et des tiges qui absorbent l'eau et le dioxyde de carbone utilisés dans la photosynthèse. Phosphore est impliqué dans les réactions chimiques qui composent la photosynthèse.

Contrairement aux plantes, les êtres humains et les animaux ne peuvent pas capter l'énergie solaire. Au lieu de cela, les humains l'obtiennent en mangeant de la nourriture, qui provient d'animaux et de plantes et fournit l'énergie dont nous avons besoin pour survivre. Les animaux tirent également leur énergie des plantes ou d'autres animaux qui se nourrissent de plantes. En ce sens, tout ce que nous mangeons était autrefois une plante.

Faire pousser des cultures sur Mars

Il n'est pas facile de prédire ce que nous ferons ou ne pourrons pas faire lorsque nous poserons le pied sur Mars. Mais en ce qui concerne la chimie qui a été menée dans Le Martien, la méthode scientifique de Watney vérifie. Les scientifiques ont mené des expériences sur les plantes simulant les conditions martiennes en utilisant le sol volcanique d'Hawaï, connu pour sa similitude avec le sol martien. Ces expériences ont montré que les plantes peuvent réellement pousser dans ces sols.

Il y a d'autres aspects que les futurs explorateurs de Mars devront prendre en compte lors de la culture de plantes sur cette planète. Comme mentionné précédemment, l'atmosphère de Mars est principalement constituée de dioxyde de carbone, et les plantes ont autant besoin de ce gaz que nous avons besoin d'oxygène pour respirer.

De plus, des études suggèrent que l'arrosage des plantes sur Mars pourrait nécessiter moins d'eau que sur Terre. C'est parce que l'eau s'écoulerait différemment à travers le sol martien, grâce à la gravité de la planète rouge, qui représente environ 38 % de celle de la Terre. En d'autres termes, tout ce qui se trouve sur Mars semblerait environ trois fois plus léger que sur Terre. Par conséquent, sous la gravité martienne, le sol peut contenir plus d'eau que sur Terre, et l'eau et les nutriments contenus dans le sol s'écouleraient plus lentement.

Certaines conditions rendraient difficile la croissance des plantes sur Mars. Par exemple, les températures extrêmement froides de Mars rendent la vie difficile à maintenir. La lumière du soleil et la chaleur atteignant cette planète sont bien inférieures à ce que la Terre reçoit. C'est parce que Mars est à environ 50 millions de kilomètres plus loin du soleil. De plus, l'atmosphère martienne n'est pas aussi épaisse que l'atmosphère terrestre, ce qui maintient notre planète au chaud.

Dans Le Martien, quand Watney expose accidentellement sa ferme aux températures froides de Mars, ses plants de pommes de terre meurent de froid presque instantanément. Comme mentionné précédemment, l'air libre de Mars est tout simplement trop froid pour que les plantes survivent.

Faire de l'eau sur Mars

L'eau disponible du Hab n'était pas suffisante pour soutenir Watney ou sa ferme jusqu'à ce que la NASA le sauve. Cependant, Watney était assez intelligent pour penser à un moyen de faire de l'eau à partir de zéro et d'irriguer ses pommes de terre.

Faire de l'eau ne semble pas être un processus compliqué : prenez de l'oxygène, ajoutez de l'hydrogène et brûlez-les ensemble pour créer de l'eau. Mais Watney n'avait pas d'hydrogène à sa disposition. L'oxygène, par contre, était facile à obtenir. L'oxygénateur du Hab a libéré de l'oxygène à partir de l'abondant dioxyde de carbone dans l'atmosphère de Mars.

Pour obtenir de l'hydrogène, Watney a utilisé de l'hydrazine (N2H4), un composé inorganique largement utilisé pour propulser des fusées, des satellites et des engins spatiaux qui était disponible lors de sa mission sur Mars. Il avait des centaines de litres d'hydrazine inutilisés. Watney a dissocié l'hydrazine en azote et hydrogène, puis il a brûlé de l'hydrogène avec de l'oxygène, ce qui a donné de l'eau, comme suit :

Est-il possible de créer de l'eau à partir de zéro ? Pas vraiment, car créer de l'eau à partir de zéro en brûlant de l'hydrogène et de l'oxygène serait trop dangereux. Il va sans dire : vous ne devriez pas essayer de brûler de l'hydrogène et de l'oxygène à la maison. Watney n'avait pas d'autre option disponible, et il faisait extrêmement attention à brûler de l'hydrogène et de l'oxygène assez lentement pour éviter de se faire exploser.

Mars est considérée comme la prochaine frontière du vol spatial habité. Les scientifiques pensent que la planète rouge pourrait héberger ou avoir hébergé la vie il y a des millions d'années. C'est le monde le plus proche de nous qui pourrait héberger la vie, même s'il s'agit de microbes. Au moment où les humains poseront le pied sur Mars, vous ferez peut-être partie de la classe des astronautes sélectionnés pour leur voyage sur la planète rouge. Watney a connu des moments difficiles lors de sa visite sur Mars, mais c'est la chimie qui lui a finalement sauvé la vie !

Références sélectionnées

Weir, A. Le Martien. New York : Éditeurs de la Couronne, 2014.

Kinberg, S. (Producteur) Scott, R. (Réalisateur). Le Martien [Image animée]. États-Unis : 20th Century Fox, 2015.


Comment faire pousser des légumes sur Mars

Ce n'est peut-être pas le bon moment pour en parler, mais disons-le simplement : il y a de bonnes raisons de croire que des maladies comme COVID-19 pourraient devenir plus répandues dans les années à venir. Lorsque nous empiétons sur des zones auparavant vierges, telles que des terres sauvages, des jungles denses et des forêts tropicales, nous libérons des virus inconnus contre lesquels notre corps n'a aucune protection. À mesure que la population humaine augmente et que les habitats naturels rétrécissent, ce cycle va probablement se poursuivre. Parmi les autres dangers catastrophiques pour la Terre figurent les collisions avec les astéroïdes et les comètes, les guerres thermonucléaires ou biochimiques mondiales et, bien sûr, les effets à long terme du réchauffement climatique.

Pour réduire ces dangers, nous devrons peut-être nous éloigner. Loin. Comme jusqu'à Mars. Les principales raisons d'y aller sont d'explorer et de rechercher la vie, le passé et le présent. Mais les colonies sur Mars offrent également un refuge sûr à l'humanité dans le cas peu probable où quelque chose de catastrophique arriverait à la Terre. Aller sur Mars n'est qu'une pensée fantaisiste et irréaliste. La NASA a reçu des ordres présidentiels pour faire atterrir des humains sur Mars d'ici 2033, et l'organisation étudie des moyens de construire des habitations humaines sur la planète rouge. En 2016, SpaceX a annoncé publiquement une vision globale pour commencer à construire des colonies sur Mars, proposant une infrastructure de transport de grande capacité. Cette mission en deux phases pourrait mettre des gens sur Mars d'ici 2026.

Cette colonisation potentielle est la raison pour laquelle les étudiants en astrobiologie de Villanova ont commencé leur projet Mars Gardens, en étudiant quelles plantes et quels légumes peuvent pousser dans l'oxyde de fer et le simulant de sol martien (MSS) riche en oxyde de fer. Plus de 45 types de plantes différentes ont été testés depuis le début du programme en 2017&mdashand, étant donné qu'il s'agit d'étudiants universitaires, il n'est pas surprenant que les tests aient inclus du houblon et de l'orge.

Les plantes cultivées dans des terreaux dans les mêmes conditions environnementales ont servi de « contrôles », et le régolithe simulant (le sol) est basé dans une large mesure sur la roche volcanique du désert de Mojave. Le MSS, qui a tendance à être plus dense, est disponible en ligne et provient de l'analyse chimique de la NASA d'échantillons martiens. Cependant, le régolithe réel de Mars contient des perchlorates dangereux pour l'homme. Ainsi, une fois sur Mars, ce produit chimique dangereux devra être retiré avant que le sol lui-même ne soit utilisé. De plus, la lumière du soleil sur Mars est plus faible, ce qui affecte les conditions de croissance. Ainsi, les étudiants de Villanova ont pris toutes les mesures nécessaires pour reproduire les conditions de la serre martienne et ont pris en compte autant de variables que possible&mdashall dans le but de répondre à la question : les plantes peuvent-elles être cultivées sur Mars dans le sol martien sous une lumière ambiante réduite ?

LA PLANÈTE ACCUEILLANTE

Avant de répondre à cela, jetons un coup d'œil à Mars. On peut dire sans se tromper que l'environnement y est exactement accueillant : dans l'ensemble, Mars est petite (environ un dixième de la masse de la Terre), froide (en moyenne, & ndash 50 degrés Celsius) et désolée. Il a une atmosphère très mince, riche en dioxyde de carbone et riche en dioxyde de carbone, qui est environ un 90e plus dense que la Terre. Mars est à environ 141 millions de kilomètres du soleil (la Terre est à 93 millions de kilomètres), ce qui signifie que l'intensité maximale de la lumière du soleil sur Mars est d'environ 43 % de la force de la lumière du soleil sur Terre. Il y a cependant de bonnes nouvelles, car le dioxyde de carbone et l'azote bénéfiques représentent respectivement environ 95% et 2,6% de l'atmosphère de la planète. Cependant, sans ozone dans l'atmosphère martienne, les fenêtres de la serre devraient bloquer les rayons ultraviolets solaires nocifs.

Il y a quelques milliards d'années, Mars bénéficiait d'un environnement plus hospitalier, avec des océans, un climat tempéré et une vie très probablement. Il a depuis perdu la plupart de ses inventaires d'atmosphère et d'eau, et il n'y a actuellement aucune eau à sa surface. Cependant, l'eau (ou la glace) est présente sous la surface, ainsi que dans les régions polaires glacées de la planète. Ces conditions difficiles obligent à cultiver toutes les plantes dans des serres chauffées et pressurisées avec des compensations importantes pour l'atmosphère, l'humidité et l'eau.

In their greenhouse experiments, the Villanova students took strenuous measures to create an environment that&rsquos both plant-friendly and similar to what would be found in greenhouses on Mars. They ensured, for instance, that plants received roughly the same amount of sunlight as they would on Mars. Given these requirements, the students also experimented with growing some plants hydroponically.

The students found that their success rates could be improved with two enhancements: augmenting sunlight by using multiwavelength LEDs and loosening the dense MSS by adding potting soil&mdashor earthworm feces.

Based on all these factors, students were able to eliminate certain vegetables from consideration. For instance, the low light on Mars does not lend itself well to growing plants that require full sun, which include favorites like tomatoes, beans, legumes, corn or many root plants. Carrots also don&rsquot make the cut, as they tend to come out stunted in the claylike MSS. Potatoes largely don&rsquot thrive in the simulant soil and low light conditions, but sweet potatoes do a little better.

The students found that dandelions would flourish on Mars and have significant benefits: they grow quickly, every part of the plant is edible, and they have high nutritional value. Other thriving plants include microgreens, lettuce, arugula, spinach, peas, garlic, kale and onions.

Conditions on Mars for humans, let alone farmers, are far from easy. The difficult planet certainly isn&rsquot a natural home for us, and growing sustenance there would be a complicated task. That said, it&rsquos not impossible, and it&rsquos comforting to know that we could develop and maintain our own sources of food on a distant landscape. The possibility of growing hops and barley doesn&rsquot hurt, either.

The views expressed are those of the author(s) and are not necessarily those of Scientific American.


ATMOS Bioreactor

To test the microbes, they have developed ATMOS [Atmosphere Tester for Mars-bound Organic Systems]. ATMOS has 9 sterile, steel and glass, 1-liter vessels. They are digitally monitored and controlled for temperature and at a constant pressure of 100 hPa, matching the composition of Mars' atmosphere. Dried Anabaena is mixed with simulated Martian soil developed by the University of Central Florida, sterilized water is added, and the solution is stirred constantly. Photosynthesis is supported with lighting from all sides. The results show that Cyanobacteria is suitable for use in producing oxygen for Martian colonists. They can also be used as a food source for other useful microbes that can produce substances for medicines and even nutrient-rich food for the colonists.

A: Bioreactor Atmos ("Atmosphere Tester for Mars-bound Organic Systems"). B: A single vessel within Atmos. C: Design schematic - Image Credit: C. Verseus / ZARM

Lead author Dr Cyprien Verseux, an astrobiologist who heads the Laboratory of Applied Space Microbiology at ZARM explains, "Here we show that cyanobacteria can use gases available in the Martian atmosphere, at low total pressure, as their source of carbon and nitrogen. Under these conditions, cyanobacteria kept their ability to grow in water containing only Mars-like dust and could still be used for feeding other microbes. This could help make long-term missions to Mars sustainable,"

"Our bioreactor, Atmos, is not the cultivation system we would use on Mars: it is meant to test, on Earth, the conditions we would provide there. But our results will help guide the design of a Martian cultivation system. For example, the lower pressure means that we can develop a more lightweight structure that is more easily freighted, as it won't have to withstand great differences between inside and outside." concludes Verseux.

If you are interested in more details about biotech on Mars, you can read the publication in Frontiers in Microbiology listed below.

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What vegetation would thrive in the Martian atmosphere? - La biologie

The much-needed ingredient still missing for humans and animals is oxygen. As the atmosphere develops, the composition of the air can be tailored to suit human needs.

Oxygen Factories
Scientists have developed a solar-powered machine that extracts pure oxygen from carbon dioxide found in the thin Martian atmosphere. The Mars In-Situ Propellant Production Precursor prototype is important, not only because it converts the carbon dioxide to oxygen. But also because NASA could use the technology to fuel a returning flight from Mars to Earth. The plan is to mix the oxygen with rocket fuel to create combustion that will launch a vehicle off Mars.

Les plantes
On Earth, plants make the majority of the oxygen supply. On Mars there's a chicken-and-egg problem: the planet needs photosynthetic plants to make oxygen from carbon dioxide, but the climate must be warm enough and the soil conditions must be inviting to growth. In order for plants to thrive, scientists need to begin lower on the evolutionary ladder. They need to introduce ammonia-producing microbes into the Martian soil that will convert nitrogen from the atmosphere into the soil for larger plants like grasses and mosses to grow. The bad news is that scientists estimate that this could take hundreds of years. Once the soil is ready, scientists can introduce simple plant life.

Les forêts
Building a global functioning atmosphere for human habitation will require the development of a complex ecosystem that may very well require large stretches of forests and high biodiversity. Scientists imagine a planet with forests that will one day replace the artificial means of oxygenation.


What vegetation would thrive in the Martian atmosphere? - La biologie

Les objective: This experiment had two objectives. 1. The first objective was to determine whether plants could survive in a simulated Martian-like environment. 2. The second was to find whether plants could change the atmosphere from carbon dioxide to oxygen. The first hypothesis was that the plants would survive, but not thrive. The second, was that they would partially change the atmosphere.

Methods/Materials

Three terrariums were built. Different soils were researched and combined to create a mixture that would replicate the Martian soil. Three types of plants were chosen and planted in each terrarium. Carbon Dioxide was introduced into the two Martian terrariums. The plant growth, oxygen level, and carbon dioxide level were monitored for ten days. Oxygen probes and carbon dioxide probes were used to measure the gas levels in each terrarium. A computer program called LoggerPro was used with the probes to create charts of the daily gas levels.

Résultats

1. The first results were that the Primrose and Wheatgrass survived in the simulated Martian-like environment, while the Nasturtium died.

2. Second, the plants changed a mainly carbon dioxide atmosphere to a mainly oxygen atmosphere.

Conclusions/Discussion

In conclusion, this study found that certain plants can survive in a Martian-like environment. The experiment also showed that plants can change a mainly carbon dioxide atmosphere to mainly oxygen. In addition, the hypothesis was mostly correct.

The project is about the survival of plants in a simulated Martian-like environment and their ability to change a Martian-like atmosphere.

Science Fair Project done By Esther L. Cohenzadeh


The Martian : Farming on Mars Is Not Science Fiction

In October 1982, I was close to achieving intellectual escape velocity. I had just been selected to receive a grant from NASA to study how to grow food to sustain astronauts on long-term space missions. This is not a trivial task. Thirty-three years later, my students and I are still tinkering with the inputs to the space farm.

We have long been interested in the possibility of sustaining life away from Earth. Like Andy Weir's character, Mark Whatney, from The Martian, we calculate the mass and energy balances needed to maintain space colonies.

The photo below shows radish and lettuce plants growing under light emitting diodes (LEDs) in one of our research chambers. These plants are experiencing the "orbital photoperiod" of the International Space Station, which cycles every 90 minutes: 60 minutes of bright light followed by 30 minutes darkness. The crops are grown in soil-less media and watered with a hydroponic solution by drip irrigation. In preliminary studies, these crops have tolerated this with only a small reduction in growth compared to control plants in a 16 hour day/8 hour night Earth day.

There are many challenges and many benefits of growing food on Mars. For a long-term mission, it isn't cost effective to haul food to Mars if we can grow it there. Eat local.

Eating local isn't the only benefit. Crops do more than provide food. If we grow 100 percent of our food in a closed system, the photosynthesis of the crop plants keeps the oxygen and carbon dioxide in perfect balance. But these critical gasses are not in balance every minute of every day. Our plants do not automatically grow faster to provide extra oxygen just because we go for a run on the treadmill. We need buffers to stabilize their concentrations.

Optimizing the mass of these buffers is a huge challenge. They must be big enough to sustain life through times of instability, and yet small enough to be economical. We can calculate the effects of potential perturbations, but in life support systems, small and stable are oxymorons. For centuries, our massive oceans have been our buffer. Unfortunately, there are no oceans on Mars.

An adequate supply of fresh water is a second challenge with growing food on Mars. Plants use at least 200 liters of water to produce a kilogram of food. The good news is that plants recycle and filter water for free. We can put gray water on their roots and the water vapor that they "exhale" from the pores in their leaves (stomates) is more pure than the best bottled water. As long as we grow our food in a closed system, we will have ample clean water -- no high-tech filtering systems are necessary. And with the reports of Martian salt water this week, we can start a biological life support system by filtering the salt out of the water that is already there. Reverse osmosis filtration of sea water is already being used in water-limited cities on Earth. We can use this technology on Mars.

A third major challenge is getting enough light for photosynthesis. Unlike houseplants, crop plants cannot survive without bright light. They live in the photosynthetic fast lane. A well-lit office has less than 1 percent of outside sunlight and less than 3 percent of the minimum light needed to grow potatoes or other crops. To further complicate things, Mars is 1.5 times farther from the sun than the Earth and, although its thin atmosphere minimally filters solar radiation, it has only 60 percent of our light intensity at the surface. This means reduced electric power and reduced photosynthesis. Both processes follow the Stark-Einstein Law: One photon excites one electron. There are no magic shortcuts.

Except, perhaps, in science fiction.

Dans The Martian, Mark Watney magically grows potatoes with office lighting inside a habitat designed to block all electromagnetic radiation from the sun.

Designing a Mars greenhouse presents formidable challenges. It requires an exceptionally rugged, transparent membrane that can withstand meteorite bombardment without any leaks. It also needs to filter all of the cosmic radiation without filtering photosynthetic radiation. For crop plants to thrive there, we would likely use a cutting-edge technology from 2015: parabolic, concentrating reflectors on the roof and fiber optic transmission of sunlight. With concentrated sunlight and optimal environmental conditions, our calculations indicate that one person could grow all of their food in an area the size of a large living room (25 square meters).

Another point of science fiction is that Mark Watney survived on protein bars, vitamin pills and the carbohydrates in his potatoes for almost two years. We don't yet know the long-term complications of such a limited diet. We normally eat the products of hundreds of plants a week. Can we reduce this to 50 types of plants? Ten types of plants? Possibly, but we need long-term studies with people in closed systems on Earth to determine the effects of reduced diet diversity. To keep the area small, an efficient Mars diet will be strictly vegan and will not include fruits or nuts from trees.

Our early studies indicate an enormous psychological value of plants. Mark Watney reminisced about living with his potato plants. He missed them after they were gone. When hardened astronauts return to Earth, they repeatedly tell us of the bond they developed with the plants they were growing. Ten years ago, after almost a year in space, a cosmonaut summarized his psychological experience at a press conference: "Long-term space travel without plants is impossible."

The Earth is a closed system hurtling through space. Several of the best minds in the world are now focused on understanding the implications of one seemingly tiny change: The carbon dioxide in our atmosphere has increased from 0.03 to 0.04 percent over the past 100 years. We are only just beginning to study the impacts of this subtle change.

There is much we can learn from small-scale biological life support systems where changes occur rapidly. Perhaps Mark Watney's adventures will inspire the youth of the nation to continue our work.


What Earth microorganisms, if any, would thrive on Mars?

Care is always taken to minimize the chance that Earth organisms get to space, but what if we didn't care about contamination? Are there are species that, if deliberately launched to Mars, would find it hospitable and be able to thrive there?

Due to its resistance to harsh environmental conditions, especially low temperature, low moisture, and radiation tolerance, Chroococcidiopsis has been thought of as an organism capable of living on Mars.

As other commenters have said, the lack of water on Mars would probably prevent these guys from growing on their own. But with a little human intervention, they may be able to grow in Martian soil and help with the terraforming process (assuming we ever terraform Mars).

Edit: for anyone interested in a great vision of colonizing and terraforming Mars, I highly recommend the Mars trilogy (Red Mars, Green Mars, Blue Mars) by Kim Stanley Robinson!

Ice caps could provide the moisture needed, and we paired this species with tardigrades we could have a sustainable population of creatures on the polar ice caps

What is Chroococcidiopsis and what would Chroococcidiopsis do for Mars or the future people living there?

It just occurred to me, if we try terraform mars it will probably have quite different ecosystems, right?

Now the follow-up question is what do cyanobacteria become, if left to just evolve on Mars for millions and billions of years?

Fungi were probably the first things to migrate from the water to the land on earth (probably after bacteria and fungal-bacterial symbiosis, thanks /u/bogsby), eroding stones and making soil and so making the land more hospitable for the later migration of plants.

I'm going to say fungi will not unlikely constitute the biggest part of the first phase of the terraforming of mars and given their history should be able to endure the conditions below the surface of mars better than almost any other organism.

KSR mats trilogy was my first thought, the books also go into depth about the range of climate inside the lowest deepest craters

They don't need much water, and their is plenty of evidence for microfilms of water forming on sand grains and in cracks.

There's been research into the viability of halophilic and methanogenic bacteria in simulated Martian sub-surface conditions as long as they're far enough below the surface that they have access to liquid water (most likely a below-freezing brine), it seems like they're viable.

What I don't know is if they tested for Martian radiation levels, or if radiation is even a significant factor at the depths in question.

if radiation is even a significant factor at the depths in question.

Nice question. Surely the martian atmosphere is not thick enough to provide meaningful protection against cosmic rays, so any bacteria on the surface would be exposed. However the soil is very dense. It's a high-Z material, so the probabilities of collisions with atomic nuclei and spallation are significant, most likely causing secondary radiation. However this one is stopped as well if your shield is thick enough.

Therefore, at shallow depths like a few cm or tens of cm, radiation must be even worse than on the surface. But if you go much deeper, like several m, then it can be much lower.


Voir la vidéo: Réalise une expérience martienne: Atmosphère Martienne 2 (Août 2022).