Astronauci zdani są obecnie na żywność paczkowaną na Ziemi. Świeże owoce i warzywa to rzadkie rarytasy w ich diecie. Pomysłów na uprawę roślin w zamkniętych pomieszczeniach ciągle jednak przybywa. Eksperymenty z pozaziemskim rolnictwem trwają w najlepsze – zarówno z myślą o długich misjach kosmicznych, jak i założeniu w przyszłości osad na Księżycu czy Marsie.

Gdzie najlepiej prowadzić takie próby? Na Antarktydzie! W niemieckiej stacji polarnej Neumayer III, należącej do Instytutu Badań Polarnych i Morskich im. Alfreda Wegenera, naukowcy założyli wolno stojącą szklarnię. To element projektu EDEN ISS, którego celem jest opracowanie metod produkcji żywności na Międzynarodowej Stacji Kosmicznej (ISS) i w przyszłych pozaziemskich koloniach. Badacze zbierają tu już owoce – a raczej warzywa – swojej pracy.

Uprawa warzyw na Antarktydzie

Lodowe pustkowia Antarktydy to dość zaskakująca lokalizacja dla szklarni, ale izolacja, ograniczone zasoby i surowe warunki stanowią doskonałą symulację wyzwań, z jakimi będą musieli zmierzyć się astronauci uprawiający warzywa w kosmosie. W pomieszczeniu długości 12 m, zbudowanym z dwóch połączonych kontenerów, znajduje się wyposażenie do uprawy roślin bez gleby, w tym systemy kontroli temperatury i wilgotności, odzyskiwania wody, automatyczna pompa składników odżywczych, oświetlenie diodowe i aparatura pomiarowa. Całość zbudowano w Niemczech i przewieziono na Antarktydę w październiku 2017 r.

fot. Esther Horvath

Na powyższym zdjęciu autorstwa Esther Horvath kierownik EDEN ISS dr Daniel Schubert (po prawej) wraz z kolegą ciągną sanie wyładowane zapasami do szklarni oddalonej o ok. 400 m od głównego budynku stacji Neumayer III. Pokonywanie tej drogi to – by posłużyć się słowami Schuberta – „wrzód na tyłku”. Szklarnię trzeba było jednak ustawić tak daleko ze względu na potężne zaspy, które tworzą się tu za każdym większym obiektem.

Problem ten nie dotyczy głównego budynku stacji – nadano mu specjalny kształt i ustawiono na hydraulicznych podnośnikach, by zapobiec gromadzeniu się nawianego śniegu.

Jak wygląda uprawa warzyw na Antarktydzie? 

W szklarni zainstalowano system monitorowania upraw – kamery HD, dzięki którym badacze mogą zdalnie obserwować rośliny. Botaniczka dr Anna-Lisa Paul z Uniwersytetu Florydy kalibruje specjalnie zaprojektowaną kamerę – płytka z kolorowymi kwadratami umożliwia prawidłowe odwzorowanie barw. Kamera rejestruje stan rośliny, w tym przypadku kapusty, jeszcze zanim gołym okiem da się dostrzec niepokojące symptomy.

Zdrowe, odpowiednio nawodnione i odżywione rośliny, odbijają więcej promieniowania o długości fal typowej dla bliskiej podczerwieni niż krótszych fal światła niebieskiego i zielonego.

fot. Esther Horvath

Kamera rejestruje promieniowanie z całego zakresu, co pozwala stwierdzić, czy roślina ma się dobrze, czy coś jej dolega. Paul wyjaśnia, że dzięki temu można zareagować na problemy, nim będzie za późno. – To bardzo ważne wobec ograniczonych zasobów i wymagających warunków, a z tym właśnie mamy do czynienia w kosmosie – dodaje.

Uprawa aeroponiczna, czyli warzywa bez użycia gleby

W ramach EDEN ISS prowadzi się uprawę aeroponiczną – hoduje się warzywa bez użycia gleby. Rośliny czerpią składniki odżywcze z mgiełki, którą zraszane są ich korzenie. Rosną na pionowych stelażach, z korzeniami w specjalnych skrzynkach. Łączna powierzchnia upraw to 12,5 m kw.  

Wszystkie zachodzące w szklarni procesy można nadzorować zdalnie z siedziby Niemieckiej Agencji Kosmicznej w Bremie, z wyjątkiem – jak wylicza Schubert – siewu, zbiorów i sprzątania, które trzeba wykonywać ręcznie. Na zdjęciu widzimy, jak Markus Dorn przygotowuje nasiona do kiełkowania, umieszczając w pojemnikach kłębki wełny mineralnej nasączone roztworem substancji odżywczych.

fot. Esther Horvath

Wełna mineralna – czyli przypominające watę cukrową, skłębione włókna stopionej skały – magazynuje wodę i stabilizuje korzenie. Nasiona będą przez dwa tygodnie kiełkować na tacach, a potem zostaną przeniesione na pionowe stelaże. 

Stacja Neumayer III, na zdjęciu poniżej widziana z okna helikoptera, co roku przemieszcza się o mniej więcej 150 m na północ wraz z lodowcem szelfowym Ekströma, na którym jest ustawiona. To miejsce dla samotników – zwłaszcza podczas trwającej dziewięć miesięcy zimy, którą dziewięcioosobowa załoga (troje z badaczy opiekuje się roślinami) spędza całkowicie odcięta od świata.

Latem grono naukowców przebywających w stacji powiększa się do około 50 osób. Badają niemal wszystko – od chemicznych właściwości powietrza przez lód morski po pingwiny. 

fot. Esther Horvath

Mimo fizycznej izolacji członkowie antarktycznej załogi przez cały rok utrzymują kontakt z koleżankami i kolegami w Niemczech. – Teraz to dość proste – mówi Schubert. – Mamy na WhatsAppie grupę dla zimujących i osobny chat do rozmów dotyczących szklarni. 

Choć jednak naukowcy przebywający na stacji mogą liczyć na przesyłane zdalnie rady, w razie problemów zdani są na własne umiejętności – zupełnie jak w kosmosie. 

Fryzura na polarnika 

Jako że najbliższy salon fryzjerski znajduje się tysiące kilometrów od stacji, jej kierownik dr Bernhard Gropp wziął sprawy – i maszynkę – w swoje ręce i strzyże elektryka Thomasa Schada. Dobra atmosfera i relacje w zespole są kluczowe w trudnych, antarktycznych warunkach. Zimą temperatura spada tu poniżej minus 40 st. C, a podczas nocy polarnej ciemności panują nieprzerwanie przez 11 tygodni. Tak samo jak w kosmosie, nowa fryzura i odrobina zieleniny potrafią naprawdę podnieść morale. Wpływ świeżej żywności na psychiczny dobrostan także jest przedmiotem badań na stacji.

fot. Esther Horvath

– Mamy odrębny zespół, który regularnie przygotowuje dla nas kwestionariusze i organizuje dyskusje panelowe – opowiada Schubert. – Wygląda na to, że świeża żywność wpływa na nas pozytywnie.  

Warzywa wyhodowano bez ziemi

Podczas antarktycznej zimy w 2018 r., od lutego do listopada, w szklarni na stacji wyhodowano 268 kg warzyw, w tym 67 kg ogórków i 50 kg pomidorów. Imponujące plony widoczne na zdjęciu zebrano w styczniu 2019 r. Poza ogórkami i pomidorami badacze mogli delektować się boćwiną, rzodkiewkami, ziołami i kilkoma odmianami sałaty.

Diodowe lampy dostarczają roślinom głównie światła czerwonego, które jest najbardziej efektywnym źródłem energii dla procesów fotosyntezy, ale zaprogramowano także siedem innych trybów z myślą o poszczególnych fazach wzrostu i potrzebnej roślinom ilości światła.

fot. Esther Horvath

– Opracowaliśmy konkretne mieszanki świetlne dla poszczególnych roślin – mówi Schubert. – Sałata ma pod tym względem inne upodobania niż ogórek – wyjaśnia. Światło staje się też mocniejsze w godzinach porannych, co ma imitować świt. W szklarni nie uprawiano dotąd owoców, ale załoga stacji ma je w zapasach w formie mrożonek.