ستكون زراعة الأطعمة الطازجة على القمر أمرًا بالغ الأهمية إذا كان رواد الفضاء هناك سيأكلون أي شيء آخر غير حصص الطعام المجففة بالتجميد. وبما أن تربية الحيوانات على سطح القمر أمر صعب (بعبارة ملطفة)، فإن معظم مخططي المهمة يعتقدون أن النباتات هي الحل. لكننا ما زلنا لا نفهم تمامًا كيف تعمل إحدى أهم المواد الأساسية لنمو النباتات، وهي الماء، تحت الجاذبية الجزئية. قام فريق من الباحثين، بقيادة كارل هاسنشتاين من جامعة لويزيانا في لافاييت، بما في ذلك جون كيس من معهد فلوريدا للتكنولوجيا، وكريستوفر ماكاي من مركز أبحاث أميس التابع لناسا، بنشر ورقة بحثية في علوم وتكنولوجيا الجاذبية الصغرى والتي تحدد فيزياء كيفية تصرف الماء عند الجاذبية القمرية.
إن زراعة النباتات في الفضاء ليست فكرة جديدة. استضافت محطة الفضاء الدولية منشأة الخضروات والموئل النباتي المتقدم (APH) لسنوات. حتى أن بعض الباحثين قاموا بزراعة بذور الأرابيدوبسيس (رشاد الثال) في التربة القمرية الفعلية التي عادت من بعثات أبولو. لكن الماء يتصرف بشكل مختلف في محطة الفضاء الدولية، حيث يواجه الجاذبية الصغرى فقط. وهناك بعض العقبات الرئيسية التي يجب التغلب عليها حتى تتمكن النباتات من استخدام المياه في التربة القمرية الحقيقية خارج بيئة المختبرات الخاضعة للرقابة.
على الأرض، تهيمن الجاذبية على ديناميات الموائع. إنه يسحب الماء عبر التربة بشكل متوقع للغاية. في الجاذبية الصغرى، تسود القوى الشعرية، مما يجعل من الصعب ترطيب جذور النباتات، أو تهويتها بشكل صحيح. لكن القمر يعاني من جاذبية منخفضة، حيث تعمل السوائل في نظام لا يشبه الجاذبية الأرضية أو الجاذبية الصغرى. ولكن من الصعب أيضًا إجراء الاختبار دون التواجد على القمر نفسه.
فيديو سلكي حول ما إذا كان بإمكاننا زراعة النباتات على القمر. الائتمان – قناة WIRED على YouTube
في الوقت الحالي على الأقل، يعد التواجد على القمر بحد ذاته أمرًا غير موفق تقريبًا. لذلك يتعين على الباحثين أن يتوصلوا إلى طرق ذكية لإجراء تجارب في محاكاة الجاذبية القمرية. توفر التقنيات التقليدية مثل الأبراج المتساقطة أو الطيران القوسي المكافئ بضع ثوانٍ إلى بضع عشرات من الثواني على الأكثر من الجاذبية القمرية في المرة الواحدة. هذا ليس بالوقت الكافي لرؤية كيف تتفاعل السوائل حقًا.
لذا، بدلًا من ذلك، استفاد الباحثون من القدرة الموجودة في مهمة New Shepard 29 (NS-29) في فبراير 2025. بعد فصل الداعم، قامت الكبسولة غير المأهولة بتنشيط دفاعات التحكم في التفاعل وبدأت في الدوران بسرعة حوالي 11 دورة في الدقيقة. أدى هذا إلى توليد تسارع طرد مركزي اصطناعي يبلغ حوالي 1.76 م/ث2 – وبعبارة أخرى، أدى إلى توليد جاذبية القمر. واستغرقت هذه التجربة حوالي دقيقتين. والتي قد لا تبدو طويلة، لكنها أطول بكثير من رحلات القوس المكافئ.
داخل الكبسولة NS-29 كانت هناك تجربة ذاتية للباحثين، والتي كانت عبارة عن غلاف مطبوع ثلاثي الأبعاد يحتوي على 18 تجويف اختبار مختلف مملوء بالسوائل مع كاميرا Arducam وبعض الإضاءة الخلفية LED. تم تحميل خلايا الاختبار بثلاثة سوائل مختلفة – الماء منزوع الأيونات (الأصفر المصبوغ)، ومحلول الجلسرين 30% (الأزرق المصبوغ)، والمحلول الملحي 0.8% (الأحمر المصبوغ).
قصة بي بي سي عن كيفية زراعة النباتات في الفضاء. ائتمان – قناة بي بي سي نيوز على اليوتيوب
تحتوي التجاويف المختلفة على أشكال هندسية مختلفة للجدران (عمودي، 15 درجة، و20 درجة)، وشاهد الباحثون كيف يتتبع السائل السطح المنحني لكل تجاويف – وهي خاصية تسمى الغضروف المفصلي للسائل. ومن هناك، يمكنهم استخدام سلسلة من المعادلات الهيدروديناميكية لحساب التوتر السطحي، وطول الشعيرات الدموية، وغيرها من المعالم الفيزيائية المهمة لهذه السوائل في الجاذبية القمرية.
كانت هناك العديد من الميزات البارزة التي خرجت من التجربة. وكان الأمر الأكثر وضوحًا هو تغير انحناء الغضروف المفصلي في ظل التسارع المنخفض لجاذبية القمر. لقد كان أكثر تقريبًا مقارنة بالملامح المسطحة التي تظهر في الجاذبية الأرضية العادية. ومن السمات البارزة الأخرى أن الجاذبية المنخفضة سمحت للأغشية السائلة السميكة بالتشبث بالجدران بشكل أكثر فعالية، مما أدى إلى إنشاء أعمدة سائلة أعلى مما هو متوقع في الجاذبية الأرضية.
وقد لاحظ الباحثون وجود تناقض أيضًا، حيث كان كل من التوتر السطحي المقاس وطول الشعيرات الدموية أصغر من القيم النظرية المدرجة في الكتب المدرسية. أرجع الباحثون ذلك إلى النسيج المجهري للغرفة المطبوعة ثلاثية الأبعاد نفسها، والتي تعمل كسلسلة من القنوات، مما يعزز قابلية المادة للتبلل. ومن الممكن أيضًا أن يكون السبب جزئيًا هو قسوة الرحلات الفضائية، مثل تسرب السدادات أو تفاعلات الجدران الأخرى.
فيديو SciShow Space عن زراعة النباتات على القمر. الائتمان – قناة SciShow Space على اليوتيوب
وبينما ركزت التجربة على التغيرات في خصائص السائل بسبب الجاذبية المختلفة، قام الباحثون باستقراء هذا التفكير من خلال وضع الماء في التربة القمرية الفعلية. من المعروف أن الغبار القمري الخام يصعب التعامل معه هيدروليكيًا. الطبقة العليا جافة للغاية وكارهة للماء، وتقاوم الماء أثناء محاولتها التسلل. وفي الأسفل، تخلق أحجام الحبوب الأكبر فتحات أكبر لتصريف المياه إليها. في نهاية المطاف، يجب أن تتجمع في مكان ما، مما يخلق خزانات راكدة يمكن أن تخنق جذور النبات بسبب نقص الأكسجين.
أحد الحلول المحتملة لذلك هو استخدام الجلسرين كمنظم. في التجربة، لاحظ المؤلفون أن الجلسرين أظهر قدرات “ترطيب” أفضل بكثير من الحلين الآخرين، وقد ثبت بالفعل أنه منظم تناضحي للنباتات. في المستقبل، قد يتم تغذية أحواض النباتات القمرية مباشرة بالجلسرين وكذلك الماء.
لا يزال هذا الأمر بعيدًا، وهناك حلول محتملة أخرى، مثل الزراعة المائية. ولكن لتوسيع نطاق تشغيل القاعدة القمرية بشكل حقيقي، يقدر الباحثون أن طاقمًا مكونًا من ستة أفراد سيحتاج إلى 650 مترًا مربعًا من المساحة الوظيفية لزراعة المحاصيل. وهذا يعني الكثير من الزراعة المائية للخروج من جاذبية الأرض إلى القمر. لكننا الآن على الأقل نقترب خطوة واحدة من فهم كيف يمكننا زراعة كميات كبيرة من الطعام في التربة المتوفرة على القمر نفسه.
يتعلم أكثر:
فلوريدا تك – بحث جديد يظهر كيف تتصرف المياه على القمر
KH Hasenstein، JZ Kiss، وCP McKay – تقييم ديناميكيات الماء في الجاذبية القمرية
UT – النباتات يمكن أن تنمو في الثرى القمري باستخدام البكتيريا
UT – البستنة للقمر
