Η καλλιέργεια φρέσκων τροφίμων στη Σελήνη θα μπορούσε να αποτελέσει βασική προϋπόθεση για τη δημιουργία μόνιμων ανθρώπινων βάσεων στο φεγγάρι. Καθώς η εκτροφή ζώων εκεί θα ήταν εξαιρετικά δύσκολη, τα φυτά αναμένεται να παίξουν καθοριστικό ρόλο στη διατροφή των αστροναυτών, περιορίζοντας την εξάρτησή τους από τις προμήθειες που μεταφέρονται από τη Γη.
Για να γίνει, όμως, αυτό πραγματικότητα, οι επιστήμονες πρέπει να λύσουν ένα βασικό πρόβλημα: πώς θα εξασφαλίζεται ότι το νερό φτάνει στις ρίζες των φυτών και κατανέμεται σωστά στο σεληνιακό έδαφος.
Μια ομάδα ερευνητών, με επικεφαλής τον Καρλ Χάζενσταϊν από το Πανεπιστήμιο της Λουιζιάνα στο Λαφαγιέτ και με τη συμμετοχή επιστημόνων από το Τεχνολογικό Ινστιτούτο της Φλόριντα και τη NASA, μελέτησε τη συμπεριφορά του νερού υπό συνθήκες αντίστοιχες με τη βαρύτητα της Σελήνης. Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν στο επιστημονικό περιοδικό Microgravity Science and Technology.
Γιατί το νερό συμπεριφέρεται διαφορετικά στη Σελήνη
Η καλλιέργεια φυτών στο Διάστημα δεν αποτελεί νέα ιδέα. Στον Διεθνή Διαστημικό Σταθμό λειτουργούν εδώ και χρόνια ειδικά συστήματα καλλιέργειας, ενώ επιστήμονες έχουν καταφέρει να βλαστήσουν σπόρους μέσα σε πραγματικό σεληνιακό έδαφος που μεταφέρθηκε στη Γη από τις αποστολές Apollo.
Οι συνθήκες, ωστόσο, στη Σελήνη είναι διαφορετικές. Η βαρύτητά της είναι περίπου το ένα έκτο εκείνης της Γης, γεγονός που επηρεάζει σημαντικά την κίνηση του νερού. Αντί να διαχέεται ομοιόμορφα στο έδαφος, το νερό μπορεί να συγκεντρώνεται σε συγκεκριμένα σημεία ή να απομακρύνεται από τις ρίζες, δυσκολεύοντας την ανάπτυξη των φυτών.
Η μελέτη αυτών των φαινομένων είναι ιδιαίτερα απαιτητική, καθώς τα συνηθισμένα πειράματα που προσομοιώνουν τη μειωμένη βαρύτητα διαρκούν μόλις λίγα δευτερόλεπτα.
Το πείραμα που προσομοίωσε τη βαρύτητα της Σελήνης
Οι ερευνητές αξιοποίησαν τις δυνατότητες της μη επανδρωμένης αποστολής New Shepard 29 (NS-29), η οποία πραγματοποιήθηκε τον Φεβρουάριο του 2025.
Μετά τον διαχωρισμό του πυραυλικού φορέα, η κάψουλα ενεργοποίησε τους προωθητήρες ελέγχου προσανατολισμού και άρχισε να περιστρέφεται με περίπου 11 στροφές το λεπτό. Η περιστροφή δημιούργησε τεχνητή φυγόκεντρο επιτάχυνση περίπου 1,76 m/s², αντίστοιχη με τη βαρύτητα της Σελήνης.
Το πείραμα διήρκεσε περίπου δύο λεπτά, χρόνος σημαντικά μεγαλύτερος από εκείνον που προσφέρουν οι παραδοσιακές μέθοδοι προσομοίωσης μειωμένης βαρύτητας.
Στο εσωτερικό της κάψουλας βρισκόταν μια αυτόνομη πειραματική συσκευή, κατασκευασμένη με τρισδιάστατη εκτύπωση, η οποία περιλάμβανε 18 κοιλότητες για τη δοκιμή διαφορετικών υγρών. Μια κάμερα Arducam και φωτισμός LED επέτρεπαν την καταγραφή των μεταβολών.
Οι επιστήμονες χρησιμοποίησαν τρία διαφορετικά υγρά: απιονισμένο νερό, χρωματισμένο κίτρινο, διάλυμα γλυκερόλης 30%, χρωματισμένο μπλε, και αλατούχο διάλυμα συγκέντρωσης 0,8%, χρωματισμένο κόκκινο.
Οι κοιλότητες διέφεραν ως προς τη γεωμετρία των τοιχωμάτων τους, τα οποία ήταν είτε κατακόρυφα είτε τοποθετημένα υπό γωνία 15 και 20 μοιρών. Οι ερευνητές παρακολούθησαν τον τρόπο με τον οποίο τα υγρά σχημάτιζαν καμπύλες επιφάνειες στα σημεία επαφής με τα τοιχώματα, ένα φαινόμενο γνωστό ως μηνίσκος.
Με βάση τις παρατηρήσεις και χρησιμοποιώντας εξισώσεις της υδροδυναμικής, υπολόγισαν την επιφανειακή τάση, το τριχοειδές μήκος και άλλες φυσικές παραμέτρους των υγρών υπό συνθήκες σεληνιακής βαρύτητας.
Τι αποκάλυψε η συμπεριφορά των υγρών
Ένα από τα σημαντικότερα ευρήματα ήταν ότι ο μηνίσκος γινόταν πιο καμπύλος υπό τη μειωμένη βαρύτητα της Σελήνης, σε αντίθεση με τα πιο επίπεδα σχήματα που παρατηρούνται στη Γη.
Παράλληλα, τα υγρά σχημάτιζαν παχύτερα υμένια στα τοιχώματα των κοιλοτήτων και μπορούσαν να διατηρούνται σε υψηλότερες στήλες από εκείνες που θα αναμένονταν υπό συνθήκες γήινης βαρύτητας.
Οι μετρήσεις, ωστόσο, παρουσίασαν και ορισμένες αποκλίσεις από τις θεωρητικές προβλέψεις. Η επιφανειακή τάση και το τριχοειδές μήκος που καταγράφηκαν ήταν μικρότερα από τις τιμές που αναφέρονται στα επιστημονικά εγχειρίδια.
Οι ερευνητές εκτιμούν ότι η απόκλιση μπορεί να οφείλεται στη μικροσκοπική υφή της τρισδιάστατα εκτυπωμένης συσκευής, η οποία δημιουργεί μικροσκοπικά περάσματα και ενισχύει τη διαβρεξιμότητα του υλικού. Πιθανό ρόλο ενδέχεται να έπαιξαν επίσης οι συνθήκες της διαστημικής πτήσης, όπως ενδεχόμενες μικρές διαρροές στις στεγανοποιήσεις ή οι αλληλεπιδράσεις των υγρών με τα τοιχώματα.
Το πρόβλημα της σεληνιακής σκόνης και ο ρόλος της γλυκερόλης
Τα ευρήματα έχουν ιδιαίτερη σημασία για την προσπάθεια καλλιέργειας φυτών απευθείας στο σεληνιακό έδαφος. Η ανεπεξέργαστη σεληνιακή σκόνη παρουσιάζει σημαντικές δυσκολίες στη διαχείριση του νερού.
Το επιφανειακό της στρώμα είναι εξαιρετικά ξηρό και υδρόφοβο, με αποτέλεσμα να αντιστέκεται στη διείσδυση του νερού. Σε μεγαλύτερο βάθος, τα μεγαλύτερα σωματίδια δημιουργούν μεγαλύτερα κενά, μέσα από τα οποία το νερό μπορεί να αποστραγγίζεται. Τελικά, ενδέχεται να συγκεντρώνεται σε συγκεκριμένα σημεία, δημιουργώντας στάσιμες δεξαμενές που θα μπορούσαν να στερήσουν από τις ρίζες το απαραίτητο οξυγόνο.
Μία πιθανή λύση που εξετάζουν οι επιστήμονες είναι η χρήση γλυκερόλης ως ρυθμιστικού παράγοντα. Στο πείραμα, το διάλυμα γλυκερόλης παρουσίασε καλύτερες ιδιότητες διαβροχής από τα άλλα δύο υγρά, επιτρέποντας την αποτελεσματικότερη επαφή του υγρού με τις επιφάνειες.
Η γλυκερόλη έχει επίσης χρησιμοποιηθεί ως ωσμωτικός ρυθμιστής σε φυτά, επηρεάζοντας την ισορροπία του νερού στα κύτταρά τους. Οι ερευνητές εκτιμούν ότι στο μέλλον θα μπορούσε να εξεταστεί η χρήση της μαζί με το νερό σε καλλιεργητικά υποστρώματα στη Σελήνη. Ωστόσο, η πρακτική εφαρμογή της συγκεκριμένης προσέγγισης απαιτεί περαιτέρω έρευνα.
Πόση καλλιεργήσιμη έκταση θα χρειάζεται μια σεληνιακή βάση
Η καλλιέργεια στο ίδιο το σεληνιακό έδαφος δεν είναι η μοναδική επιλογή. Η υδροπονία, δηλαδή η ανάπτυξη φυτών χωρίς χώμα με τη χρήση θρεπτικών διαλυμάτων, αποτελεί μια εναλλακτική λύση που θα μπορούσε να περιορίσει ορισμένες από τις δυσκολίες.
Το μέγεθος, ωστόσο, των καλλιεργητικών εγκαταστάσεων που θα απαιτούνται για μια μόνιμη βάση παραμένει σημαντική πρόκληση. Σύμφωνα με τις εκτιμήσεις που αναφέρονται στη μελέτη, ένα πλήρωμα έξι ατόμων θα χρειαζόταν περίπου 650 τετραγωνικά μέτρα λειτουργικής καλλιεργήσιμης επιφάνειας.
Η μεταφορά και η εγκατάσταση τόσο μεγάλων συστημάτων στη Σελήνη θα απαιτούσαν σημαντικούς πόρους, ενώ θα έπρεπε να εξασφαλιστούν σταθερή παροχή νερού, θρεπτικών συστατικών και επαρκής αερισμός των ριζών.
Το πείραμα δεν λύνει όλα τα προβλήματα της καλλιέργειας τροφίμων στο φεγγάρι. Προσφέρει, ωστόσο, νέα δεδομένα για τη συμπεριφορά των υγρών υπό συνθήκες σεληνιακής βαρύτητας και ένα ακόμη βήμα προς την ανάπτυξη συστημάτων που θα μπορούσαν κάποτε να επιτρέψουν στους αστροναύτες να παράγουν σημαντικό μέρος της τροφής τους μακριά από τη Γη.
Με πληροφορίες από: Universetoday / Phys.org
Florida Tech – New Research Shows How Water Would Behave on the Moon
K. H. Hasenstein, J. Z. Kiss, & C. P. McKay – Assessing Water Dynamics at Lunar Gravity
