בסרט "להציל את מארק וואטני" (The Martian) מ-2015 מופיע אסטרונאוט שנתקע לבדו על מאדים. למרות התנאים הקשים הוא מצליח לשרוד ואפילו לגדל תפוחי אדמה. אילו אתגרים עומדים בפני חקלאי חלל והאם זה בכלל אפשרי?

הסרט מבוסס על הספר "לבד על מאדים" [1]. בלי ספוליירים, נספר רק שמאט דיימון שוב נתקע ונזקק לחילוץ. בדיוק כפי שחילצו אותו מצרות בילדותו העגומה בבוסטון (Will Hunting), כשהיה טוראי (Saving Private Ryan) וכששוטט בין כוכבים (Interstellar). הוא פשוט לא לומד. בפוסט זה נתמקד בגידול תפוחי אדמה על גבי כוכב לכת אחר.

מדוע הוא צריך לגדל אוכל? אסטרונאוטים נשלחים לחלל עם אוכל מיוחד (Astronaut food), מוקפא ומיובש, שצריך בדרך כלל להוסיף לו מים לפני האכילה. חלק מהמזון משומר או ארוז ומוכן לאכילה - אבל בכל מקרה הוא בעל תוקף מוגבל ותופס נפח, לכן אינו יכול לתת מענה לשהייה ארוכה של שנים, כפי שהוצג בסרט. 

מה הבעיה בגידול אוכל בחלל? בחלל בכלל, ובכוכבי לכת בפרט, יש תנאי סביבה שונים מאשר בכדור הארץ, והם יוצרים סביבת מחיה עוינת. קיימים הבדלים בכמות החמצן, בסוגי הקרינה (קרינה על-סגולה, קרינה קוסמית ועוד), ברוחות, בטמפרטורות (כולל שינוי טמפרטורה קיצוניים) וכו'. הדבר מציב אתגר גדול לחיים מחוץ לכדור הארץ, בין היתר בהיבט ייצור המזון. בשל הרצון האנושי במגורים עתידיים מחוץ לכדור הארץ, נערכים ניסויים הבודקים עמידות ושרידות של זרעי צמחים בחלל [2]. בסרט נתקע דיימון לבדו על כוכב הלכת ללא כמות מספקת של מזון; אך למרות המצב המייאש, הוא אינו מרים ידיים ונעזר במדע - ובאפקטים הוליוודיים כמובן - כדי לשרוד עד לחילוץ. בעזרת כישוריו כמהנדס מכונות וכבוטנאי הוא מפתח פתרונות ומצליח לגדל תפוחי אדמה.

איך הוא מייצר מזון? ראשית נדרש ליצור סביבה מבוקרת, כלומר אזור שבו הוא שולט בתנאי הסביבה כגון סוג האדמה, אור, טמפרטורה ולחות. וואטני (Watney), הדמות שמגלם מאט דיימון, יוצר חלל גלילי גדול בתוך מבנה המגורים הקיים, מקיף אותו ביריעות פלסטיק שקופות ומשליך לתוכו כמות גדולה מאוד של אדמת עפר ממאדים. המבנה הזה מאפשר שליטה בפרמטרים מרכזיים (טמפרטורה, ריכוז חמצן וסינון קרינה). כעת מגיעים לדישון ולהשקיה.

הפתרון של וואטני לבעיית הדישון די מסריח: הוא מדשן את האדמה בחומר האורגני היחיד שקיים על מאדים - צואה אנושית שלו ושל חברי המשלחת [3]. עבור כל מי שקורא את זה ונגעל, נציין שגם בחקלאות בישראל משתמשים בדשן שמקורו בצואת בעלי חיים ואף בבוצה של ביוב. מלבד זאת, זה דומה לשימוש הנרחב במי קולחים (שפכים שעברו טיהור), ובמים מושבים (מי קולחים שהוחדרו לאקויפר - מאגר מי תהום - והופקו מחדש), אשר נחשבים איכותיים מאוד. מי קולחים ומים מושבים עוברים סינון ברמות שונות ולכן משתמשים בהם בחקלאות לפי מגבלות שנקבעו בחוק. למזלו של וואטני, הפסולת עוברת תהליך ייבוש (desiccation), ייבוש בהקפאה (freeze-drying) וגם נחשפת לטמפרטורות מתחת לאפס של מאדים, הקטלניות לרוב הפתוגנים שעלולים להימצא בצואה. נראה שהאסטרונאוט שלנו יכול לדשן את תפוחי האדמה עם תרכובות החנקן ועם רכיבים נוספים מפסולת הצוות, הנמצאים בכמות נמוכה באדמת מאדים [3].

חשוב לזכור שגורמים נוספים משפיעים על יכולת של מיקרואורגניזמים לשרוד טיפולים מהסוגים שבוצעו על הפסולת של אנשי הצוות, למשל מין וסוג המיקרואורגניזם, מצע הגידול (פסולת אנושית במקרה זה), זמן, תנאי האחסון ועוד. בנוסף, מחקר שבדק שרידות של חיידקים ממינים מסוימים בתנאים המדמים את כוכב הלכת, העלה כי החיידקים התמודדו בצורה טובה יחסית עם הטמפרטורות הקיצוניות ועם חוסר בחמצן, אולם עוצמת הקרינה האולטרה-סגולה (UV) חיסלה מושבות חיידקים בדקות ספורות [4]. ציון מדעי 8/10.

בעיה נוספת - שהסרט אינו מתייחס אליה - היא האדמה עצמה. מתברר שזו עלולה להכיל קבוצת תרכובות כימיות שנקראות פרכלוראטים (perchlorates) [5). חומרים אלו לא נכללו בספר המקורי ובסרט עצמו מפני שהתגלו מאוחר יותר (בשנת 2013) במהלך חקירות מקומיות על ידי רובר (rover) מאדים Sojourner [6,2]. הנחתת פניקס (Pheonix) של נאס"א זיהתה לראשונה תרכובות פרכלוראטים על בסיס כלור וחמצן. תרכובות אלו מצויות בכמויות קטנות על אדמת מאדים (רק כחצי אחוז), אולם גם כך הן רעילות הן לאדם והן לצמחים [6,7]. במחקר שבדק את השפעת התרכובות על צמחים בריכוז דומה לזה שנמצא על פני מאדים, נצפתה בין היתר הצטברות מרוכזת של פרכלוראטים בעלים. נוסף על כך, נצפתה ירידה משמעותית בתכולת הכלורופיל (צבען ירוק הנמצא ברוב הצמחים וחשוב ביותר לתהליך הפוטוסינתזה [8]) בעלים, הפחתה בגודל הנוף, בשורשי הצמחים ועוד [7]. למרות ההשפעות המזיקות ליבול, וואטני שלנו חייב לגדל את תפוחי האדמה כדי לשרוד וככל הנראה אין לו שום חלופה אחרת, כלומר אדמת גידול שלא הגיעה ממאדים. ציון מדעי 8/10.

אחרי עיבוד האדמה ושתילת תפוחי האדמה, נותר לוואטני רק להשקות את היבול הצפוי לשרת אותו למשך תקופה ארוכה. אבל איך אפשר למצוא מים על מאדים? אומנם יש מרבצי קרח במאדים, אך הם נמצאים באזורי הקוטב, ולכן אינם רלוונטיים עבורו. הפתרון שלו לבעיה הוא שרפה. מה הקשר? הוא למעשה שורף הידרזין (Hydrazine), חומר המשמש כרכיב בדלק טילים. ההידרזין עובר דרך זרז (Catalyst), שהוא חומר המסוגל להאיץ את מהלכן של תגובות כימיות. אפשר למצוא מידע נוסף על זרזים בפוסט אחר [9]. בסצנה המדוברת, וואטני משתמש בחתיכות מתכת אירידיום (Iridium) כזרז ומטפטף עליהן את ההידרזין, שמתפרק לגז חנקן (N2) ולגז מימן (H2) [10]:

גז המימן שמתקבל משמש אותו למעשה לייצור מים בתגובת שרפה עם חמצן [11]:

באופן מוזר, המתואר בסרט מדויק מדעית: אכן אפשר לייצר מים מדלק טילים. ציון מדעי 10/10.

וואטני הצליח להוסיף לחות לחלל הגידול, אולם חשוב לזכור שתגובות כימיות, ובפרט התגובה הזו, עלולות להיות מסוכנות ללא ידע מספק בנושא. אז אם אתם מגדלים תפוחי אדמה בגינה, עדיף ללכת על החלופה הפשוטה ולהשתמש בצינור המים הקלאסי. אבל עם כל הכבוד לצ'יפס, אנחנו כנראה היינו הולכים על חומוס חללי. הנה אך לאחרונה נבדקו ההיתכנות להנבטת חומוס (חמצה) בתנאי מיקרו-כבידה ויכולת השליטה בקצב הגדילה, במסגרת משימת "רקיע" בתחילת השנה [12]. בכל מקרה (אזהרת ספוילר) - הסרט די מדויק מדעית, ומוכיח שכדי לשרוד לבד בכוכב הלכת האדום כל מה שנדרש הם בסך הכול ידע נרחב בבוטניקה, יכולת ניתוח עצמית של גוף האדם, הנדסה כימית, חישובים מתמטיים וידע הנדסי בתיקוני מערכות חלל - בקטנה. בלי לזלזל חלילה, נזכיר שלטום הנקס הספיק כדור כדורעף (Cast away).

עריכה: שיר רוזנבלום-מן

מקורות לקריאה נוספת:

[1] ויקיפדיה, "לבד על מאדים"

[2] Tepfer, D., & Leach, S. (2017). Survival and DNA damage in plant seeds exposed for 558 and 682 days outside the International Space Station. Astrobiology, 17(3), 205-215.

3[] האם אפשר לגדל תפוחי אדמה על מאדים?

[4] סביבת מאדים והשפעתה על חיידקים יבשתיים

[5] מאדים רעיל: התמודדות אסטרונאוטים עם פרכלוראטים על הכוכב האדום

[6] ויקיפדיה, אדמת מאדים

[7] He, H., Gao, H., Chen, G., Li, H., Lin, H., & Shu, Z. (2013). Effects of perchlorate on growth of four wetland plants and its accumulation in plant tissues. Environmental Science and Pollution Research, 20(10), 7301-7308.

[8] הידעת? כלורופיל

[9] פרס נובל לכימיה לשנת  2021- פיתוח זרזים אורגניים א-סימטריים

[10] ויקיפדיה, הידרזין: דלק טילים

[11] ויקיפדיה, תגובת שרפה של גז מימן

[12] חומוס בחלל