کاشت گیاهان در فضا

احتمالاً تاکنون تصاویر و فیلم هایی از گیاهانی که در ایستگاه فضایی کاشته شده اند دیده اید و حتماً برای شما این سوال پیش آمده است که علت این کار چیست؟ کاشت گیاهان در فضا علل مختلفی دارد یکی از این علت ها تحقیقات است. گیاهان را در ایستگاه فضایی می کارند و پس از برداشت آنها را فریز یا به روش های شیمیایی تثبیت و به زمین ارسال می کنند تا دانشمندان تحقیقات مختلفی اعم از بررسی سلول‌های گیاهی، هورمون ها، میزان رشد و ... روی آن ها انجام شود. یکی دیگر از دلایل این است که فضانوردان در فضا غذای تازه ندارند و مولتی ویتامین ها تامین کننده همه ویتامین های مورد نیاز بدن آن ها نیست، به همین دلیل آن ها به غذای تازه نیاز دارند که گیاهان این نیاز را برطرف می‌کنند. فضانوردان در ایستگاه فضایی هیچ موجود زنده ای غیر از خود را نمی‌بینند و دوری از سیاره مادرشان یعنی زمین بر این افسردگی اضافه می‌کند. کاشت گیاهان در فضا به عنوان یک جاندار سبز باعث نشاط فضای ایستگاه فضایی می شود و روحیه فضانوردان را بهتر می‌کند. از طرفی گیاهان با مصرف کربن دی اکسید و تولید اکسیژن، بخشی از اکسیژن لازم را تامین می کنند. گیاهان برای رشد به کربن دی اکسید، آب، مواد معدنی ، خاک و نور احتیاج دارند. علاوه بر این ها نیروی گرانش باعث رشد ریشه به سمت پایین می‌شود. بدون نیروی گرانش کافی ریشه ها در جهات مختلف رشد می کنند و همچنین آبی که برای آبیاری و رشد گیاه لازم است به صورت گلوله هایی در می آید و خاک هم در فضا پخش می شود. قبل از بررسی چگونگی کشت گیاهان در فضا کمی به تاریخچه ارسال گیاهان و کاشت آنها در ایستگاه فضایی می پردازیم. اولین محموله گیاهی ارسال شده به فضا سویه‌های مخصوص به صورت بذر بودند که در ۹ ژوئیه ۱۹۴۶ با موشک V_2 به ارتفاع ۱۳۴ کیلومتری فضا پرتاب شدند؛ اما این نمونه ها بازیابی نشدند. اولین نمونه هایی که پس از پرتاب بازیابی شدند، دانه های ذرت بودند که در ۳۰ ژوئیه ۱۹۴۶ پرتاب شدند. پس از ذرت، چاودار و پنبه نیز ارسال شدند. در دهه ۱۹۷۰ یک فضانورد روسی بذرهای گیاهی را به ایستگاه فضایی Salyut 1 برد هدف از این کار مطالعه درباره امکان رشد گیاهان در فضا بود. در سال 1982 خدمه ی ایستگاه فضایی Salyut_7 شوروی آزمایشی را که توسط دانشمند لیتوانیایی آلفوناس مریکس طراحی شده بود، انجام دادند. آنها برخی گیاهان آرابیدوپسیس را با یک دستگاه آزمایش میکرو گلخانه‌ای Fiton فرستادند و به این ترتیب اولین گیاهان گلدار روییدند. در سال ۱۹۹۷ فضانوردان در گلخانه ی فضایی در ایستگاه فضایی میر موفق شدند گیاهانی را رشد دهند. تحقیقات ادامه یافت تا اینکه سیستم تولید سبزیجات به نام Veggie در ISS راه اندازی شد.پس با وجود مشکلاتی که ذکر شد کشت گیاهان چگونه انجام می گیرد؟ اولین مشکل پیش رو محدودیت منبع آب است و گیاهان برای رشد به مقدار کافی آب احتیاج دارند. راه حل این مشکل این بود که برای آبیاری گیاهان از ادرار تصفیه شده فضانوردان استفاده می شود. مشکل بعدی نور است. برای رشد گیاهان از منبع نور مصنوعی استفاده می‌شود و از دو طیف قرمز و آبی بیشترین استفاده را می کنند زیرا فتوسنتز گیاهان در این دو طیف زیاد است. مشکل بعدی نحوه آبیاری است. برای حل این مشکل از بخار آب استفاده می شود و یا به همراه خاک و کود در بالشتک‌هایی قرار می گیرد. گفتیم که به دلیل گرایش و بسیار کم خاک در فضا پراکنده می‌شود. برای این کار از بالش هایی استفاده می شود که خاک و مواد معدنی و رطوبت را در خود نگه می دارد و از پراکنده شدن خاک جلوگیری می کند. مسئله دیگر این است که محققان باید دائماً مراقب میزان نور و همچنین رشد ریشه گیاه به سمت پایین باشند. کشت گیاهان باید در محیط کاملا ضدعفونی شده صورت بگیرد و از رشد میکروبها و باکتریها ممانعت به عمل آید؛ زیرا برخی میکروب‌ها باعث بیمار شدن گیاهان می شوند و همچنین این میکروب ها می توانند به سایر مناطق ایستگاه فضایی منتقل شوند. کشورهای مختلفی در حال تحقیق و کشت گیاهان در ایستگاه فضایی هستند اما یکی از معروف ترین سیستم ها، سیستم Veggie است. تا قبل از ساخت Veggie گیاهانی همچون کاهو، سوئیس چارد، تربچه، کلم چینی و نخود کاشته شده بودند. نحوه ی کاشت در Veggie به این صورت است که بذرها درون بالش هایی حاوی خاک ، کود ، مواد مغذی و آب قرار داده می شوند. این سیستم شامل چند جزء است: روشنایی، محفظه حلقوی و مخزن روشنایی برای تامین نور مورد نیاز گیاهان است که از طریق LED تامین می شود. نور Veggie آبی و قرمز و سبز است و آبی و قرمز برای فتوسنتز لازم اند. اما با نور قرمز و آبی گیاهان به رنگ خاکستری دیده می‌شوند و این رنگ مناسب روحیه افراد حاضر در ایستگاه فضایی نیست. به همین دلیل نور سبز را هم اضافه کردند. محفظه حلقوی محیط داخل را از خارج جدا می‌کند و جریان و فشار هوا را کنترل می کند و جنس آن پلیمر فلوئوره شده است. سیستم روشنایی در بالای آن و یک پایه در انتهای آن قرار دارد. دما و رطوبت محیط توسط یک ماژول کنترل می شود.پس از ساخت Veggie در سال 2017 یک سیستم پیشرفته به نام APH برای ISS طراحی شد. تفاوت این سیستم با Veggie این است که تمام کنترل ها به صورت خودکار است و احتیاج به مراقبت زیاد توسط فضانوردان ندارد. این سیستم دارای دوربین های اتومات و 180 سنسور است که مرتب با یک تیم کنترل کننده در زمین ارتباط دارد. همچنین تعداد نورهای آن از Veggie بیش تر است و شامل قرمز ، آبی ، سبز ، سفید و مادون قرمز است. علت اضافه کردن مادون قرمز این است که از آن برای تصویربرداری در شب استفاده می شود. گیاهان زیاد و متنوعی کشت داده شده اند که بخشی از آن ها را فضانوردان می خورند و بخشی از آن ها برای تحقیقات به زمین ارسال می شود. در سال 2018 دو گلخانه توسط EucROPIS مدارهای پایین ارسال کردند و امکان رشد گوجه فرنگی در گرانش شبیه ماه و مریخ بررسی شد. در سال 2019 Chang'e 4، سه کیلوگرم بیوسفر به همراه دانه و تخم حشرات ارسال کرد که حاوی بذر سیب زمینی گوجه فرنگی و آرابیدوپسیس و تخم کرم ابریشم بود. دانشمندان قصد دارند که گیاهان غنی از آنتی اکسیدان نظیر توت، لوبیا های خاص، گوجه فرنگی و فلفل را در ایستگاه فضایی کشت دهند؛ زیرا آنتی اکسیدان ها باعث محافظت از فضانوردان در مقابل اشعه ها می شود. همچنین برای حیات بر روی مریخ احتیاج به تاسیس گلخانه هایی بر سطح مریخ دارند که برای این کار احتیاج به کشت گیاهان در فضا و آنالیز آن ها دارند.منابع:https://www.nasa.gov/content/growing-plants-in-space https://www.nasa.gov/mission_pages/station/research/news/b4h-3rd/hh-higher-plants-in-space/ https://en.m.wikipedia.org/wiki/Plants_in_space https://www.yjc.ir/fa/amp/news/6895362