星際旅行者需要自己創造食物。一組天文學家已經計算出了怎樣做到這一點。
美國國家航空航天局/噴氣推進實驗室
歐洲天文學家已經計算出太空飛船上多代同堂的船員們需要多少空間來滿足需要——這是除太陽以外去其他行星環繞旅行的眾多挑戰之一。
法國斯特拉斯堡天文台的天文學家弗雷德裡克·馬林引領了該研究，他解釋道：“就我們現在的技術，在少於好幾個世紀的旅行中，到達一個系外行星是不可行的。”
即使是最近的系外行星——比鄰星b,也需要6300年的時間。
這已經很大程度上超過了任何一個宇航員的一生，因此這樣的宇宙飛船必須是多代同堂的。
“原始的人們會逐漸衰老、死去，”馬林說“只有讓他們的後代繼續航行。”
馬林和他的團隊對人類如何在資源有限的太空環境中進化和生存很感興趣——尤其當這旅程是單向時。
他們之前計算了首批船員的最小數量，確保他們的後代能夠在到達另一地時沒有遺傳疾病。結果表明，只需要98名船員就可以確保在6300年的旅行中達到100%的成功率。
但是這千年來你要怎麽喂飽這些船員呢？
儲存乾糧並不是一個好的選擇因為它們會佔據太多空間，而且它們的維生素可能會隨著時間流逝而變質。目前國際空間站上的宇航員們每天大約消耗掉大概1.8千克的包裝食品；幾個世紀都用這種方式給宇航員補給會增加成千上萬噸的貨物。
很明顯最好的選擇是在飛船上種植農作物，飼養動物——本質上就是去經營一個農場。這不僅可以生產新鮮食物，還可以循環利用營養物和糞便、製造氧氣、持續淨化空氣——讓飛船成為一個封閉的生態系統。
太空農業系統已經在測試中。自2002年起，國際空間站上的拉達溫室已經在微重力環境下種植植物了。
但是太空船的空間是有限的，所以需要多少空間來種植呢？
馬林和同事使用了一種叫做“HERITAGE”的數字碼來解決這個問題。他們估計了船員每年的熱量攝取，結合現代農業技術設定的參數來預測所需的空間大小。
對於500名雜食飲食的船員來說，僅需要0.45平方千米就足夠他們吃了。假設水果、蔬菜、澱粉、糖、油都是通過氣培法生產的，也就是植物的無土栽培，而傳統農業用來生產肉、魚、乳製品以及蜂蜜。
馬林說這個大小和聯合國糧農組織的預測作了對比，表明人均半公頃的土地是可持續生存保障所必需的最小數量，包括肉類在內。
“包含氣旋進程並且考慮了微重力之後，我們的結果更進一步了，”馬林說。
邁克·狄克遜，一個加拿大圭爾夫大學受控環境系統研究所的獨立研究員，指出先前的研究已經提出了更少的人均土地需要。
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只要75平方米，他說，就可以“足夠提供所有素食者生命維持系統的主要功能，而這些功能是被食物需求所驅動的——水循環，氧氣的產生和二氧化碳的清潔，這些植物材料所需的是維持人類生命的兩倍多”。
這項新研究計算出的巨大需求可能會產生非植物的食物需求——狄克遜說，“似乎有點太多了”。
澳大利亞麥考瑞大學的合成生物學家布裡亞托雷·羅倫特沒有參與這項研究，他指出“在未來，我們將有很大可能發展農作物和微有機食品來完全取代動物食品的生產。用轉基因植物和微生物來代替“動物蛋白質”確實是可預見的。”
他也指出逐漸增加的農作物目前也在發展。
“如果我們能預計未來農作物的產量，那一定是件有趣的事”他說。
在飛船中，土地面積不僅僅面臨著食物生產的問題。之前的研究表明植物在太空中生長的更慢。即使光照、溫度、濕度和二氧化碳都可以模擬，重力和異塵餘生也很難控制，目前也沒有充足的研究。
“這就像是說我們需要學習更多關於植物的知識——以及人——能夠處理異塵餘生損傷，伴隨其他東西例如在微重力情況下生長，在規劃長期航行之前”，一個英國利茲大學的植物學家說，他也沒有參與該項研究。
補充說“我們也需要考慮植物可以獲得氮氣、磷和其他重要營養素的地方。這些營養素對植物而言必不可少，但它們卻無法修複它們，在深空旅行中，我們需要考慮怎麽去保證植物的穩定供應，去讓植物持續生長。”
這項新研究也沒有提及生命所需中最重要的需求——水。食物可能很容易獲得，但是在太空船上創造一個可持續的水循環是非常複雜的。這就是馬林和他的團隊希望在未來能夠解決的問題。
儘管如此，沒有什麽評估是完美的，馬林和他的團隊找到了一個好的解決方法。過去用來計算數值的工具，HERITAGE，極其有趣。它是第一種——一個完全集中於多代船的編碼，來調查他們的數學、生物學，人口統計學和統計的可行性。
“這個編碼包括了從人文科學和米樂航空站、國際空間站研究中收集的生物學、人口統計學、人類學、物理和化學數據，”馬林解釋道。
它使用了蒙特卡羅法，一種重複使用隨機樣本來測試一種場景中的所有可能結果的數學方法——例如宇航員的世代傳承。
在這個研究中，馬林和他的團隊通過一千次的代碼循環實現了他們的預測，這相當於模擬了一百萬人的需求。
“為了提供一個真實的全球多代船的模擬，未來還有很多路要走。”馬林說。
接下來，他和他的團隊目標是通過包括種群遺傳和突變，將“HERITAGE”推向更廣的領域。
參考資料
1.WJ百科全書
2.天文學名詞
3. LAUREN FUGE- Fomalhaut
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