인류의 우주 진출이 가속화되면서, 우주에서의 식량 생산은 중요한 과제로 떠올랐다.
나사(NASA)는 달과 화성으로 향하는 미래의 우주 임무에서 우주인들이 신선한 식물을 포함한 영양가 있는 농산물을 섭취할 수 있는 방법을 검토하고 있다. 밀봉된 식품 포장은 시간이 지남에 따라 맛이 변하고 비타민이 분해되어 건강에 문제가 될 수 있다. 비타민C가 부족하면 우주인들은 괴혈병에 걸릴 수 있고, 비타민 결핍은 다른 여러 건강 문제를 일으길 수 있다고 나사는 설명했다.
또한 우주에 지구의 식물을 가져가는 것은 우주 개척자들에게 심리적 웰빙에 좋으며, 우주인의 장기 임무에서 건강을 유지하는 데 중요하다고 나사는 덧붙였다. 현재 지구 저궤도를 돌고 있는 국제 우주 정거장에는 우주인들이 다양한 동결 건조 식품이나 미리 포장된 식품을 정기적으로 공급받아 식단을 충족하고 있다.
나사는 무중력 상태에서 상추와 토마토, 무와 같은 식물을 재배하는 방법을 실험하고 있다. 이를 통해 우주 비행이 식물 유전학, 물 사용과 식품의 풍미 등에 어떤 영향을 미치는지를 연구하고 있는 것이다. 더 나아가 햇빛이나 지구 중력이 없는 심우주의 폐쇄된 환경에서 어떻게 식물을 생산할 수 있을 것인가?에 초점을 맞추고 있다.
그러면, 달과 화성 중 어디가 농작물 재배에 더 적합할까? 최근 연구 결과는 우리의 예상을 뒤엎고 달의 손을 들어주었다고 스페이스닷컴이 최근 보도했다.
북애리조나대학교의 연구 조교 로라 리는 "흥미로운 점은 달에서 작물이 화성에서보다 더 잘 자랐다는 점입니다. 우리는 반대일 것이라고 예상했죠."라고 밝혔다. 2024년 미국 지구물리학연합(AGU) 가을 학술대회에서 발표된 이 연구는 달과 화성의 토양 조건이 작물 성장에 미치는 영향을 비교 분석한 최초의 실험 중 하나다.
연구 결과는 달 토양의 구조적 특징이 작물 생장에 더 유리함을 보여준다. 화성 토양은 질소가 풍부하지만, 점토처럼 밀도가 높아 뿌리 호흡에 필수적인 산소 공급을 제한한다. 반면, 달의 표면을 덮고 있는 흙과 암석 부스러기인 레골리스(regolith)는 상대적으로 느슨한 구조로 뿌리 성장에 더 적합한 환경을 제공한다. 마치 지구의 밭을 갈아 토양에 공기를 공급해주는 것과 같은 효과를 기대할 수 있다.
척박한 우주 환경에서 비료는 작물 재배의 필수 요소다. 하지만 지구에서 비료를 운송하는 것은 막대한 비용이 소요된다. 이에 대한 대안으로, 연구진은 우주인의 폐수에서 추출한 미생물을 열처리하여 만든 비료인 밀오르가나이트(Milorganite)를 사용했다. 폐기물을 재활용하여 비료를 생산한다는 점에서 지속 가능한 우주 농업 시스템 구축에 필요한 아이디어지만, 아직까지는 해결해야 할 과제가 남아있다.
화성에서 밀오르가나이트를 사용한 옥수수 재배 실험 결과는 그다지 성공적이지 못했다. 지구에서 흔히 사용하는 질소 비료를 사용했을 때보다 옥수수 생존율이 현저히 낮았다. 이는 인간 폐수를 활용한 비료 생산 기술을 더욱 발전시켜야 할 필요성을 보여준다. 효율적인 폐기물 처리 시스템과 작물 생장에 최적화된 비료 생산 기술 개발, 그리고 옥수수 외에도 다양한 작물의 생장 특성을 연구하여 우주 환경에 적합한 작물을 선별하는 것은 우주 농업의 핵심 과제다.
연구진은 옥수수 외에도 브로콜리, 호박, 콩, 알팔파 등 다양한 작물을 대상으로 실험을 진행 중이다. 특히, 알팔파는 달과 화성 토양 모두에서 높은 생존율을 보이며 미래 우주 농업의 핵심 작물로 떠올랐다. 알팔파는 질소 고정 능력이 뛰어나 토양을 비옥하게 만드는 효과가 있다. 또한, 단백질 함량이 높아 영양학적으로도 우수하며, 가축 사료로도 활용 가능하다.
영화 '마션(The Martian)'에서 화성에 홀로 남겨진 식물학자이자 기계공학자인 주인공 마크 와트니(맷 데이먼 분)가 화성에서 생존하기 위해 감자를 재배했던 장면처럼, 감자는 향후 연구에서 다룰 중요한 작물 중 하나다. 감자는 탄수화물 함량이 높고 재배가 용이하여 우주 식량 자원으로서 큰 잠재력을 지니고 있다.
2019년 발표된 연구에 따르면, 화성이 자급자족 가능해지기까지는 약 100년이 소요될 것으로 예상된다. 반면, 나사의 연구에 따르면 달은 몇십 년 안에 자급자족이 가능할 수도 있다. 지구와의 거리가 짧아 물자 수송이 용이하다는 점이 달의 큰 장점이다. 하지만, 달에는 대기가 없어 소행성 충돌이나 태양 복사에 대한 대비책 마련이 필요하다.
화성은 방사선, 극저온, 독성 물질인 과염소산염 등 극복해야 할 환경적 난관이 많다. 특히, 토양의 유기물 부족은 작물 재배에 큰 어려움을 야기한다.
우주 농업 연구는 단순히 우주 탐사를 위한 기술 개발을 넘어 지구 농업의 혁신에도 기여할 수 있다. 극한 환경에서 작물을 재배하는 기술은 기후 변화와 토지 황폐화 등으로 어려움을 겪는 지구 농업에 새로운 해결책을 제시할 수 있다. 예를 들어, 우주 농업 기술은 사막화 지역이나 척박한 토양에서의 작물 재배에 응용될 수 있다.
이번 연구는 인류의 우주 진출과 지속 가능한 미래를 위한 중요한 발걸음이다. 달과 화성의 토양 특성을 정확히 이해하고, 이에 맞는 작물 재배 기술을 개발하는 것은 우주 농업 성공의 핵심 열쇠다. 앞으로 더욱 활발한 연구를 통해 우주에서 인류가 자립할 수 있는 기반을 마련해야 한다.
특히, 우주 환경의 극심한 온도 변화, 방사선, 낮은 중력 등에 대응하기 위한 인공 환경 제어 기술 개발과 인력 부족 문제를 해결하고 효율성을 높이기 위한 자동화된 농작물 재배 시스템 구축도 중요한 과제다. 끊임없는 연구 개발과 투자를 통해 우주 농업의 꿈을 현실로 만들어 나가야 한다.
