星际旅行者需要自己创造食物。一组天文学家已经计算出了怎样做到这一点。

美国国家航空航天局/喷气推进实验室

欧洲天文学家已经计算出太空飞船上多代同堂的船员们需要多少空间来满足需要——这是除太阳以外去其他行星环绕旅行的众多挑战之一。

法国斯特拉斯堡天文台的天文学家弗雷德里克·马林引领了该研究，他解释道：“就我们现在的技术，在少于好几个世纪的旅行中，到达一个系外行星是不可行的。”

即使是最近的系外行星——比邻星b,也需要6300年的时间。

这已经很大程度上超过了任何一个宇航员的一生，因此这样的宇宙飞船必须是多代同堂的。

“原始的人们会逐渐衰老、死去，”马林说“只有让他们的后代继续航行。”

马林和他的团队对人类如何在资源有限的太空环境中进化和生存很感兴趣——尤其当这旅程是单向时。

他们之前计算了首批船员的最小数量，确保他们的后代能够在到达另一地时没有遗传疾病。结果表明，只需要98名船员就可以确保在6300年的旅行中达到100%的成功率。

但是这千年来你要怎么喂饱这些船员呢？

储存干粮并不是一个好的选择因为它们会占据太多空间，而且它们的维生素可能会随着时间流逝而变质。目前国际空间站上的宇航员们每天大约消耗掉大概1.8千克的包装食品；几个世纪都用这种方式给宇航员补给会增加成千上万吨的货物。

很明显最好的选择是在飞船上种植农作物，饲养动物——本质上就是去经营一个农场。这不仅可以生产新鲜食物，还可以循环利用营养物和粪便、制造氧气、持续净化空气——让飞船成为一个封闭的生态系统。

太空农业系统已经在测试中。自2002年起，国际空间站上的拉达温室已经在微重力环境下种植植物了。

但是太空船的空间是有限的，所以需要多少空间来种植呢？

马林和同事使用了一种叫做“HERITAGE”的数字码来解决这个问题。他们估计了船员每年的热量摄取，结合现代农业技术设定的参数来预测所需的空间大小。

对于500名杂食饮食的船员来说，仅需要0.45平方千米就足够他们吃了。假设水果、蔬菜、淀粉、糖、油都是通过气培法生产的，也就是植物的无土栽培，而传统农业用来生产肉、鱼、乳制品以及蜂蜜。

马林说这个大小和联合国粮农组织的预测作了对比，表明人均半公顷的土地是可持续生存保障所必需的最小数量，包括肉类在内。

“包含气旋进程并且考虑了微重力之后，我们的结果更进一步了，”马林说。

迈克·狄克逊，一个加拿大圭尔夫大学受控环境系统研究所的独立研究员，指出先前的研究已经提出了更少的人均土地需要。

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只要75平方米，他说，就可以“足够提供所有素食者生命维持系统的主要功能，而这些功能是被食物需求所驱动的——水循环，氧气的产生和二氧化碳的清洁，这些植物材料所需的是维持人类生命的两倍多”。

这项新研究计算出的巨大需求可能会产生非植物的食物需求——狄克逊说，“似乎有点太多了”。

澳大利亚麦考瑞大学的合成生物学家布里亚托雷·罗伦特没有参与这项研究，他指出“在未来，我们将有很大可能发展农作物和微生物食品来完全取代动物食品的生产。用转基因植物和微生物来代替“动物蛋白质”确实是可预见的。”

他也指出逐渐增加的农作物目前也在发展。

“如果我们能预计未来农作物的产量，那一定是件有趣的事”他说。

在飞船中，土地面积不仅仅面临着食物生产的问题。之前的研究表明植物在太空中生长的更慢。即使光照、温度、湿度和二氧化碳都可以模拟，重力和辐射也很难控制，目前也没有充足的研究。

“这就像是说我们需要学习更多关于植物的知识——以及人——能够处理辐射损伤，伴随其他东西例如在微重力情况下生长，在规划长期航行之前”，一个英国利兹大学的植物学家说，他也没有参与该项研究。

补充说“我们也需要考虑植物可以获得氮气、磷和其他重要营养素的地方。这些营养素对植物而言必不可少，但它们却无法修复它们，在深空旅行中，我们需要考虑怎么去保证植物的稳定供应，去让植物持续生长。”

这项新研究也没有提及生命所需中最重要的需求——水。食物可能很容易获得，但是在太空船上创造一个可持续的水循环是非常复杂的。这就是马林和他的团队希望在未来能够解决的问题。

尽管如此，没有什么评估是完美的，马林和他的团队找到了一个好的解决方法。过去用来计算数值的工具，HERITAGE，极其有趣。它是第一种——一个完全集中于多代船的编码，来调查他们的数学、生物学，人口统计学和统计的可行性。

“这个编码包括了从人文科学和米乐航空站、国际空间站研究中收集的生物学、人口统计学、人类学、物理和化学数据，”马林解释道。

它使用了蒙特卡罗法，一种重复使用随机样本来测试一种场景中的所有可能结果的数学方法——例如宇航员的世代传承。

在这个研究中，马林和他的团队通过一千次的代码循环实现了他们的预测，这相当于模拟了一百万人的需求。

“为了提供一个真实的全球多代船的模拟，未来还有很多路要走。”马林说。

接下来，他和他的团队目标是通过包括种群遗传和突变，将“HERITAGE”推向更广的领域。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. LAUREN FUGE- Fomalhaut

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