화성에서는 왜 농작물 재배가 어려운가?

영화 <Martian>(마션)은 2011년에 발간된 와이어(Andy Weir)의 SF소설을 2015년에 영화로 만든 것이다. 2035년, 화성탐험대원인 마크 와트니는 화성에 내리는 순간, 먼지폭풍이 불고 운석까지 충돌하여 혼자 조난당하고 만다. 통신장비가 부서지고 부상까지 입은 그는 다른 대원과 연락이 두절된다. 와트니가 죽었다고 판단한 동료들은 그를 포기하고 지구로 돌아간다. 화성에 홀로 남은 그는 간신히 지구와 연락이 되었으나, 그를 구조할 화성탐험선이 오려면 4년을 기다려야 한다.

와트니는 화성흙을 이용하여 기지 안에 작은 밭을 만들었다. 로켓에 남은 연료로부터 물을 장만하고, 자신의 배설물을 비료로 감자를 재배하는데 결국 성공한다. 그는 이전에 화성에 내린 탐험선 ‘패스파인더’(1997년 화성 도착)를 찾아내고, 거기에 실린 카메라와 통신기기를 이용하여 지구와 교신한다.

화성차(로버 rover)가 태양전지판을 펼치고 충전하는 동안 탐험대원인 데몬이 바퀴 앞에서 쉬고 있다. 영화 <마션>의 한 장면(場面)이다.

화성의 농사는 영화처럼 쉬울까?

화성에서 농작물을 재배할 때는 양액재배(養液栽培 hydrophonics 수경재배)만 아니라 대량생산을 위해 땅에서도 키워야 한다. 그런데 화성의 흙에서 인간의 배설물을 비료로 주고 작물을 키워내기란 간단하지 않다는 것을 과학자들은 알고 있다. 현재 과학자들은 화성과 비슷하다고 생각되는 3종류의 흙에서 식물을 재배하는 실험을 하고 있다.

시험하는 첫 번째 토양은 하와이의 화산흙이고, 두 번째는 모하브(Mojave)사막에서 가져온 것이다. 그리고 세 번째 흙은 화성탐험선 ‘큐리오시티’가 알려준 성분과 비슷하게 조합한 흙이다. 과학자들은 3종의 합성흙에 석회석과 질소, 인, 칼륨 등의 무기영양분을 적절히 추가했다. 그들은 이 3가지 토양에 상치와 잡초 종류인 애기장대(Arabidopsis thaliana) 2종을 재배했다. ‘애기장대’는 유전실험에 이용되는 초파리처럼, 식물실험에 이용되는 대표적인 식물이다.

2012년 8월에 화성에 도착하여 지표면을 탐사하고 있는 ‘큐리오시티’(Curiocity)이다. 큐리오시티는 화성의 물과 생명체의 존재, 지표면의 성분 분석, 환경 변화 조사 등의 임무를 지금까지 하고 있다. 화성에서 식물을 재배하려면 물, 이산화탄소, 빛, 온도, 영양분 등의 조건을 갖춰주어야 한다. 화성 기지에서 이런 조건은 인공적으로 준비할 수 있다. 문제는 식물이 자랄 수 있는 적당한 흙이다.

플로리다 기술연구소의 생화학자 팔머(Andrew Palmer)를 비롯한 과학자들은 22℃의 온도, 습도 70%, pH 7.2, 빛 등의 조건을 갖춘 3종의 화성흙에서 식물을 재배한 결과, 모두 정상으로 자라지 않았다. 씨앗을 심고 싹트기를 기다렸으나 전부 실패했다. 그래서 과학자들은 수경재배 방식으로 씩 틔운 묘를 합성흙에 심어보았으나 역시 1주일도 못 견디고 죽어버렸다.

합성흙은 아무리 잘 준비해도 지구의 흙과 중요한 큰 차이가 있다. 그것은 화성의 흙에는 유기물이 없고, 유기물을 분해시켜 식물의 뿌리가 흡수할 수 있도록 해주는 토양미생물이 전혀 없다는 것이다. 그렇다고 지구의 토양미생물을 화성에 가져가 살게 하는 것 또한 쉬운 일이 아니다.

그런데, 화성의 흙에는 과염소산칼륨<Ca(ClO4)2>이 약 2% 포함되어 있다. 미국 빌나노바 대학의 우주생물학자 귀난(Edward Guinan)은 “지구의 흙에는 과염소산칼륨을 먹고 분해하여 산소를 발생시키는 미생물이 있다. 이 미생물을 화성의 흙에 넣어주면, 흙 속의 독성물질을 분해하는 동시에 호흡에 필요한 산소를 발생할 것이다.”는 말을 한다.

화성에 가기 전에 미리 확실하게 준비해야 할 연구가 많다. 작물재배가 가능한 화성흙에 대한 연구는 장기 체류(滯留)를 위해 필수적이다. 화성의 토양에는 황(黃)도 많이 포함되어 있다. 인간이 화성 어딘가에 가서 장기간 살 계획이라면, 그곳은 토양성분이 작물재배에 최대한 적당한 곳이어야 유리할 것이다.

최근 뉴스에 의하면, 우리나라 첨단농업기술업체(smart farm)인 ‘엔씽’이 아랍에미리트의 사막에 야채들이 잘 자랄 조건을 자동화한 ‘농장 컨테이너’(플랜티 큐브)를 설치하고, 그 속에서 신선한 채소를 수경재배 방식으로 대량 생산하는데 성공하고 있다고 한다. 엔싱은 자동화된 컨테이너 농장 100여개를 1차로 수출하게 되었다고 한다. 이제 사막에서도 농경(農耕)이 가능해지고 있는 것이다. 그 다음은 생존 조건이 더 나쁜 화성에 스마트팜을 설치하는 것이다. (화성의 환경에 대한 좀 더 자세한 내용은 본사 블로그에서 <인류의 다음 여행지 화성은 어떤 곳인가?> 참조)

우리나라의 스마트농장(스마트팜) 회사인 엔씽은 사막 어디서나 농사가 가능한 플랜티 큐브(Planty Cube)를 제작하여 수출하기 시작했다. 이 회사의 김혜연(35) 대표는 2035년까지 화성에 플랜티 큐브를 설치하는 꿈을 가졌다고 한다.​

– YS

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