식물들은 햇빛과 물, 흙만 있으면 무럭무럭 자랍니다. 그런데 과연 빛과 중력이 없는 우주에서도 식물을 키울 수 있을까요?
우주에서 식물은 중력의 부재, 조명 조건의 변화, 자원의 제한으로 인해 독특한 어려움에 직면합니다. 이러한 장애물에도 불구하고 고추나무는 잘 자라며 적응성과 회복력을 보여주었습니다. 과학자들은 식물의 성장을 면밀히 모니터링하고 온도, 습도, 영양분 수준과 같은 환경 매개변수를 조정하여 식물 성장 조건을 최적화했습니다. 최초의 우주 재배 고추의 성공적인 수확은 우주 임무에서 자립성을 달성하고 필수 자원에 대한 지구 의존도를 줄이는 데 있어 중요한 진전을 상징합니다.
우주에서 키운 최초의 고추
2014년 4월, 국제우주정거장(ISS)에서 붉은 로메인 상추를 처음으로 재배했습니다. 이후 적색 케일과 상추, 새싹 채소들은 '베지(Veggie)'라는 실내 재배기에서 햇빛과 비슷한 효과를 내는 LED 광선을 사용해 길렀습니다. 이처럼 우주에서 먹을 수 있는 채소를 기르는 이유는 바로 식량 문제 때문입니다. 지구에서 우주로 식량을 조달하려면 오가는 데에 시간이 많이 걸리기 때문에 우주에서 직접 작물을 재배하려는 것입니다. NASA는 2021년 6월 고추 씨앗 48개를 국제우주정거장(ISS)에 보냈습니다. 7월 부터 재배하기 시작해 10월 말에 한 번, 11월 초에 한 번, 총 두 번에 걸쳐 고추를 수확했습니다. 이 고추는 미국 뉴멕시코 남부에서 키우는 '해치 칠레(Hatch Chile)라는 품종으로, 여러 번의 실험 결과 전 세계 24개 고추 품종 가운데 우주 환경에서 키우기에 가장 적합하다고 판단했습니다. 해치 칠레 품종이 주로 높은 지대에서 자라고, 성장 속도도 다른 품종보다 훨씬 빠르기 때문입니다. NASA 우주 비행사 셰인 킴브로(Shane Kimbrough)가 주도한 이 실험은 장기간 임무 동안 우주 비행사의 식단을 보충하기 위해 우주에서 신선한 식품을 재배하는 가능성을 탐구하는 것을 목표로 했습니다. 씨앗에서 열매까지의 여정이 꼼꼼하게 기록되어 미세중력 환경에서 식물의 성장과 발달에 대한 귀중한 결과물이었습니다. 고추 외에도 상추, 무, 밀 등 다양한 식물이 ISS에서 성공적으로 재배되었습니다. 이러한 실험은 식물 성장 패턴, 영양분 흡수 및 미세 중력에서의 유전자 발현에 대한 귀중한 데이터를 제공합니다. 식물이 우주 조건에 어떻게 반응하는지 이해하는 것은 미래의 우주 서식지와 달, 화성 및 그 너머에 대한 장기 임무를 위한 지속 가능한 농업 시스템을 개발하는 데 필수적입니다.
식물재배장치(APH Advanced Plant Habitat)
그럼 우주에서 고추를 어떻게 키웠을까요? 우주에는 빛과 공기, 흙이 없기 때문에 '식물 재배 장치'(APH)라는 특별한 곳에서 식물을 키워야 합니다. APH는 대형 전자레인지 정도의 크기인데, 180여 개의 센서가 달려 있어 광합성 속도와 빛의 세기 등을 세밀하게 측정할 수 있습니다. APH의 주 챔버에는 식물이 보관되며 온도, 습도, 이산화탄소 수준, 조명 등 통제된 환경 조건을 제공합니다. 챔버에는 식물 성장에 최적화된 특정 파장을 방출하는 LED 조명이 장착되어 있습니다. APH에는 식물 성장실 내 온도, 습도 및 이산화탄소 수준을 조절하는 고급 환경 제어 시스템이 장착되어 있습니다. 이 시스템은 식물이 건강한 성장과 발달에 필요한 조건을 받도록 합니다. 식물 성장을 지원하기 위해 APH에는 식물에 필수 영양소와 물을 제공하는 영양 전달 시스템이 장착되어 있습니다. 이 시스템은 수경재배 또는 에어로포닉 설정을 통해 식물 뿌리에 영양분을 전달하므로 토양이 필요 없으며 물 사용량이 최소화됩니다. APH에는 환경 조건, 식물 건강 및 성장 매개변수를 지속적으로 추적하는 센서 및 모니터링 시스템이 장착되어 있습니다. 과학자들은 실시간 데이터를 기반으로 APH의 설정을 원격으로 모니터링하고 조정하여 식물 성장과 실험 결과를 최적화할 수 있습니다. 고해상도 카메라와 이미징 시스템이 APH 내부에 설치되어 식물의 성장과 발달에 대한 이미지와 비디오를 캡처합니다. 이러한 이미지는 식물 형태, 생리학 및 미세 중력 조건에 대한 연구를 할 수 있습니다. 이번에 수확 한 고추는 미국에 있는 케네디우주센터에서 APH를 제어하고, 우주 비행사들이 이를 돕는 방식으로 재배되었습니다. 특히 고추가 열매를 맺으려면 수분(꽃가루받이) 과정이 꼭 필요합니다. 지구에서는 벌이나 나비가 꽃과 꽃을 옮겨 다니며 자연스럽게 수분이 되지만, 우주에서는 그렇지 않기 때문에 다양한 속도로 팬을 돌려 바람을 일으키거나 우주 비행사가 직접 손으로 수분을 했다고 합니다. 고추의 매운맛은 미세 중력과 온도, 물의 양, 빛의 세기 등에 따라 정해진다고 합니다. 그 미세한 차이를 제대로 조절해야만 고추의 진짜 맛을 볼 수 있다고 합니다.
우주에서 농사를 짓는다는 것은 다른 천체에 서식지를 구축할 수 있게 하여 지구에서 비용이 많이 들고 위험한 재공급 임무의 필요성을 줄일 수 있습니다. 수경법, 수기경법 등 지속 가능한 농업 방식은 자원이 제한된 환경에서 작물을 재배하기 위한 효율적인 솔루션을 제공합니다. 또한, 유전 공학의 발전으로 미세 중력과 적대적인 조건에서도 번성할 수 있는 공간 적응 식물 품종이 개발될 수 있습니다. 우리가 지구 너머로 우리의 존재를 계속해서 탐색하고 확장함에 따라 우주에서 식물을 재배하는 능력은 인간의 생명을 유지하고 다른 천체를 탐험 하는 데 매우 중요할 것입니다. 지속적인 연구와 실험을 통해 과학자들은 농업이 별들 사이에서 번성하는 미래를 위한 길을 닦고 인류 탐험과 인류 탐험의 다음 장을 만들고 있습니다