영화 '마션'처럼 우주기지에서 감자를 기를 수 있을까
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과학 이야기
과학과 놀자 (36) 우주기지에서 식물재배
식물이 자라기 위해서는 빛, 이산화탄소, 물을 이용해서 광합성을 해야 한다. 광합성을 위해서 적정한 온도도 중요하다. 달, 화성 등 위성과 행성은 일교차가 심하고 온도가 영상 50도 이상이나 영하 100도 이하로 내려갈 수 있다. 아직까지 우주 행성에 물이 존재한다는 확실한 증거는 없다. 여러 가지 우주환경을 고려할 때 행성에서 직접 식물을 재배하는 것은 불가능하다고 생각한다. 영화 ‘마션(The Martian)’처럼 우주기지 내에서는 식물을 재배할 수 있겠지만 물이 가장 문제가 될 것이다. 선진 우주연구소에서는 우주기지에 어떤 식물이 가장 적합한지 연구하고 있다. 여기서는 우주기지에서 식물 재배와 관련한 우주과학 공상 영화 ‘마션’과 인공 생태계 ‘바이오스피어2(Biospehere2)’에 대해서 알아본다.
영화 ‘마션’ 감독이 고구마를 알았더라면
영화 ‘마션’은 화성 탐사에 참여한 우주비행사가 홀로 우주기지에 낙오했다가 생존하는 내용이다. 주인공은 구조대가 도착할 때까지 식량을 확보하기 위해 온갖 과학지식을 총동원해 어렵게 물을 만들고 감자 재배에 성공하며 버틴다. 만약 영화감독이 고구마를 알았더라면 당연히 감자가 아니라 고구마를 심었을 것이다. 감자도 재배 지역과 용도에 따라 좋은 건강식품이 될 수 있지만 물이 부족하고 스트레스가 많은 조건에서는 고구마가 훨씬 유리해서다.고구마는 전분작물(벼, 옥수수, 감자, 고구마 등) 가운데 물을 가장 적게 요구한다. 우리가 필요한 칼로리 가운데 50~70%는 전분이다. 고구마는 껍질째 생으로 먹을 수 있는 데 비해 감자는 껍질을 벗기고 요리해야 한다. 우주생활은 높은 스트레스를 받아 노화와 질병에 노출되기 쉬운데, 고구마는 감자에 비해 항산화물질이 많아 노화와 질병 예방에 도움이 된다. 또 고구마는 식이섬유가 많아 변비 예방뿐만 아니라 전분을 천천히 당으로 변화시키기 때문에 당뇨환자와 비만한 사람에게도 도움이 되는 식품이다.
고구마의 이런 장점 때문에 미국항공우주국(NASA)과 일본우주항공연구개발기구(JAXA)는 고구마를 일찍부터 우주식품으로 선정한 바 있다. 고구마는 우주식품을 넘어 우주기지 재배에 적합한 품종으로 육성할 필요가 있다. 필자는 고구마가 중국 서북부 사막화지역, 카자흐스탄 남부 등 척박한 토양에 적합한 작물로 판단해 이들 지역에 적합한 품종 육성을 수행하고 있다.
인공 생태계 바이오스피어2의 실패 교훈
우주기지와 비슷한 환경을 만들어 지구에서 실험한 예로 바이오스피어2(Biospehere2)를 들 수 있다. 바이오스피어2는 인간이 지구 멸망을 대비해 1991년부터 약 2년 동안 미국 애리조나주 사막에서 진행한 초대형 인공 생태계 프로젝트다. 과학자 8명이 외부와 물질 교환 없이 자급자족 생활을 할 수 있도록 인공 생태계를 만들어 실험을 실시했으나, 산소 부족 등으로 실패해 지금은 박물관으로 이용되고 있다.인공 생태계의 전체 규모는 1.25ha에 달하는 유리온실로 콘크리트, 유리 등으로 이루어져 있었다. 내부에는 열대우림 등 7개의 서로 다른 환경구역으로 나누어 다양한 식물과 동물을 넣었다. 토양에 섞여 있는 호기성 미생물이 막대한 양의 산소를 소비하기 시작했고, 산소가 부족하니 이산화탄소 역시 사라져 결국에는 모든 생태계 균형이 무너졌다. 이런 환경에서 참가자 간의 대립 관계와 같은 정서적 문제가 발생해 결국 실패했다. 바이오스피어2는 우리 인간에게 생태계를 모방하고 창조해내는 것이 얼마나 어려운 것인지를 알리고 있다.
우주기지 식물 재배의 전망
인간의 호기심을 넘어 지구자원의 유한성으로 우주탐사에 대한 관심은 날로 증가할 것이다. NASA는 지난해 6월 민간인 우주정거장 계획을 발표, 일반인도 우주여행을 할 수 있음을 시사했다. 일론 머스크가 2002년 설립한 스페이스X를 비롯해 버진갤럭틱, 블루오리진 등 민간기업들이 우주여행 패키지를 준비하고 있다. 지난해 11월 스페이스X는 유인우주선(4인) 첫 발사를 성공했다.지난해에는 미국, 중국, 아랍에미리트가 화성으로 무인탐사선을 보냈다. 지금은 달, 화성 등 몇 군데 우주탐사에 주력하지만 머지않아 더 멀리 있는 행성까지 갈 것이다. 오랜 기간 우주기지에서 생활하려면 우주인이 우주기지에서 식량을 조달해야 할 것이므로 우주기지에 적합한 우주식물 개발은 중요한 연구 테마가 될 것이다.NASA와 캐나다우주국(CSA)은 지난달 12일 ‘딥 스페이스 푸드 챌린지’를 열어 장기 우주기지 생활을 위한 식량생산시스템 개발에 필요한 아이디어를 공개 모집했다. 주최 측은 우주비행사 4명이 재보급을 받지 않고 3년간 우주왕복 임무를 수행하는 동안에 필요한 식량을 생산할 것, 투입하는 자원은 물론 버려지는 자원을 최소화할 것, 맛과 그리고 영양가가 있을 것, 안전할 것 등을 주요 평가 항목으로 제시하고 있다.
극한 우주환경에 맞는 식물을 연구하면서 얻어지는 노하우는 지구에서 척박한 토양을 활용하는 품종 육종에도 도움이 될 것이다. 특히 땅이 작고 지하자원이 부족한 우리에게 우주는 새로운 기회의 영역이 될 수 있으리라 기대된다.