Wäre es möglich, natürliches Licht zu nutzen, um Pflanzen auf dem Mars anzubauen?

Ja. Während der Mars nur etwa die Hälfte des Lichts der Erde empfängt, hat er keine Wolken oder ähnliches zu bewältigen. Angenommen, Sie können eine sehr klare Kuppel haben, sollten Sie etwa 600 W/m^2 haben, während die Erdoberfläche 1000 W/m^2 hat ( Quelle ). Die verlinkte Seite hat einige tolle Bilder, ich bin mir nicht sicher, ob ich sie hier verwenden darf.

Unter der Annahme, dass der äquatoriale Mars gegenüber etwa 36 Grad Breite liegt, sollten die Beleuchtungsstärken ziemlich gleich sein. Sie können also Pflanzen anbauen, die in diesem Breitengrad am Äquator perfekt wachsen würden, vorausgesetzt, Sie können die richtige Temperatur einstellen.

Beachten Sie, dass Pflanzen, die hauptsächlich im frühen Frühling oder späten Herbst wachsen, auch auf dem Mars in Ordnung wären.

Grob gesagt bekommt der Mars zwischen 1/2 und 1/3 des Lichts, das die Erde bekommt (abhängig von der Jahreszeit), was bedeutet, dass Sie wahrscheinlich Pläne anbauen könnten, die auf der Erde ziemlich gut mit vollem Schatten umgehen, aber die meisten Nutzpflanzen stehen eher auf der Seite der vollen Sonne Dinge. Der Anbau von Nutzpflanzen würde wahrscheinlich konzentriertes Licht erfordern, wenn Sie natürliches Licht verwenden würden. LED-Wachstumslampen sind wahrscheinlich viel praktischer als riesige Linsen, um das Licht auf Reihen und Reihen von Pflanzen zu konzentrieren.

millions km          perihelion  semimajor  aphelion
Earth                  147.1      149.6     152.1
Mars                   206.7      227.9     248.2

(Earth's SMA / x)^2  perihelion  semimajor  aphelion
Earth                   1.03       1.00      0.97
Mars                    0.52       0.43      0.36

Es besteht derzeit ein gewisses wissenschaftliches Interesse daran, die Photosynthese in Umgebungen mit knappen Ressourcen, wie z. B. schwachem Licht, herauszufinden.

Ein aktuelles Beispiel ist die Veröffentlichung " Photochemistry beyond the red limit in chlorophyll f–containing photosystems " DJ Nürnberg et al Science 15 Jun 2018: Vol. 360, Issue 6394, S. 1210-1213 (Link könnte Paywall sein, Entschuldigung), für die die Zusammenfassung lautet:

Pflanzen und Cyanobakterien verwenden chlorophyllreiche Photosystemkomplexe, um Lichtenergie in chemische Energie umzuwandeln. Tiefseeorganismen erhalten nicht das volle Lichtspektrum und haben Anpassungen, um Photonen mit längerer Wellenlänge zu nutzen. Nürnberget al. untersuchten Photosystemkomplexe von Cyanobakterien, die in Gegenwart von dunkelrotem Licht gezüchtet wurden. Die Autoren identifizierten den primären Donor Chlorophyll als eines der wenigen Chlorophyllmoleküle in den an rotes Licht angepassten Enzymen, die chemisch verändert wurden, um ihr Absorptionsspektrum zu verschieben. Kinetische Messungen zeigten, dass dunkelrotes Licht die Wasseroxidation direkt antreiben kann, obwohl es weniger Energie hat als das rote Licht, das von den meisten photosynthetischen Organismen verwendet wird.

Das ist mehr über das Lichtspektrum als über die Intensität. Beachten Sie jedoch, dass das Sonnenlicht auf der Marsoberfläche aufgrund von Staub in der Luft, der blau absorbierende Eisenoxide enthält, bei längeren Wellenlängen mehr Energie (einen größeren Anteil) hat.

Jeder Vergleich mit der Photosynthese auf der Erde wird durch die Unterschiede in anderen Faktoren erschwert. Zum Beispiel kann die Photosynthese des Erdlebens durch andere Dinge als Sonnenlicht eingeschränkt werden: Wasser, Spurennährstoffe, CO2 usw. Eine frühe Veröffentlichung zeigte sogar, dass die Morphologie (Form und Organisation, sowohl im großen als auch im kleinen Maßstab) von Pflanzen optimiert werden kann für Änderungen des Sonnenlichts und des CO2-Gehalts.

In jüngerer Zeit tendiert die Arbeit dazu, Licht im Einklang mit anderen Mängeln zu betrachten, zum Beispiel „ Auswirkungen der Lichtintensität auf die Photosynthese und photoprotektive Mechanismen bei Äpfeln unter fortschreitender Dürre “ MA Ping et al., Journal of Integrative Agriculture, Band 14, Ausgabe 9, September 2015, Seiten 1755-1766, die sich in Bezug auf schwaches Licht nicht so sehr vom Mars unterscheiden:

An Apfelbäumen (Malus domestica Borkh.) Fuji wurden die Auswirkungen der Lichtintensität auf die Photosynthese und Lichtschutzmechanismen bei fortschreitender Trockenheit untersucht. Die Topfbäume wurden 12 Tage lang Trockenstress und unterschiedlichen Lichtverhältnissen (100, 60 und 25 % Sonnenlicht) ausgesetzt. Während der fortschreitenden Dürre nahm der relative Wassergehalt (RWC) in den Blättern ab und war bei vollem Licht schneller als bei 60 und 25 % Sonnenlicht. Jedoch war die Abnahme der Netto-Photosyntheserate (Pn), der Stomata-Leitfähigkeit (Gs) und der Rubisco-Aktivität bei 100 % Sonnenlicht langsamer als bei anderen Lichtbedingungen. Nach den 6 Dürretagen bewegen sich die maximale PSII-Quantenausbeute (Fv/Fm), die Kapazität der Elektronen über QA− hinaus (1–VJ) und die Elektronenbewegung vom Intersystem zur PSI-Akzeptorseite (1–VI)/(1–VJ). ) abgenommen, mit größerem Abnahmeausmaß bei hellerem Licht.

Fazit: Mehrere Stressoren, dh weniger Licht, weniger Wasser, weniger CO2 sind schlecht; einzelne Stressoren nicht so schlimm, aber nicht großartig.

Pflanzen wachsen bei 25 % Licht, es ist nur eine Frage, wie gut und was Sie sonst noch tun müssen, damit es sich lohnt.

In heißen, sonnigen Klimazonen wie Australien wird Gemüse oft zu 30-50 % unter schattigen Stoffen angebaut (d. h. 30-50 % des Sonnenlichts werden blockiert) – dies ist eigentlich vergleichbar mit dem Sonnenlicht, das im Sommer der nördlichen Hemisphäre auf dem Mars verfügbar ist.

Nun, der Grund für die Verwendung von Schattentüchern in heißen Klimazonen ist, die Temperatur zu reduzieren, nicht die Beleuchtung zu reduzieren, es ist nicht so sehr, dass zu viel Sonnenlicht schlecht ist, sondern dass es schlecht ist, zu heiß zu werden. Die Verwendung von Schattentüchern verhindert Sonnenbrand und reduziert Wasserbedarf, der eine höhere Produktivität bei geringeren Kosten ermöglicht.

Gewerbliche Gemüsebauern verwenden Schattenstoffe, um ihre Produktion zu steigern, ebenso wie Hausgärtner. Tomaten und Paprika hören bei Temperaturen von 35 Grad Fahrenheit auf zu wachsen und tragen keine Früchte. Für die Paprika- und Tomatenproduktion in heißen Sommergebieten wird ein 30-prozentiger Schattenstoff empfohlen. Ebenso können hohe Temperaturen Pflanzen in der kühlen Jahreszeit wie Salat (Lactuca sativa) und Spinat (Spinacia oleracea) daran hindern, richtig zu wachsen. Für Ernten in der kühlen Jahreszeit werden 30 Prozent Schattenstoff in kühlem Sommerklima und 47 Prozent in heißem Sommerklima verwendet.

https://www.gardenguides.com/facts_6038179_density-would-allow-growth-vegetables_.html

Auf dem Mars sollte die verfügbare Beleuchtung mit dieser Art von schattiertem Gewächshaus auf der Erde vergleichbar sein, die reduzierte Beleuchtung kann ideal sein oder nicht, aber sie sollte ausreichend sein, vorausgesetzt, dass andere Wachstumsfaktoren wie Temperatur, Feuchtigkeit und Atmosphäre angemessen gesteuert werden.

Es ist auch zu bedenken, dass Feldfrüchte wie Mais und Weizen in einer solchen Dichte angebaut werden, dass jede einzelne Pflanze ausreichend Licht erhält und bei dieser Dichte jede Pflanze von ihren Nachbarn erheblich beschattet wird. Ich habe den Verdacht, dass der Anbau dieser Pflanzen unter Marsbeleuchtung so einfach sein könnte wie die Verwendung eines größeren Abstands, der es jeder einzelnen Pflanze ermöglicht, sich mehr auszubreiten und mehr Licht zu sammeln.

Die anderen Antworten leisten großartige Arbeit darin, darüber zu sprechen, welche Pflanzen im natürlichen Licht des Mars wachsen könnten, aber es ist auch erwähnenswert, dass Sie mit etwas so Einfachem wie einer Linse oder einem Spiegel Pflanzen mit Marslicht leicht ihren vollen Lichtbedarf decken können. Wenn Sie sich ein Gewächshaus vorstellen, das zur Hälfte aus Anbaufläche und zur Hälfte aus Geh-/Lagerraum besteht, können Sie das Licht leicht so linsen/spiegeln, dass Pflanzen das doppelte einheimische Marslicht erhalten, während die Gehwege/Lagerbereiche genau das erhalten, was von reflektiert wird Pflanzen oder durch den Raum hüpfen.