在将来的某一天，人类将登上火星并殖民这颗红色星球。假设向火星移民100万人口，如何解决他们的吃饭问题？根据一项新研究，答案可能是蟋蟀农场、地道中种植的农作物和实验室培育的人造肉。蟋蟀是最有价值的可食用昆虫之一，很多食品都使用了蟋蟀粉。科学家指出吃虫子确实很恶心，但如果火星殖民者能够克服心理障碍，养虫子无疑是一个明智选择。
SpaceX计划在火星上建造一座可容纳100万人的城市
美国宇航局计划上演火星往返之旅，但只在这颗红色星球做短暂停留。相比之下，商业太空公司更加雄心勃勃，他们的目标是殖民包括火星在内的外太空，而不只是短暂停留。以SpaceX为例，这家公司计划在火星上建造一个殖民地。
如果想长期逗留火星，最切实可行的策略就是充分利用火星的现有资源，而不是依赖从地球运送补给。科学家指出火星定居点需要获取五种资源，其中包括能源、水、氧、建筑材料和食品；前四种资源大量存在于火星之上。
人类终有一天会登上火星并殖民这颗红色星球
太阳能辅以核裂变反应堆能够满足火星居民的能源需求。火星上的水冰和含水矿物是可用水资源。二氧化碳可以转化成氧。火星土壤可以烧砖，而后用砖建造各种设施。不过，火星上没有天然食品，同时也很难利用火星上的任何原料去生产食品。研究论文主执笔人、中佛罗里达大学行星学家吉斯·坎侬表示：“食品可能是火星上最难生产的东西。如果你希望建造一个自给自足的定居点，食品就不能完全依赖‘进口’。”
艺术概念图，矗立在火星上的核裂变发电系统
坎侬指出：“在为未来的载人探月或探火任务生产食品方面，科学家进行了一系列研究。在对这些研究进行梳理后，我们发现绝大多数研究都将目光聚焦低热量蔬菜，替代蛋白源领域的最新革新并不在考虑之列。如果像SpaceX设想的那样，在火星上建造一座容纳100万人的城市，如何才能解决他们的吃饭问题？”
研究人员指出短期内不可能在火星上饲养牲畜以获取肉和奶，因为向火星运输牲畜面临巨大挑战。但矛盾的是，绝大多数火星移民不希望成为素食主义者。如何解决这个问题？研究人员给出的答案是：昆虫农场和实验室培育的人造肉。
长5.5米，直径2.2米的月球温室原型，座落于亚利桑那州大学的可控环境农业中心
研究人员表示在火星上建造昆虫农场是一个不错的选择，因为每单位土地饲养的昆虫能够提供大量热量，同时只耗费较少的水和饲料。蟋蟀是最有价值的可食用昆虫之一，很多食品都使用了蟋蟀粉。坎侬说：“吃虫子确实很恶心，如果人们能够克服心理障碍，虫子无疑是一个明智的选择。”
研究人员指出对于那些不愿意用昆虫果腹的火星殖民，可以选择“细胞农业”，也就是在实验室的培养皿中培养细胞。这种方式能够为火星殖民者提供他们更熟悉的食品。“细胞农业”能够生产藻类、肉类、鱼肉、牛奶和鸡蛋。投资者投入大量资金研发这项技术。短短两年内，一个人造肉汉堡的成本从32.5万美元降至11美元。
未来的宇航员可能在火星上建造温室，利用水栽法在温室栽种水果蔬菜
火星定居点的艺术概念图中经常出现温室，但研究人员表示在火星上建温室可能不切实际。火星距太阳很远，即使在光照最充足的赤道地区，植物所能接收到的光量也仅相当于阿拉斯加。虽然温室采用透明窗户，但在地球上仍吸收50%到70%的阳光，在火星上则更甚。此外，火星温室还需要使用更坚固的材料，以支撑加热加压的内部。火星大气的温度远低于地球，同时非常稀薄，这同样不利于温室。
与温室相比，采用高强度LED照明的地道可能是一个更理想的选择。火星殖民者可以在地道内种植各种作物。他们可以借助光缆，将阳光导入地道。水栽法或气雾栽培法等无土栽培技术在火星上具有可行性，但这些做法需要向火星运送大量物资和设备，包括托盘、水泵和水箱。毫无疑问，立基于土壤的农业生产具有更大优势，能够让作物有效抵御疾病。不过，科学家需要对无机火星土壤进行大量研究，将其转化成有机土壤，以支持作物生长。
火星基地艺术概念图
此前的研究表明很多农作物都可以在火星上种植，例如小麦、玉米、大豆、花生和红薯。这些作物足可以解决火星殖民者的吃饭问题。火星殖民者可以种植转基因作物，以收获这项技术所能带来的各种福利，例如吸收更多二氧化碳，带来更高的产量。
坎侬表示：“迄今为止的几乎所有研究都将目光聚焦农作物种植，以解决宇航员的吃饭问题，但农作物种植会占用大量空间，需要建造巨大的室内工厂同时对工厂进行加压、加热和照明。如果想在另一颗星球养活大量人口，你就必须放弃种植水灵灵的蔬菜的想法。你必须意识到通过这种方式获取足够的卡路里需要耗费大量能源、水和原材料。”
艺术概念图，宇航员登上火星
为了解答“如果养活一个百万人口的火星城市？”这个问题，研究人员对火星移民进行模拟，出生率为每个地球年10/1000。地球上的发达国家通常是这一出生率。根据他们的假设，需要6900艘客船，将100万移民送上火星，整个过程历时一个世纪。在此期间，火星上出生大约34万人。
科学家计算每人需要多少热量，同时根据殖民者的饮食结构（基于小麦、玉米、红薯、蟋蟀和实验室培育的人造鸡肉的饮食）对所需的土地进行建模。研究结果表明一个拥有百万人口的火星殖民地可以在100年内实现粮食自己自足。为了做到这一点，殖民地需要建造长9000英里（约合1.45万公里），宽12英尺（约合3.6米），可以垂直迭加的地道。
艺术概念图，SpaceX的殖民飞船矗立在火星上
不过，初到火星时，殖民者仍需地球运送大量食品，总计需要近5.4万次货物运输。科学家指出很多策略都可以大幅降低对进口食品的依赖，例如加快在火星上建造农场的速度。
如何才能最大限度地满足火星殖民者的粮食需求？未来的研究需将目光聚焦提高农作物产量；找到饲养效率最高且美味可口的昆虫种群；改进人造肉的口感和质地；提高LED照明设施的效率以促进农作生长；研发自动化技术，加快容纳农场的加压防护区的建设步伐。
火星栖息地艺术概念图
坎侬指出：“毫无疑问，有人会批评我们的研究带有科幻色彩。载人火星探索任务还要等上几十年，为何现在就讨论这个话题？持这种想法的人需要严肃看待SpaceX当前的所作所为。现在，SpaceX正在研制和测试载人火星飞船原型。第一批火星居民可能就搭乘他们的飞船前往这颗红色星球。因此，我们有必要从现在开始就研究如何解决殖民火星。”
科学家指出这种研究不仅能解决火星殖民者的吃饭问题，研究成果也能让地球上的人受益。坎侬说：“火星是一个环境恶劣的星球——温度极低并且空气稀薄——殖民者获取食物的方式只能比地球上的工厂化农场更具可持续性、更符合伦理道德。毋庸置疑，切换到‘火星饮食结构’能够保护我们的星球。”
