영화 '마션(The Martian, 2015)'은 고립된 우주비행사가 화성에서 식량을 재배해 생존하는 과정을 사실적으로 그려낸 작품입니다. 이 영화는 단순한 SF 영화가 아니라, 화성 농업의 가능성과 지구 농업 기술의 응용 가능성을 탐구하는 과학적 시뮬레이션이기도 합니다. 감자 재배 장면은 농업이 단순히 ‘흙과 물’을 필요로 하는 활동이 아니라, 복합적인 생물학, 환경공학, 우주공학의 통합된 기술이라는 점을 잘 보여줍니다. 본 글에서는 마션에서 그려진 화성 농업의 조건을 기반으로, 지구 농업과의 유사점 및 차이점을 생물학, 환경학, 농업공학 관점에서 비교 분석합니다.
토양 구조와 영양소: 지구의 ‘흙’과 화성의 ‘레골리스’
화성과 지구 농업의 가장 본질적인 차이는 토양의 구성과 비옥도에 있습니다.
지구의 토양은 유기물, 미생물, 광물, 공기, 수분이 균형 있게 섞여 있습니다. 토양 속에는 질소(N), 인(P), 칼륨(K) 등 식물 생육에 필수적인 영양소가 존재하며, 박테리아·균류 등 미생물이 유기물을 분해하고 영양분을 식물에 전달합니다. 인간은 이러한 생태계의 도움으로 작물을 손쉽게 기를 수 있습니다.
반면, '화성의 토양은 레골리스(regolith)'라 불리는 광물 파편과 먼지로 구성되어 있습니다. 이 레골리스에는 유기물이나 미생물이 전혀 없으며, 식물 생육에 필요한 질소, 인, 칼륨도 부족한 것으로 알려져 있습니다. 또한, '퍼클로레이트(perchlorates)'라는 유독성 화합물이 토양에 존재하는데, 이는 인간과 식물 모두에게 해롭습니다.
영화 마션의 주인공 마크 와트니는 이 한계를 극복하기 위해 자신의 배설물을 퇴비로 활용하고, 지구에서 가져온 감자를 유기적 방식으로 번식시킵니다. 이를 통해 무균 상태의 레골리스를 기능성 토양으로 개량한 것이며, 이는 실제 NASA와 CIP(국제감자연구센터) 등에서 연구 중인 실험과 일치합니다.
즉, 지구의 토양은 자연 생태계의 산물인 반면, 화성의 농업은 인공적으로 생태계를 조성해야만 가능한 폐쇄형 시스템이라는 점에서 큰 차이가 있습니다.
대기와 환경 조건: 생장 환경의 급격한 차이
두 번째 차이점은 기후 및 대기 조성입니다.
지구의 대기는 질소 78%, 산소 21%, 이산화탄소 약 0.04%로 구성되어 있습니다. 햇빛, 적정한 온도, 수분 순환 등 식물 생육에 이상적인 환경을 자연스럽게 제공합니다. 대부분의 작물은 10~30℃ 사이의 기온에서 생장하고, 이산화탄소는 광합성에 꼭 필요한 원소로 작용합니다.
반면, 화성의 대기는 이산화탄소가 95%를 차지하며, 산소는 0.13%에 불과합니다. 평균 기온은 -60℃이며, 대기압은 지구의 0.6% 수준입니다. 자외선 강도도 매우 높고, 액체 상태의 물은 존재할 수 없습니다. 이런 환경에서는 어떤 식물도 자연 상태에서는 생존할 수 없습니다.
마션에서 와트니는 허버(HAB) 내부에 밀폐형 생장 환경을 조성하여 기온, 습도, CO₂ 농도 등을 인공적으로 조절합니다. 이는 마치 지구의 스마트팜이나 수직농장과 유사한 구조로, 폐쇄된 공간 안에서 LED 광원, 이산화탄소 주입기, 습도 조절기 등을 활용해 작물 재배 조건을 맞추는 방식입니다.
결국 지구의 농업은 개방형 생태계 기반의 ‘자연 농업’, '화성의 농업은 밀폐형 기술 시스템 기반의 ‘인공 농업’'이라는 본질적인 차이가 있습니다.
생물학적 순환 시스템: 미생물, 물, 자원의 재사용
지구 농업은 생물학적 순환에 크게 의존합니다. 식물이 광합성을 통해 유기물을 생성하면, 잎이나 뿌리는 미생물에 의해 분해되어 다시 토양의 양분이 됩니다. 이러한 순환은 거의 에너지 투입 없이 유지됩니다. 빗물, 뿌리 생장, 벌레와 곤충, 햇빛은 모두 자연 제공됩니다.
반면 화성 농업은 이런 순환이 없으므로, 모든 과정을 기계적·화학적으로 재현해야 합니다. 영화 속에서는 다음과 같은 기술이 적용됩니다:
- 수분 재사용: 와트니는 자신의 오줌을 정화해 식물에 공급합니다. 이는 NASA가 실제 ISS에서 사용하는 WRAS(Water Recovery and Management System)와 유사한 방식입니다.
- 광합성 CO₂ 공급: 인간이 내뱉는 이산화탄소를 활용해 감자의 광합성을 유도합니다. 이는 지구 농업에서 ‘탄소 비료’ 또는 ‘CO₂ 농도 조절’과 같은 기술적 응용 방식과 유사합니다.
- 퇴비화: 배설물을 퇴비로 사용해 유기물을 공급하고, 제한된 환경에서도 식물과 미생물의 상호작용을 유도합니다.
즉, 지구의 생물학적 순환은 무비용-고효율 시스템, 반면 화성의 농업은 고비용-인공 순환 시스템으로, 생태계 부재를 과학 기술로 대체하는 구조입니다.