Zaginiona lekcja - hydroponika na orbicie


 ZAGINIONA LEKCJA HYDROPONIKI
      czyli jak hodować fasolę na orbicie...

Hydroponika to bezglebowa uprawa roślin w pożywkach wodnych, co w kosmosie stanowi niewątpliwą zaletę. Na niskiej orbicie okołoziemskiej nie ma gleby, nie licząc tej, która znajduje się pokładzie statku kosmicznego. Eksperyment hydroponiczny Christy był interesujący ze względu na prostotę użytego sprzętu. Wprowadzono w nim jednak pewną wyjątkową innowację. W jednej z sześciu komór z fasolą mung zastosowano zraszanie. Pytanie brzmiało: Czy zraszanie będzie równie efektywne, co zanurzenie roślin w pożywce wodnej? Jeśli tak, zmniejszyłoby to znacznie masę wody koniecznej do wyniesienia na orbitę, co z kolei pozwoliłoby zaoszczędzić mnóstwo pieniędzy, ponieważ każdy kilogram zabierany w kosmos wiąże się z dodatkowym kosztem.

HL1  HL2 
Christa  w czasie pracy nad przygotowaniem eksperymentu hydroponicznego

Poniższy  link "Instrukcja do ćwiczenia" zaprowadzi Państwa do instrukcji opracowanej przez panią Marię Jaszczyk i jej uczniów ze Szkoły Podstawowej w Górznej i Szkoły Podstawowej w Radawnicy z myślą o wykonaniu doświadczenia w polskich realiach.
Lekcja hydroponiki na orbicie


Kliknij tutaj:
hydroponics_ground_practice.wmv (3.0 MB, plik hi-res wmv  7.1 MB)
aby obejrzeć film.

 
Podstawa programowa:
Przeprowadzanie doświadczeń i wyciąganie z nich wniosków.
Opisywanie przebiegu doświadczenia, wyjaśnianie roli użytych przyrządów.
Wyodrębnianie zjawiska z kontekstu, wskazywanie czynników istotnych i nieistotnych dla przebiegu doświadczenia.


 

Na filmie Christa zastanawia się, gdzie najlepiej umieścić komorę hydroponiczną, tak by oświetlenie pozwalało na jak najlepsze fotografowanie przebiegu eksperymentu. To istotny czynnik, ponieważ dostępne światło może mieć wpływ na wzrost rośliny. Ponieważ podczas misji rośliny mogły rosnąć tylko przez 7 dni i to przy ograniczonym oświetleniu, wszystkim sześciu nasionom fasoli pozwolono wcześniej wykiełkować, a trzem z nich rosnąć przez dwa dni przed startem.

HL2


Christa, Barbara i Bob Mayfield przeprowadzający próbę lekcji hydroponiki w komorze antygrawitacyjnej NASA na pokładzie swobodnie spadającego samolotu.
Kliknij tutaj (1 MB, plik hi-res wmv  4.0 MB) aby obejrzeć film.


Zdjęcie widoczne powyżej pochodzi z próby lekcji hydroponiki przeprowadzonej w komorze antygrawitacyjnej. Widać na nim proces uruchamiania procedury zraszania, czyli skrapiania rośliny pożywką w komorze szóstej, podczas gdy pięć pozostałych komór zawiera pożywkę w postaci płynnej. Zdjęcie poniżej pochodzi z próby eksperymentu hydroponicznego przeprowadzonej w komorze antygrawitacyjnej.



HL4
Naczynie hydroponiczne wykorzystane w eksperymencie


HL5

od lewego górnego rogu, zgodnie z ruchem wskazówek zegara:

miejsce na wzrost rośliny w kosmosie
pierścienie leksanowe
pokrywka komory (z otworem pośrodku)
rurka zraszająca
otwór doprowadzający
płynna pożywka
nylonowa siatka
włókno poliestrowe

Interpretacja na podstawie opisu Boba Mayfielda


HL6

od lewego górnego rogu, zgodnie z ruchem wskazówek zegara:

roślina
śruby mocujące pierścienie leksanowe do cylindra
jedna z dwóch śrub łączących pierścienie leksanowe za pomocą rurek
jedna z dwóch ½-calowych rurek oddzielających pierścienie leksanowe
nylonowa siatka przyklejona do dolnego (spodniego) pierścienia leksanowego
zbiornik na pożywkę
2,5 cm włókna poliestrowego umieszczonego pomiędzy pierścieniami leksanowymi
nasiono umieszczone we włóknie poliestrowym
pierścienie leksanowe


Rysunek oparty na opisie pojedynczej komory hydroponicznej Mayfielda

Hipoteza:

Wyjaśnienie spisane przez Boba Mayfielda stanowi doskonałe podsumowanie eksperymentu hydroponicznego, który Christa miała przeprowadzić na pokładzie promu Challenger. Opisane poniżej zadanie jest powtórzeniem tego eksperymentu przy użyciu łatwo dostępnych narzędzi. Po skonstruowaniu sześciu komór umieszcza się w nich sześć ziaren fasoli i traktuje je dokładnie tak, jak według opisu Boba Mayfielda traktowano je przed startem oraz jak miały być traktowane podczas tygodniowej misji.

Eksperyment hydroponiczny, którego Christa nie zdołała przeprowadzić w kosmosie, można wykonać w klasie. Wystarczy przez 7 dni raz dziennie zraszać szóstą komorę naczynia. Powyżej przedstawiamy szkic eksperymentu wykonany na podstawie pokazanych wcześniej zdjęć oraz opisu Boba Mayfielda.


Ponieważ eksperyment w wersji szkolnej nie odbywa się w stanie nieważkości, użyty sprzęt jest znacznie prostszy od zaprezentowanego powyżej. Naczynie nie musi być zamknięte od góry, tzn. liście rośliny mogą wystawać poza brzegi jej komory. Nie jest również konieczne stosowanie pierścieni leksanowych do mocowania poliestrowej siatki.


W opisie Mayfielda mowa jest tylko o pożywce dla fasoli mung w roli nawozu. Nie podaje on jej składu chemicznego. Jednak ponieważ fasola mung rośnie bardzo szybko, można użyć wody, pod warunkiem, że jej ph jest odpowiednie dla roślin. Może to być zwykła butelkowana woda ze sklepu spożywczego albo po prostu woda z kranu. Można również eksperymentować, dodając do pożywki nawóz Miracle Grow, cukier czy inny dodatek. Należy jednak pamiętać, by w każdej z komór wykorzystać roztwór o tym samym składzie, łącznie z komorą, w której stosuje się zraszanie.


Szybki wzrost fasoli mung w fazie podkiełkowywania wymaga niewielkiej ilości światła, tak że slabe oświetlenie przedziału załogowego wahadłowca nie było w tym wypadku problemem.




Materiały:

§ 6 przezroczystych butelek po napojach o pojemności ok. 500 ml
§ W jednym z 6 pojemników należy wywiercić z boku otwór na atomizer do zraszania korzeni.
§ Gaza z apteki
§ 500 g nasion fasoli mung
§ Atomizer do zraszania raz dziennie korzeni rośliny w komorze 6
§ Przezroczysta taśma klejąca do połączenia ze sobą wszystkich pojemników, tak by znajdowały się w jednej linii. Ułatwi to przeprowadzanie eksperymentu oraz porównywanie i fotografowanie roślin.
§ Nożyczki
§ Samoprzylepne etykietki – po jednej na każdy pojemnik
§ Opcjonalnie: aparat fotograficzny do codziennego fotografowania wzrostu roślin.

 

 

Procedura:

Najtrudniejszym zadaniem jest przygotowanie sześciu komór hydroponicznych. Pięć ma być identycznych, natomiast szósta ma mieć z boku na dole otwór na atomizer, który będzie raz dziennie zraszał pożywką system korzeni.


Poniżej pokazujemy, jak z półlitrowych butelek po napojach zrobić komory hydroponiczne:

1. Opróżnij butelki z napojów lub wody mineralnej, dokładnie je umyj i wypłucz.
2. Usuń wszystkie etykiety, aby dokładnie było widać wnętrze.
3. Odkręć zakrętki i wyrzuć.
4. Za pomocą nożyczek przetnij butelkę na dwie części, tak jak to pokazano na zdjęciu. Uwaga: Poproś nauczyciela lub kogoś dorosłego, aby najpierw zrobił kilka otworów na odpowiedniej wysokości butelki. Wsuń ostrzejsze ostrze nożyczek w jedną z dziurek i zacznij ciąć w poprzek butelki.
5. Obróć górną część butelki szyjką do dołu i umieść w dolnej części.
6. Taśmą klejącą dokładnie sklej brzegi obu części. Napełnij komorę wodą i sprawdź, czy miejsce sklejenia nie przecieka. W razie potrzeby dodaj kolejną warstwę taśmy.
7. Przyklej etykietkę, oznaczając ją numerem od 1 do 6.
8. Powtórz wymienione czynności dla pozostałych pięciu butelek.
9. W szóstej butelce zrób nożyczkami otwór na wysokości ok. 1 cm od dołu. Powiększ go tak, by miał średnicę ok. 1 cm. (Uwaga: Poproś o pomoc nauczyciela lub kogoś dorosłego o wycięcie otworu na atomizer do codziennego zraszania korzeni). Po każdorazowym zroszeniu korzeni zaklejaj otwór taśmą klejącą.
10. Ustaw wszystkie sześć butelek w rzędzie i sklej razem taśmą klejącą.

HL7
Proces konstrukcji komór hydroponicznych

1 – Wybierz butelkę
2- Usuń etykietę
3 – Odkręć zakrętkę
4 – Odetnij górną część
5 – Umieść odwróconą górną część butelki w części dolnej
6 – Sklej brzegi

HL8
Sześciokomorowe naczynie hydroponiczne

§ Każdy z pięciu pojemników napełnij płynną pożywką do poziomu, w którym szyjki butelek zaczynają się rozszerzać.
§ W każdej butelce nad szyjką umieść gazę, tworząc warstwę o grubości od 1 do 2,5 cm. Część gazy powinna być zwilżona płynem.
§ Potrząśnij butelką w pionie, tak, aby gaza nasiąknęła płynem.
§ Po trzech dniach podkiełkowywania poprzez umieszczenie w pożywce, trzech nasion fasoli powinny one wypuścić niewielkie kiełki. Umieść tak przygotowane nasiona na gazie w komorach 1, 2 i 3. (Uwaga: Nasiona fasoli mung powinny pozostać w pożywce przez 48 godzin od wypuszczenia pierwszych kiełków i dopiero potem umieszczone w komorach hydroponicznych). Umieść trzy niepodkiełkowane nasiona fasoli (które nie znajdowały się w pożywce przez dodatkowe 3 dni) na wilgotnej gazie w pozostałych trzech komorach.
§ Postaw naczynie hydroponiczne na oknie lub w ciągu dnia wystaw na zewnątrz na słońce. (Uwaga: podkiełkowywanie trzech nasion można przeprowadzić, rozpoczynając eksperyment trzy dni wcześniej, pozwalając im spędzić w pożywce w sumie dziewięć dni).
§ Zrób zdjęcie wszystkich sześciu komór.
§ Przez siedem dni rób codziennie o tej samej porze jedno zdjęcie.
§ Po każdorazowym zrobieniu zdjęcia obficie spryskuj wnętrze komory 6, wypełniając przestrzeń pod warstwą gazy.
§ Codziennie mierz wysokość roślin nad powierzchnią gazy i obserwuj ich wygląd. Zapisuj swoje obserwacje i przechowuj wraz z wydrukowanym zdjęciem z każdego dnia eksperymentu.


Jak przebiegałby eksperyment na pokładzie Challengera?
Aby się tego dowiedzieć, najlepiej przeprowadzić opisany eksperyment. Podczas jego trwania postaraj się znaleźć odpowiedź na następujące pytania:

§ W jaki sposób brak grawitacji wpłynąłby na funkcjonalność naczynia użytego w klasie?
§ Jak na rozwój roślin wpłynęłoby oświetlenie na pokładzie Challengera w porównaniu do oświetlenia w klasie?
§ Biorąc pod uwagę wzrost roślin po siedmiu dniach, czy naczynie hydroponiczne miało odpowiednią wielkość?
§ Przygotuj raport zawierający charakterystykę fasoli mung. Dlaczego roślina ta została wybrana do eksperymentu hydroponicznego na pokładzie Challengera?
§ Czy możliwy byłby wzrost roślin w naczyniu hydroponicznym umieszczonym w ładowni wahadłowca? Uzasadnij swoją odpowiedź.
§ Przeanalizuj eksperyment misji STS-118 w ramach programu „Nauczyciel w kosmosie”, który również obejmował konstrukcję szkolnego naczynia hydroponicznego. Dlaczego jest on łatwiejszy do wykonania i mniej skomplikowany niż eksperyment zaproponowany przez Christę w ramach misji STS-51L?
§ Porównaj naczynie hydroponiczne z lekcji Christy z komercyjnym naczyniem, które zabrano na pokład stacji kosmicznej w ramach misji STS-118.
§ Porównaj wykorzystanie nasion bazylii (STS-118) z nasionami fasoli mung (STS-51L). Czy nasiona bazylii stanowiłyby lepszy czy gorszy wybór w przypadku eksperymentu na pokładzie Challengera? Uzasadnij swoją odpowiedź.

UWAGA: Eksperyment hydroponiczny z użyciem nasion fasoli mung udało się przeprowadzić w kosmosie podczas misji STS-3, tak więc wynik zaginionej Lekcji Hydroponiki autorstwa Christy został częściowo potwierdzony już wcześniej. Uczniowie nie powinni tego wiedzieć przed udzieleniem odpowiedzi na powyższe pytania. Oto, co zaobserwowano podczas eksperymentu w ramach misji STS-3: „Nasiona fasoli mung rosły w naczyniu na pokładzie wahadłowca podczas lotu STS-3. Po ośmiu dniach mikrograwitacji większość nasion wypuściła kiełki i rosła tak samo jak w warunkach naziemnych; u kilku roślin zaobserwowano problemy z orientacją przestrzenną”.