Các nhà khoa học đã nghĩ ra nhiều phương pháp trồng trọt trong không gian, ví dụ như thủy canh (trồng cây trực tiếp trong nước) và khí canh (phun sương dinh dưỡng trong không khí). Tuy nhiên, cả hai phương pháp này đều tốn kém, nên các nhà nghiên cứu cũng đang tìm hiểu phương pháp truyền thống hơn - trồng cây trực tiếp trên đất Mặt Trăng và Sao Hỏa.
Do mẫu đất từ các sứ mệnh Apollo đã bị nhiễm ẩm, và việc thu thập mẫu mới quá tốn kém, các nhà khoa học đã sử dụng đất nhân tạo do phòng thí nghiệm Exolith tạo ra, dựa trên mẫu vật từ sứ mệnh Apollo 16 năm 1972. Mẫu đất Sao Hỏa được tái tạo dựa trên dữ liệu từ tàu thăm dò Curiosity.
Laura Lee, nghiên cứu sinh tại Đại học Bắc Arizona chia sẻ với Space.com: "Điều thú vị là cây trồng trên đất Mặt Trăng phát triển tốt hơn so với đất Sao Hỏa. Chúng tôi ban đầu nghĩ sẽ ngược lại".
Vào cuối năm 2023, Lauren và nhóm của cô đã hoàn thành "sứ mệnh Mặt Trăng" kéo dài 2 tuần tại Trung tâm Mô phỏng và Tương tự Thám hiểm Không gian Hawaii trên đảo Mauna Loa. Trong sứ mệnh này, họ đã thử nghiệm nhiều khía cạnh khác nhau của dự án, từ sự phát triển của thực vật trong môi trường Mặt Trăng mô phỏng đến những tác động tâm lý của cuộc sống biệt lập.
Trung tâm mô phỏng nằm trên đỉnh một ngọn núi lửa, cung cấp cho người tham gia một môi trường Mặt Trăng thực tế để khám phá. Môi trường sống mô phỏng ngoài Trái Đất bao gồm một mái vòm khép kín rộng 366 m2 với không gian sống chung, phòng tắm, bếp, phòng thí nghiệm, khoang khí mô phỏng và khoang kỹ thuật. Được bao quanh bởi vật liệu núi lửa và không có con người, bạn sẽ có cảm giác như đang ở một hành tinh khác.
Mặc dù đất Sao Hỏa giàu nitơ - một thành phần thiết yếu cho sự sống của thực vật, nhưng các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng đất ở đây quá đặc và sét, hạn chế lượng oxy đến rễ cây.
Nhóm nghiên cứu đã thử nghiệm với phân bón Milorganite, được làm từ vi sinh vật xử lý nước thải. Ý tưởng này nhằm giải quyết cùng lúc hai vấn đề của các khu định cư ngoài Trái Đất: xử lý chất thải và tạo phân bón mà không cần nhập từ Trái Đất.
Tuy nhiên, kết quả sơ bộ cho thấy việc tái chế chất thải con người trên Mặt Trăng và Sao Hỏa không đơn giản như dự đoán. Ngô trồng trên đất Sao Hỏa với vi khuẩn xử lý nước thải chỉ có tỷ lệ sống sót 33,3%, trong khi ngô trồng với phân đạm thuần túy đạt 58,8%.
Nghiên cứu đang tiếp tục với bông cải xanh, bí, đậu và cỏ linh lăng để xem các loại cây này có phản ứng tốt hơn ngô hay không. Cỏ linh lăng cho kết quả khả quan trên cả hai loại đất và có thể được sử dụng làm phân bón trong tương lai.
Để một khu định cư trên Sao Hỏa có thể tự túc được, cần phải nhập một lượng lớn thực phẩm trong giai đoạn đầu. Theo một nghiên cứu năm 2019, phải mất khoảng 100 năm Sao Hỏa mới có thể tự cung tự cấp, trong khi NASA ước tính một khu định cư trên Mặt Trăng chỉ cần vài thập kỷ.
Tuy nhiên, sống trên Mặt Trăng cũng có nhiều thách thức. Do không có khí quyển, Mặt Trăng dễ bị thiên thạch nhỏ va chạm. Bụi bị tung lên không lắng xuống do trọng lực yếu, có thể làm hỏng máy móc. Cây trồng cũng cần được bảo vệ khỏi bức xạ mặt trời.
Một số nhà khoa học đang nghiên cứu khả năng "cải tạo" Sao Hỏa bằng cách làm nóng bề mặt hành tinh để tạo môi trường sống trong vòng chưa đến một thế kỷ. Chi phí ước tính khoảng 1 tỷ USD mỗi năm để tăng nhiệt độ Sao Hỏa lên 1°C, với mục tiêu đạt khoảng 30°C để cây trồng phát triển tốt. Dù chi phí lớn, đây vẫn là phương án rẻ hơn các giải pháp khác hiện có.
Một dự án do Australia dẫn đầu nhằm trồng cây trên Mặt Trăng dự kiến sẽ được thực hiện vào năm 2025. Cây trồng và hạt giống được cất giữ trong một khoang được thiết kế cẩn thận sẽ thực hiện chuyến đi dài 380.000 km trên tàu đổ bộ lên Mặt Trăng của Intuitive Machines.
Sứ mệnh "thúc đẩy làm vườn" trên Mặt Trăng của Australia (Aleph)" - là một trong những sứ mệnh lên Mặt Trăng đầu tiên do quốc gia này dẫn đầu và đang được công ty khởi nghiệp Lunaria One thực hiện, hợp tác với các viện nghiên cứu, tổ chức phi lợi nhuận và các đối tác trong ngành.
Lauren Fell, giám đốc Lunaria One, cho biết trong khi sản xuất thứ gì đó "sống, tươi và xanh" để các phi hành gia ăn trên Mặt Trăng - và sau đó là sao Hỏa - là một trong những mục tiêu cuối cùng của sứ mệnh, thì thử nghiệm đầu tiên là liệu cây trồng có thể sống sót hay không. "Chúng sẽ cần phải chịu được quá trình lưu trữ lâu dài tại bệ phóng, rung động mạnh trong quá trình cất cánh và các điều kiện khắc nghiệt của Mặt Trăng, bao gồm nhiệt độ khoảng - 120 độ C", Lauren Fell cho biết.
