“毅力”號首次在火星制造出氧氣

趙佳明

就在2月18日，“毅力”號火星漫游車已經(jīng)在火星獨自漫游了整整兩周年，陪伴它的只有“機智”號火星直升機。在2月18日NASA發(fā)布的“毅力”號拍攝的最新一幅全景照片中，我們看到了“毅力”號裝有火星土壤、巖石樣本的鈦合金樣本管。到目前為止，“毅力”號已經(jīng)裝滿了總共38個樣本管中的18個。按照計劃，這些火星樣本將在2033年啟程送回地球。

提到火星，它可是科幻作品和人類現(xiàn)實世界中太空探索的“主要目的地”。因為火星距離地球比較近，還同地球有很多相似之處，所以我們特別關(guān)注火星。科學家甚至設(shè)想，人類可以在火星上定居。

目前來看，這聽起來有點玄——這太難了，現(xiàn)在人類在南極、北極定居還都有困難，就別說在火星定居了。其實，科學家近年在火星探索中的發(fā)現(xiàn)也許能幫個大忙——火星上可能存在液態(tài)湖泊。

火星上存在液態(tài)水？

2018年，科學家通過一些觀測數(shù)據(jù)，推測在火星南極的地表之下可能存在液態(tài)水。由意大利行星學家羅伯托·奧羅塞伊（RobertoOrosei）帶領(lǐng)的研究團隊，在“火星快車”號探測器（MarsExpress）的雷達數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了地下湖泊的證據(jù)。“火星上很可能存在生命。”奧羅塞伊說，“但我們不確定這里現(xiàn)在是否還有生命棲居。”

通過進一步研究，科學家發(fā)現(xiàn)，這里可不只有一個液態(tài)湖，周圍似乎還有3個——它們的總面積達到了75000平方千米，比重慶市的面積稍小一點。

“我們也發(fā)現(xiàn)了2018年發(fā)現(xiàn)的地下湖泊，不過在這個湖泊周圍，我們還發(fā)現(xiàn)了另外3個水體。”羅馬大學的行星學家埃萊娜·佩蒂內(nèi)利（ElenaPettinelli）說，她是這個研究團隊的成員之一，“這些地下湖泊構(gòu)成了一個復(fù)雜的水體系統(tǒng)。”

火星上可能存在液態(tài)湖泊，這不僅為火星上存在生命增添了新的證據(jù)，還讓科學家產(chǎn)生了一個新想法：這些水或許有助于人類定居火星。

分解二氧化碳VS電解水

人類定居火星首先要解決的問題就是人的呼吸。但是，火星大氣的主要成分是二氧化碳，氧氣含量太少了，因此對于人類來說，要定居火星必須有充足的氧氣。人工制氧是目前科學家研究的主要方向。

起初，科學家想要通過分解火星大氣中的二氧化碳，來生成一氧化碳和氧氣。從2021年—2022年，“毅力”號上搭載的火星氧氣原位資源利用實驗（MOXIE）裝置，在著陸后的1年多里，進行了7次實驗——每次1小時，在各種惡劣條件下穩(wěn)定制氧約15分鐘，共計50克氧氣，相當于一個宇航員100分鐘的呼吸量。但是，有的科學家認為，這種方法產(chǎn)生的氧氣似乎不大夠用，而且生成的一氧化碳還具有危險性——易燃易爆又有毒。

于是，一些科學家把目光放到了液態(tài)湖泊上——電解水成了新方案。

2020年12月，就有科學家發(fā)明了一種設(shè)備，通過電解水的方式制備氧氣。由美國圣路易斯華盛頓大學的工程師維賈伊·拉馬尼（VijayRamani）帶領(lǐng)的研究團隊不僅在地球陸地環(huán)境條件下測試了他們研發(fā)的鹽水電解系統(tǒng)，還在-36℃條件下，模擬了火星表面環(huán)境，對鹽水電解系統(tǒng)做了測試。

“我們的火星鹽水電解槽從根本上改變了前往火星甚至更遠天體的太空任務(wù)的成本核算方法。”拉馬尼說，“不僅如此，這項技術(shù)在地球上同樣適用——它讓海洋成為制備氧氣和燃料的原料。”

拉馬尼的研究團隊表示，他們開發(fā)的鹽水電解系統(tǒng)在相同功率下，產(chǎn)出的氧氣比MOXIE裝置多25倍。同時，這個系統(tǒng)還能產(chǎn)生氫氣，可作為太空旅行和火星探索的燃料。

“在這種新型鹽水電解槽中，我們采用了研究團隊開發(fā)的鉛釕酸燒綠石陽極和碳陰極，并通過金屬鉑連接兩極。”拉馬尼說，“這些精心設(shè)計的組件加上對傳統(tǒng)電化學工程原理的最優(yōu)運用，才保證系統(tǒng)具有這樣高的性能。”

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