“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(dú)自漫游了整整兩周年，陪伴它的只有“機(jī)智”號火星直升機(jī)。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(shí)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?？茖W(xué)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(diǎn)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(shí)，科學(xué)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(xué)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(xué)家羅伯托·奧羅塞伊（RobertoOrosei）帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊，在“火星快車”號探測器（MarsExpress）的雷達(dá)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了地下湖泊的證據(jù)?！盎鹦巧虾芸赡艽嬖谏??！眾W羅塞伊說，“但我們不確定這里現(xiàn)在是否還有生命棲居?！?/p>

通過進(jìn)一步研究，科學(xué)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(dá)到了75000平方千米，比重慶市的面積稍小一點(diǎn)。

“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(xué)的行星學(xué)家埃萊娜·佩蒂內(nèi)利（ElenaPettinelli）說，她是這個研究團(tuán)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)?！?/p>

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(xué)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(xué)家研究的主要方向。

起初，科學(xué)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(shí)驗（MOXIE）裝置，在著陸后的1年多里，進(jìn)行了7次實(shí)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(dāng)于一個宇航員100分鐘的呼吸量。但是，有的科學(xué)家認(rèn)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(xué)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(xué)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(xué)的工程師維賈伊·拉馬尼（VijayRamani）帶領(lǐng)的研究團(tuán)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(yuǎn)天體的太空任務(wù)的成本核算方法?！崩R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?！?/p>

拉馬尼的研究團(tuán)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(tuán)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?！崩R尼說，“這些精心設(shè)計的組件加上對傳統(tǒng)電化學(xué)工程原理的最優(yōu)運(yùn)用，才保證系統(tǒng)具有這樣高的性能?！?/p>

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