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毅力號首次在火星制造出氧氣,,靠這種方法,,可以定居火星嗎

2023-02-24
來源:SF中文
關(guān)鍵詞: 毅力號 火星 氧氣 火星土壤

2023 年 2 月 18 日,NASA 發(fā)布了“毅力”號拍攝的最新照片,。(圖片來源:NASA)

就在幾天前的 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,。

文 / 趙佳明

制作/《科學(xué)焦點》編輯部

提到火星,它可是科幻作品和人類現(xiàn)實世界中的太空探索的“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(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(Roberto Orosei)帶領(lǐng)的研究團隊,,在“火星快車”號探測器(Mars Express)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,。”

“火星快車”號探測器拍攝的照片,??茖W(xué)家通過分析雷達(dá)數(shù)據(jù),推測在這片區(qū)域存在地下湖泊(白色色塊區(qū)域),。

通過進一步研究,,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,。

“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(Elena Pettinelli)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),?!?/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,。

人們設(shè)想的未來火星基地,這是人類定居火星的第一步,。

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(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(Vijay Ramani)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。

電解槽的示意圖(圖片來源:PNAS)

“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,。”

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?!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)運用,才保證系統(tǒng)具有這樣高的性能,?!?/p>




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