第一次！人类在火星上造出了氧气

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当人类探索的步伐迈出地球、前往其他星球时，氧气自然是必不可少的资源。

作为距离最近的行星，火星将成为人类探索更遥远行星的前哨站。想要立足于火星，充足的氧气是必要条件。但不幸的是，在本身就稀薄的火星大气层中，96%都是二氧化碳，而氧气只占到了0.15%。因此，人类在长期驻留火星之前，必须要掌握一项能力：利用火星上的资源制造氧气。

本周，在一篇发表于《科学·进展》的论文中，由麻省理工学院（MIT）领导的团队在一项名为火星氧气原位资源利用实验（MOXIE）的任务中，首次在火星上成功制造氧气。

2021年2月，NASA发射的“毅力号”火星车登陆火星。而“毅力号”携带的一个边长不过30厘米的小型仪器，就是这项氧气制造任务的执行者。

MOXIE实验的思路是收集、利用火星大气层中丰富的二氧化碳来制造氧气资源。在实验过程中，火星的空气首先要经过一道过滤，去除其中的污染物；随后空气被压缩，通过一个电解槽。在这里，通过电化学反应，二氧化碳被分解为氧离子和一氧化碳。接下来，这些氧离子被分离、重组形成氧气分子。

MOXIE装置，从图中可以看见压缩装置以及电解槽（图片来源：参考资料[1]）

根据论文的介绍，截至2021年年底，在不同大气、季节条件下，MOXIE先后在7次实验中均成功制造氧气。每次实验，仪器在经过几个小时的“热身”后，都能在1小时内生产6克氧气，相当于地球上一棵树的水平。

尽管速率有限，但这项实验成功检验了这一思路的可行性。研究团队预计，未来在人类登陆火星之前，大规模的MOXIE实验产生氧气的速率，将相当于地球上数百棵树木的总和。这样的氧气制造能力不仅能满足抵达火星的宇航员的需求，还能为火箭再次发射返回地球提供燃料。而最新研究的进展，是通往该目标的第一步。

领导这项实验的MIT航空和航天系教授Jeffrey Hoffman介绍道：“这项实验首次验证，利用另一颗行星表面的资源、借助化学反应，可以将它们转化为人类执行任务所需的物质。从这个角度来看，这项进展是历史性的。”

MOXIE装置有望为未来的火星宇航员生产氧气（图片来源：NASA JPL-Caltech）

作为一项用于先行验证的测试，这项实验中的MOXIE与未来实际应用的装置存在一些差异：除了尺寸为微缩版，此次的装置还是间断性工作的——每一轮实验结束时关闭，到下一轮再重新开启。相比之下，未来计划的氧气工厂将能够不停歇地持续运行。

需要指出的是，火星表面的条件远比地球的更多变：不同季节的空气密度可以相差两个数量级；气温波动也有100 之多。而这项实验的一项重要意义在于，其验证了设备在各种季节下均能顺利运行。

接下来，研究团队计划提升氧气产量，尤其是在大气密度与二氧化碳浓度更高的火星春季。此外，他们还将验证MOXIE的磨损情况。如果在反复开启和关闭后仍能成功运行，表明正式系统有望如预期那样，持续运行数千小时，为离开地球家园的人类提供源源不断的氧气。

参考资料：

[1] Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE)—Preparing for human Mars exploration, Science Advances (2022). www.science.org/doi/10.1126/sciadv.abp8636

[2] MIT’s MOXIE experiment reliably produces oxygen on Mars. Retrieved Aug 31st, 2022 from https://www.eurekalert.org/news-releases/963073

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