地球的资源和人口容量有限,当人类的数量达到阈值时,在外太空进行移民是必不可少的阶段,考虑到当下科技水平有限,而宇宙中恒星与恒星的距离又动辄几光年,目前来看短时间内人类移民的目标只能放在太阳系内。
放眼整个太阳系,只有火星符合人类生存的一些基本条件,但令人头疼的是,人类作为碳基生物,生存的首要条件就是氧气和水源,成功在富含二氧化碳的火星上持续制造出氧气,每次运行时制造氧气的速度达到了每小时6克,这大约是地球上一颗普通树的产氧水平,相关成果已经发布在了《科学进展》杂志上。
火星原位资源利用实验(MOXIE)是一个安装在毅力号火星探测器上的设备,它通过从火星上的大气中提取二氧化碳,然后再转换成氧,这个过程中不需要任何额外的投入,无论是在极端的温度下还是在恶劣的沙尘暴后,MOXIE都可以夜以继日的不停生产高纯度的氧气。
氧气可以说是人类移民的火星的最大难点之一,MOXIE的成果让我们看到了希望,改造火星大气真的可以易如反掌吗?
2020年7月30日,毅力号火星车从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军基地升空,七个月后降落在火星杰泽罗陨石坑内,它此行的任务是寻找火星上过去存在的生命,并进行一些科学实验,为未来移民火星做准备。
火星原位资源利用实验就是其中一个,它是一个边长仅有30厘米的小型仪器,也是氧气制造任务的执行者。
MOXIE的思路是收集并利用火星自身丰富的二氧化碳来制造氧气,它首先通过泵和压缩机从大气中吸入火星空气,其中大约95%都是二氧化碳,首先这些空气会经过一道过滤,去除其中的污染物。
随后空气被压缩,并利用加热器把空气温度提升到800℃,送入固体氧化物电解槽,通过在电化学电池的两个极性相反的电极之间注入电流MOXIE在一个火星年**启动了七次,火星的大气比地球更多变,空气密度在一年的不同时间最高可以有两倍的差异,空气温度也会有上下100摄氏度的波动。
为了观察MOXIE在火星大气不同条件时的产量变化,它每次都会被安排在白天或晚上的不同时间,或者不同的季节启动,结果表明,MOXIE可以在火星的不同条件下都顺利进行氧气的生产。
研究团队正在寻找一种更大的装置,并且在人类登陆火星任务之前送上火星,现在的MOXIE每次启动之前都要预热几个小时,一氧化碳对人类是一种有害气体,它进入人体后,会与血红蛋白可逆性结合,引起人体缺氧,并阻碍体内二氧化碳排出,最终引起中毒。
未来更多的MOXIE就意味着更多的一氧化碳,人类所需要的氧气和它排放的一氧化碳成正比,这显然不是一个良性循环。
除此之外,制造出能够支持人类任务的氧气数量,大约需要一个MOXIE连续工作400天,而迄今为止,MOXIE每次运行只持续一个小时,并且如果要制造更大版本的MOXIE,还要更好的管理内部的温度,确保设备可以均匀加热,这也是一大技术难题之一。
移民其他星球建立人类第二家园的道路是漫长且艰巨的,未来还会有更多的困难需要克服,不过这次的MOXIE实验首次验证了利用另一颗行星的表面资源,借助化学反应,可以把它们转换为人类所需要的物质,可以说是一个历史性的进展。