隨着太空探索的進步，我們最近看到大量時間和金錢被投入到能夠有效利用太空資源的技術上。而在這些努力的前沿，尋找在月球上生產氧氣的最佳方式始終是重中之重。今年10月份，根據“阿爾特彌斯”(Artemis）重返月球計劃，美國宇航局(NASA)與澳大利亞航天局簽署了一項協議，將後者製造的一輛月球車送上月球，目標是收集月球岩石，最終研究為月球提供可呼吸的氧氣。
月球克拉維斯隕石坑內的景象
雖然月球確實有大氣層，但它非常稀薄，主要由氫、氖和氬組成，這不是那種可以維持人類等哺乳動物依賴氧氣生存的氣體混合物。
也就是說，月球上實際上有充足的氧氣，只是它不是氣態的。相反，這些氧氣被困在覆蓋月球表面的岩石和微塵層里。如果我們能從中提取氧氣，這足以維持月球上生活的人類生存嗎？
氧可以在我們周圍地下的許多礦物中找到，而月球大部分是由在地球上能找到的岩石組成的。硅、鋁、鐵鎂氧化物等礦物質幫助塑造了月球的景觀。所有這些礦物質都含有氧氣，但不是以人類可以直接呼吸的形式存在。
在月球上，這些礦物以幾種不同的形式存在，包括堅硬的岩石、塵埃、礫石和覆蓋在月球表面的石頭。這種物質是幾千年來隕石撞擊月球表面形成的結果。
有些人把月球表層稱為“月球土壤”，但許多土壤學家對此有異議。他們認為，土壤是一種非常神奇的東西，只有在地球上才有。它是大量生物在土壤的母物質（風化層，源自堅硬的岩石)中繁衍生息了數百萬年而形成的。
其結果是形成了原始岩石中沒有的礦物基質。地球土壤具有顯著的物理、化學和生物特性。同時，月球表面的物質基本上是原始原狀的風化層。
月球的表層由大約45%的氧氣組成，但氧氣與上面提到的礦物質緊密結合在一起。為了打破這些牢固的紐帶，我們需要投入能源。
在月球表面部署儀器的宇航員
如果你了解電解，你可能會對這個過程很熟悉。在地球上，這種工藝通常用於製造，比如生產鋁。電流通過電極流過液態氧化鋁（通常稱為氧化鋁），將鋁從氧中分離出來。
在這種情況下，氧氣是作為副產品出現的。而在月球上，氧氣將是主要產品，提取的鋁（或其他金屬）將是潛在有用的副產品。這是個相當簡單的過程，但有一個問題：它非常耗能。為了維持可持續發展，需要得到太陽能或月球上其他可用能源的支持。
從月球表層中提取氧氣也需要大量的工業設備。我們需要首先將固體金屬氧化物轉化為液體，要麼是通過加熱，要麼是通過加熱與溶劑或電解質相結合的方法。我們在地球上擁有這樣的技術，但將這類設備搬到月球上併產生足夠的能源來運行它，將是一個巨大的挑戰。
今年早些時候，總部位於比利時的初創公司Space Applications Services宣布正在建造三個實驗反應堆，以改進通過電解製造氧氣的過程。他們預計到2025年將這項技術送上月球，作為歐洲航天局就地資源利用(ISRU）任務的一部分。
那麼，當我們真的成功完成上述準備工作時，月球實際上能提供多少氧氣呢？事實證明，數量非常大。如果我們忽略束縛在月球更深的堅硬岩石材料中的氧氣，只考慮表面很容易接觸到的風化層，我們可以得出個大概數字。
平均每立方米月球表層含有1.4噸礦物質，其中包括約630公斤氧氣。NASA表示，人類每天需要呼吸大約800克氧氣才能維持生存。因此，630千克的氧氣可以維持一個人大約兩年的生命。
假設月球風化層的平均深度約為10米，且我們可以從中提取所有氧氣，這意味着月球表面就將提供足夠的氧氣，供養地球上所有80億人大約10萬年。這還取決於我們如何有效地提取和利用氧氣。不管怎麼說，這個數字都相當驚人！