具有歷史意義的“火星實驗”以1棵地球樹的速度生產氧氣

據CNET報道，當美國宇航局（NASA）的機器人“毅力號”探測器去年向火星發射時，它帶來了一個叫做“火星氧氣原位資源利用實驗”(MOXIE)的金色小盒子。從那時起，MOXIE一直在從稀薄的火星空氣中製造氧氣。

而根據周三發表在《科學進展》雜誌上的一項研究，這個裝置背後的團隊證實，MOXIE一直工作得很好，事實上，它的氧氣產出率與一棵普通地球樹的產出率相當。

到2021年底，大量的數據顯示，MOXIE在七個獨立的實驗運行中，以及在各種大氣條件下，成功地達到了每小時6克的氧氣目標輸出。這包括白天和夜晚，不同的火星季節和其他類似的情況。

麻省理工學院海斯塔克天文台MOXIE任務的主要研究人員Michael Hecht在一份新聞稿中說：“我們唯一沒有證明的是在黎明或黃昏時分運行，當時溫度正在發生重大變化。我們確實有一張王牌，可以讓我們做到這一點，一旦我們在實驗室里進行測試，我們就可以達到最後一個里程碑，表明我們真的可以隨時運行。”

對於科學家和航天機構來說，MOXIE的承諾尤其令人振奮，因為提議的宇航員火星探險的時間表，對於學習如何保證未來紅色星球太空探險者的安全來說，期限迫在眉睫。

例如，SpaceX首席執行官埃隆-馬斯克的人類登陸火星的目標似乎是2029年，而NASA自己即將進行的Artemis I 登月任務是為了給計劃在2030年代或2040年代進行的火星考察鋪平道路。MOXIE副首席研究員、麻省理工學院教授Jeffrey Hoffman在一份新聞稿中說：“為了支持人類的火星任務，我們必須從地球上帶來很多東西，如計算機、宇航服和棲息地。但是糟糕的舊氧氣？如果你能做到這一點，那就去做吧 — 你已經領先於遊戲了。”

就目前而言，MOXIE是超級小的（它基本上只有一個烤麵包機大小），但這有可能是一件好事。這意味着，如果科學家們能夠以某種方式擴大圖案立方體的尺寸，MOXIE可以每小時製造的氧氣遠遠超過6克。

Hecht說：“我們已經學到了大量的知識，這將為未來更大規模的系統提供參考。”

研究人員表示，也許有一天，它最終可以以幾百棵樹的速度生產氧氣，從而在宇航員到達火星后維持他們的生命，並為需要這種生命元素的火箭提供燃料，將船員帶回地球。

Hecht在去年NASA的一份新聞稿中說：“宇航員如果在火星表面呆上一年，他們之間可能會使用一噸。但是，根據航天局的說法，在未來的任務中讓四名宇航員離開火星表面將需要大約15000磅（約7噸）的火箭燃料和55000磅（約25噸）的氧氣。從地球上帶來所有這些氧氣將是超級昂貴和低效的。”

因此，正如霍夫曼所說，為什麼不直接在乾旱的星球上製造所有的氧氣呢？

MOXIE是如何工作的？

在火星上，MOXIE正在積極地將火星大氣中的二氧化碳–該元素佔了高達96%–轉化為可呼吸的氧氣。

一個小小的化學常識是，二氧化碳分子是由一個碳原子和兩個氧原子組成的。但是MOXIE中的一個儀器，稱為固體氧化物電解器，可以在科學家感興趣的那些二氧化碳分子中收穫氧氣位。一旦完成，所有自由漂浮的氧氣顆粒就會重新組合成O2，也就是有兩個氧原子的分子，也就是我們所知道和喜愛的那種氧氣。

Hoffman說：“這是第一次展示實際利用另一個行星體表面的資源，並將其化學地轉化為對人類任務有用的東西。從這個意義上說，它是歷史性的。”

在這個過程中，需要使用超高的熱量–達到大約1470華氏度（800攝氏度）的溫度–這也是讓MOXIE擁有獨特的金色塗層的迷人原因。

就像NASA開創性的詹姆斯-韋伯太空望遠鏡（JWST）一樣，MOXIE必須被遮擋住紅外線的熱量，因為它本身就是用熱來操作的。金色塗層正是這樣做的，事實上，JWST的反射鏡也因為這個原因而塗有金色塗層。

接下來，MOXIE團隊打算證明MOXIE在更密集的條件下工作得很好，比如即將到來的下一次運行，將在“一年中密度最高的時候”發生。Hecht說：“我們將把一切都設置得儘可能高，並讓它儘可能長時間地運行。”