毅力号首次在火星制造出氧气，靠这种方法，可以定居火星吗

2023 年 2 月 18 日，NASA 发布了“毅力”号拍摄的最新照片。（图片来源：NASA）

就在几天前的 2 月 18 日，“毅力”号火星漫游车已经在火星独自漫游了整整两周年，陪伴它的只有“机智”号火星直升机。在 2 月 18 日 NASA 发布的“毅力”号拍摄的最新一幅全景照片中，我们看到了“毅力”号装有火星土壤、岩石样本的钛合金样本管。到目前为止，“毅力”号已经装满了总共 38 个样本管中的 18 个。按照计划，这些火星样本将在 2033 年启程送回地球。

文 / 赵佳明

制作/《科学焦点》编辑部

提到火星，它可是科幻作品和人类现实世界中的太空探索的“主要目的地”。因为火星距离地球比较近，还同地球有很多相似之处，所以我们特别关注火星。科学家甚至设想，人类可以在火星上定居。

目前来看，这听起来有点玄 —— 这太难了，现在人类在南极、北极定居还都有困难，就别说在火星定居了。其实，科学家近年在火星探索中的发现也许能帮个大忙 —— 火星上可能存在液态湖泊。

火星上存在液态水？

2018 年，科学家通过一些观测数据，推测在火星南极的地表之下可能存在液态水。由意大利行星学家罗伯托?奥罗塞伊（Roberto Orosei）带领的研究团队，在“火星快车”号探测器（Mars Express）的雷达数据中发现了地下湖泊的证据。“火星上很可能存在生命，”奥罗塞伊说，“但我们不确定这里现在是否还有生命栖居。”

“火星快车”号探测器拍摄的照片。科学家通过分析雷达数据，推测在这片区域存在地下湖泊（白色色块区域）。

通过进一步研究，科学家发现，这里可不只有一个液态湖，周围似乎还有 3 个 —— 它们的总面积达到了 75000 平方千米，比重庆市的面积稍小一点。

“我们也发现了 2018 年发现的地下湖泊，不过在这个湖泊周围，我们还发现了另外 3 个水体，”罗马大学的行星学家埃莱娜?佩蒂内利（Elena Pettinelli）说，她是这个研究团队的成员之一，“这些地下湖泊构成了一个复杂的水体系统。”

火星上可能存在液态湖泊，这不仅为火星上存在生命增添了新的证据，还让科学家产生了一个新想法：这些水或许有助于人类定居火星。

人们设想的未来火星基地，这是人类定居火星的第一步。

分解二氧化碳 VS 电解水

人类定居火星首先要解决的问题就是人的呼吸。但是，火星大气的主要成分是二氧化碳，氧气含量太少了，因此对于人类来说，要定居火星必须有充足的氧气。人工制氧是目前科学家研究的主要方向。

起初，科学家想要通过分解火星大气中的二氧化碳，来生成一氧化碳和氧气。从 2021 年 —2022 年，“毅力”号上搭载的火星氧气原位资源利用实验（MOXIE）装置，在着陆后的 1 年多里，进行了 7 次实验 —— 每次 1 小时，在各种恶劣条件下稳定制氧约 15 分钟，共计 50 克氧气，相当于一个宇航员 100 分钟的呼吸量。但是，有的科学家认为，这种方法产生的氧气似乎不大够用，而且生成的一氧化碳还具有危险性 —— 易燃易爆又有毒。

于是，一些科学家把目光放到了液态湖泊上 —— 电解水成了新方案。

2020 年 12 月，就有科学家发明了一种设备，通过电解水的方式制备氧气。由美国圣路易斯华盛顿大学的工程师维贾伊?拉马尼（Vijay Ramani）带领的研究团队不仅在地球陆地环境条件下测试了他们研发的盐水电解系统，还在-36 ℃条件下，模拟了火星表面环境，对盐水电解系统做了测试。

电解槽的示意图（图片来源：PNAS）

“我们的火星盐水电解槽从根本上改变了前往火星甚至更远天体的太空任务的成本核算方法。”拉马尼说，“不仅如此，这项技术在地球上同样适用 —— 它让海洋成为制备氧气和燃料的原料。”

拉马尼的研究团队表示，他们开发的盐水电解系统在相同功率下，产出的氧气比 MOXIE 装置多 25 倍。同时，这个系统还能产生氢气，可作为太空旅行和火星探索的燃料。

“在这种新型盐水电解槽中，我们采用了研究团队开发的铅钌酸烧绿石阳极和碳阴极，并通过金属铂连接两极。”拉马尼说，“这些精心设计的组件加上对传统电化学工程原理的最优运用，才保证系统具有这样高的性能。”

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