踏出移民太空第一步:在火星上製造氧氣

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去年 4 月,毅力號透過獨創號無人直升機(Ingenuity)在火星上自拍。 圖片來源:NASA

去年 2 月,由美國太空總署(NASA)製造的「毅力號」火星探測器,降落在數百萬公里外的火星、赤道以北的一個貧瘠隕石坑內。除了收集岩石樣本,還首次展示了名為 MOXIE 的化學實驗:以一個多士爐般大小的鍍金工具,吸入並分解幾乎全由二氧化碳組成的火星氣體,並轉化成氧氣,讓人類向在火星建立家園的目標邁進一大步。

火星的大氣層非常稀薄,與地球相比,近乎是真空。實驗旨在於火星就地取材,重構適合人類生存的環境。製成的氧氣不但可供人類賴以為生,還可結合其他化合物產生火箭燃料,以便將來的太空人返回地球。

工程師會在不同季節和每日不同時段進行測試。因火星於日、夜間的溫差可能相距約攝氏 100 度,空氣在溫暖的白天分外稀薄,在寒冷的夜晚變得稠密;冬天時,部分大氣凝結成霜並落於兩極,降低了其他地方的氣壓;夏季時,氣壓則會上升。所以在冬季的中午,氣壓低且空氣稀薄,最難收集二氧化碳;而在盛夏的深夜則最為輕鬆。

2020 年 3 月,研究人員在實驗室中將 MOXIE 裝上火星車。 圖片來源:NASA

然而,實驗尚未曾在黎明或黃昏時進行。因這時無論是空氣密度或溫度也在急遽變化,團隊擔心二氧化碳含量突變,會令儀器在吸入氣體時受損,故將首先在地球上改用 MOXIE 的實驗室版本進行測試,但他們有信心讓 MOXIE 克服上述環境挑戰。

其他團隊則研究如何建立製造氧氣的工廠;另一團隊最近設計了一套運用等離子體,從二氧化碳中產生氧氣的方法;其他研究人員正思考如何利用火星上的額外資源,例如火星表面下的冰層,讓未來的太空人可開採並淨化冰凍的水作日常用,還可抽取水中的氫分子,製造甲烷,成為火箭推進燃料。NASA 研究原位資源利用的工程師 Julie Kleinhenz 指,能在火星製造更多基本物資,便可減輕從地球運上太空的沉重包袱。

MOXIE 的團隊還有更大的目標,希望能夠同時讓數百部儀器晝夜不停工作,就像於火星種數百棵樹般,為日後到來的太空人提供足夠的氧氣儲備。NASA 預計最快可在 2040 年代初讓太空人登上這顆紅色星球,馬斯克則希望乘搭 SpaceX 更早抵達,但仍面對資金、物理條件和宇宙輻射等限制。MOXIE 團隊在火星建設數百棵「樹」,令人類在火星建立家園的願景,似乎不再只是科幻小說的情節。