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太空旅行的供氧好幫手?

新型反應爐直接從二氧化碳剝出氧分子

人體呼吸作用賴以為生的氧是“雙原子氧”,然而這種形式的氧在太空中幾乎不存在,如果我們去外太空,勢必得攜帶製氧設備。不過加州理工學院團隊受到彗星啟發,從中發現一種新的化學反應,可以讓我們直接從二氧化碳剝出氧分子,雖然離太空旅行夢還很遠,但或許有機會成為太空中生成氧氣的好幫手。

(圖源:互聯網)

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雖然氧是宇宙中豐度第三高的元素,僅居氫、氦之下,但只有剛好在標準溫度和壓力下,兩個氧原子會自然鍵合形成無色無味的雙原子氧(O2),也就是可供人體細胞呼吸作用的氧氣,太空中基本上沒有雙原子氧。即便在其他具有濃厚大氣的行星上,可能也很難尋獲雙原子氧,至於通常出現在低地軌道高度的單原子氧,更足以對太空飛行器造成腐蝕。

也就是說,如果我們要到地球之外的星球旅行甚至生存,必須自行攜帶昂貴、笨重且有期限的製氧設備才能出太空,有人談及想將火星變成第二個地球,那是非常宏觀的夢想,NASA 都坦承以如今技術不可能辦到這件事。

因此,科學家一直在尋找各式各樣產生氧氣的方法。由加州理工學院化學工程教授 Konstantinos Giapis 領導的團隊,則是從羅塞塔號探測器(Rosetta)著陸分析的楚留莫夫-格拉希門克彗星(67P 彗星)得到靈感,可建立一個將二氧化碳轉化為分子氧和原子碳的反應爐。

羅塞塔號當初從 67P 彗星氣體中發現了分子氧的存在,讓科學界大感意外,一些解釋認為應該是氧氣被鎖在岩石中長達數十億年,直到靠近太陽後昇華釋出。但 2017 年時,加州理工學院團隊提出另一種解釋:也許是種全新的化學反應,雙原子氧可能是由高速撞擊彗星的其他化合物所產生。

Konstantinos Giapis 指出,大多數化學反應都需要能量驅動產生(通常是熱量),當能量改以動能提供時,似乎可以引發一些不尋常的反應,比如當水分子像一顆極小的子彈被射到含有氧氣的表面上,比如沙子、鏽鐵時,水分子就會扯下氧並生成分子氧。

同理,當彗星釋出水分子或二氧化碳後,強烈的太陽風將它們撞回彗星,過程就有可能因此創造出分子氧,為了確認這件事,團隊設計一個讓 CO2 分子撞擊金箔惰性表面的實驗。照理說,金箔的惰性表面不能被氧化,自然也不會形成氧分子,然而事實是,研究團隊發現 O2 分子持續從金箔表面排出,這表明雙原子氧來自二氧化碳分子。

這也就是加州理工學院反應爐的靈感來源。團隊表示,反應爐的工作方式類似粒子加速器(只是能量沒那麼高),首先將 CO2 分子電離,接著使用電場加速離子撞擊,就能得到分子氧,雖然目前技術的收益率可以說相當低:每 100 個 CO2 分子只能創造出 1至2 個氧分子,但顯然科學家正在源源不絕的灌輸新想法◆

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