2023 年 2 月 18 日，NASA 發(fā)布了“毅力”號(hào)拍攝的最新照片。（圖片來(lái)源：NASA）

就在幾天前的 2 月 18 日，“毅力”號(hào)火星漫游車已經(jīng)在火星獨(dú)自漫游了整整兩周年，陪伴它的只有“機(jī)智”號(hào)火星直升機(jī)。在 2 月 18 日 NASA 發(fā)布的“毅力”號(hào)拍攝的最新一幅全景照片中，我們看到了“毅力”號(hào)裝有火星土壤、巖石樣本的鈦合金樣本管。到目前為止，“毅力”號(hào)已經(jīng)裝滿了總共 38 個(gè)樣本管中的 18 個(gè)。按照計(jì)劃，這些火星樣本將在 2033 年啟程送回地球。

文 / 趙佳明

制作/《科學(xué)焦點(diǎn)》編輯部

提到火星，它可是科幻作品和人類現(xiàn)實(shí)世界中的太空探索的“主要目的地”。因?yàn)榛鹦蔷嚯x地球比較近，還同地球有很多相似之處，所以我們特別關(guān)注火星?？茖W(xué)家甚至設(shè)想，人類可以在火星上定居。

目前來(lái)看，這聽(tīng)起來(lái)有點(diǎn)玄 —— 這太難了，現(xiàn)在人類在南極、北極定居還都有困難，就別說(shuō)在火星定居了。其實(shí)，科學(xué)家近年在火星探索中的發(fā)現(xiàn)也許能幫個(gè)大忙 —— 火星上可能存在液態(tài)湖泊。

火星上存在液態(tài)水？

2018 年，科學(xué)家通過(guò)一些觀測(cè)數(shù)據(jù)，推測(cè)在火星南極的地表之下可能存在液態(tài)水。由意大利行星學(xué)家羅伯托?奧羅塞伊（Roberto Orosei）帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)，在“火星快車”號(hào)探測(cè)器（Mars Express）的雷達(dá)數(shù)據(jù)中發(fā)現(xiàn)了地下湖泊的證據(jù)?！盎鹦巧虾芸赡艽嬖谏眾W羅塞伊說(shuō)，“但我們不確定這里現(xiàn)在是否還有生命棲居?！?/p>

“火星快車”號(hào)探測(cè)器拍攝的照片。科學(xué)家通過(guò)分析雷達(dá)數(shù)據(jù)，推測(cè)在這片區(qū)域存在地下湖泊（白色色塊區(qū)域）。

通過(guò)進(jìn)一步研究，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，這里可不只有一個(gè)液態(tài)湖，周圍似乎還有 3 個(gè) —— 它們的總面積達(dá)到了 75000 平方千米，比重慶市的面積稍小一點(diǎn)。

“我們也發(fā)現(xiàn)了 2018 年發(fā)現(xiàn)的地下湖泊，不過(guò)在這個(gè)湖泊周圍，我們還發(fā)現(xiàn)了另外 3 個(gè)水體，”羅馬大學(xué)的行星學(xué)家埃萊娜?佩蒂內(nèi)利（Elena Pettinelli）說(shuō)，她是這個(gè)研究團(tuán)隊(duì)的成員之一，“這些地下湖泊構(gòu)成了一個(gè)復(fù)雜的水體系統(tǒng)。”

火星上可能存在液態(tài)湖泊，這不僅為火星上存在生命增添了新的證據(jù)，還讓科學(xué)家產(chǎn)生了一個(gè)新想法：這些水或許有助于人類定居火星。

人們?cè)O(shè)想的未來(lái)火星基地，這是人類定居火星的第一步。

分解二氧化碳 VS 電解水

人類定居火星首先要解決的問(wèn)題就是人的呼吸。但是，火星大氣的主要成分是二氧化碳，氧氣含量太少了，因此對(duì)于人類來(lái)說(shuō)，要定居火星必須有充足的氧氣。人工制氧是目前科學(xué)家研究的主要方向。

起初，科學(xué)家想要通過(guò)分解火星大氣中的二氧化碳，來(lái)生成一氧化碳和氧氣。從 2021 年 —2022 年，“毅力”號(hào)上搭載的火星氧氣原位資源利用實(shí)驗(yàn)（MOXIE）裝置，在著陸后的 1 年多里，進(jìn)行了 7 次實(shí)驗(yàn) —— 每次 1 小時(shí)，在各種惡劣條件下穩(wěn)定制氧約 15 分鐘，共計(jì) 50 克氧氣，相當(dāng)于一個(gè)宇航員 100 分鐘的呼吸量。但是，有的科學(xué)家認(rèn)為，這種方法產(chǎn)生的氧氣似乎不大夠用，而且生成的一氧化碳還具有危險(xiǎn)性 —— 易燃易爆又有毒。

于是，一些科學(xué)家把目光放到了液態(tài)湖泊上 —— 電解水成了新方案。

2020 年 12 月，就有科學(xué)家發(fā)明了一種設(shè)備，通過(guò)電解水的方式制備氧氣。由美國(guó)圣路易斯華盛頓大學(xué)的工程師維賈伊?拉馬尼（Vijay Ramani）帶領(lǐng)的研究團(tuán)隊(duì)不僅在地球陸地環(huán)境條件下測(cè)試了他們研發(fā)的鹽水電解系統(tǒng)，還在-36 ℃條件下，模擬了火星表面環(huán)境，對(duì)鹽水電解系統(tǒng)做了測(cè)試。

電解槽的示意圖（圖片來(lái)源：PNAS）

“我們的火星鹽水電解槽從根本上改變了前往火星甚至更遠(yuǎn)天體的太空任務(wù)的成本核算方法?！崩R尼說(shuō)，“不僅如此，這項(xiàng)技術(shù)在地球上同樣適用 —— 它讓海洋成為制備氧氣和燃料的原料?！?/p>

拉馬尼的研究團(tuán)隊(duì)表示，他們開(kāi)發(fā)的鹽水電解系統(tǒng)在相同功率下，產(chǎn)出的氧氣比 MOXIE 裝置多 25 倍。同時(shí)，這個(gè)系統(tǒng)還能產(chǎn)生氫氣，可作為太空旅行和火星探索的燃料。

“在這種新型鹽水電解槽中，我們采用了研究團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的鉛釕酸燒綠石陽(yáng)極和碳陰極，并通過(guò)金屬鉑連接兩極?！崩R尼說(shuō)，“這些精心設(shè)計(jì)的組件加上對(duì)傳統(tǒng)電化學(xué)工程原理的最優(yōu)運(yùn)用，才保證系統(tǒng)具有這樣高的性能?！?/p>

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