製氧機的全名叫做「火星在地資源利用製氧實驗」Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment (MOXIE)。圖片來源:NASA/JPL-Caltech

殖民火星第一步?

殖民火星第一步?

殖民火星第一步?

NASA 旗下的噴射推進實驗室才於 4 月 19 日首度在火星完成直升機的起降,隔天又達成另一項創舉:在火星上製造氧氣。

我覺得這件事的意義更加重大,因為這代表以後太空人到火星可以就地獲取氧氣,而不用擔心所攜帶的氧氣不足,便能在火星上停留得更久。此外,所製造的氧氣也可以供火箭燃燒燃料,讓太空人從火星起飛,返回地球。伊隆.馬斯克殖民火星的計畫目前是有去無回的單程票,以後或許就可以來回對飛了。

這聽起來很科幻,但其實製造氧氣的方法不是什麼黑科技。基本上就是將二氧化碳加熱到攝氏 800 度後,通過「鈧安定氧化鋯」 (Scandia-stabilized Zirconia, ScSZ) 這種固態電解質,分解成氧原子與一氧化碳,然後兩個氧原子再互相結合成氧氣。

火星上的大氣 96% 都是二氧化碳,所以有源源不絕的製氧原料可以就地取材;這也是為什麼這部製氧機的全名叫做「火星在地資源利用製氧實驗」(the Mars Oxygen In-Situ Resource Utilization Experiment),簡稱MOXIE(註)。麥特戴蒙主演的電影《絕地救援》(The Martian) 中也有這樣的製氧機,原著小說有描述它的運作原理,完全一模一樣。

 

MOXIE 製氧機。圖片來源:維基共享資源 (Wikimedia Commons)
麥特戴蒙主演的電影《絕地救援》。圖片來源:IMDb

MOXIE 並不大,長寬各 24 公分,高 31 公分,相當於汽車電池的大小,所以製造的氧氣也有限,每小時最多只能製造 10 克的氧氣,大概夠一個太空人呼吸 20 分鐘。這樣的製氧效率當然不夠一天所需的氧氣,但既然證明這個技術在火星上可行,將來就可以把更大型的 MOXIE 運到火星,大量製造氧氣。

據 NASA 估算,要讓四位太空人脫離火星表面,至少需要 7 噸的燃料和 25 噸的氧氣。要從地球多載這麼大的負重到火星,雖然技術上並非不可能,但成本考量上就是不可行。如果可以在火星就地製造氧氣,那麼只需一噸重的 MOXIE,可以製造出 25 噸的氧氣,這就可行多了。

那麼,有可能利用 MOXIE 把火星的大氣環境,變成像地球一樣可以直接生活在其中嗎?這樣人類就不用穿著太空衣,便能任意在火星上到處探索開墾,真正的殖民火星。

「外星環境地球化」(terraforming) 是很多科幻小說與電影的夢想,例如《紅火星》(Red Mars)、《綠火星》(Green Mars)、《藍火星》(Blue Mars) 三巨冊組成的「火星三部曲」,或是阿諾史瓦辛格主演的電影《魔鬼總動員》(Total Recall),都設想火星變成適宜人類居住的環境。

這些幻想也不是天馬行空,畢竟地球大氣中原本也沒有氧氣,直到三十幾億年前藍綠藻出現,才透過光合作用製造出大量氧氣。MOXIE 吸入二氧化碳,吐出氧氣,植物也是如此,難道不能在火星上栽種植物,改變火星大氣?

理論上當然可以,但是火星的大氣密度只有地球的百分之一,所以就算把火星上的二氧化碳都轉換成氧氣,也不足以供人類呼吸。即使把封存在表層岩石和極地乾冰狀態的二氧化碳釋放出來,估計頂多只會增加三倍,根本無濟於事。馬斯克認為可以用核彈炸開深層岩石,釋出更多二氧化碳,但這樣的量是否足夠仍是個疑問。

無論如何,改變火星大氣是件太遙遠的事,人類得先成功登陸火星再說。按照馬斯克的樂觀估計,我們可能在 2026 年就能目睹此一重大里程碑了。

註:MOXIE 這個簡稱可不是隨便亂取,你如果查字典會發現它有「活力」的意思,所以用來做為製氧機的簡稱還蠻貼切的。不過,原本英文裡並沒有這個字,直到 1876 年美國出現一個名為「Moxie Never Food」的提神飲料,號稱原料萃取自南美洲一種神秘植物(其實就是龍膽根),後來 moxie 便成為普通名詞,代表活力、勇氣。

那這家飲料廠商為什麼想到 moxie 這個字?原來這在美洲原住民阿布納基族 (Abenaki) 的話中是「黑水」的意思,用來稱呼緬因州的某些河與湖。因為 Moxie 飲料是黑褐色,於是就用阿布納基族這個詞,增加神秘性。

Moxie 提神飲料。圖片來源:維基共享資源 (Wikimedia Commons)
  • 標題圖片:NASA「火星 2020」任務成員正在安裝 MOXIE 製氧機至火星車漫遊上。圖片來源:NASA/JPL-Caltech。
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