人類要想在外太空或者其他星球生存,必須要解決資源供應問題,比如水資源。水在地球上非常常見,很普通,但在月球上卻很稀缺。月球重力弱,沒有磁場,也沒有大氣,在太陽風的作用下,水資源極難保存在月球表面,大部分水資源以冰的形式存在于月球南北兩極的陰影區內,并且量也不是太多。
水既可以供宇航員飲用,也可以在月球用來合成燃料。從地球運輸水資源到月球顯然是極不明智的選擇,成本巨大。人類將來如果要在月球建立基地,首選的地理位置就是月球南北兩極,因為在那里可以更加容易獲取水資源。為了弄清月球南極的水資源情況,我國已計劃發射嫦娥7號前往月球南極進行探索。
那未來供宇航員生活的月球基地就必須傍水而建嗎?其實也有其他選擇!我國科學家在對嫦娥5號所帶回來的月壤樣本進行研究時,發現了一種從月壤中高效制水的方法。據我國科學家介紹,一噸月壤有望能夠制取約51千克至76千克水,基本可以滿足50人一天的飲水量。這是一個重大發現,這一方法如果能夠得到應用,將使人類在月球建立基地的位置更加自由靈活,不再局限于月球南北兩極。
上世紀,美蘇兩國均從月球表面帶回了月球樣本。本世紀,我國不僅帶回了月球正面的樣本,還帶回了月球背面的樣本。迄今為止,全球就只有中美蘇三國成功完成月球采樣,并將樣本帶回了地球。
研究發現,月壤中僅含有極其微量的水,這些水主要以化合物的形式存在于斜長石、橄欖樹、輝石等月壤礦物中,含水量最多不超過0.02%,也就是說一噸月壤也就能提取不到200克水,難以在月球原位提取利用。
不過,我國科學家換了一種思路。既然水是由氫和氧這兩種元素構成的,那么能不能利用月壤中的氫元素和氧元素合成水呢?經過數年的研究,我國科學家提出了基于高溫氧化還原反應制水的新方法。
我國科學家發現,由于太陽風長驅直入,經過數十億年的輻照,月壤礦物儲存了大量的氫。特別是月壤中的鈦鐵礦,含氫量最高,每個鈦鐵礦分子可以吸附4個氫原子。當月壤被加熱至約600攝氏度的高溫后,月壤礦物中的氫將與礦物中的鐵氧化物發生氧化還原反應,生成單質鐵和大量水。然后繼續加熱至上千攝氏度,月壤便會熔化,氧化還原反應生成的大量水,便能夠以水蒸氣的形式提取出來,十分高效便捷。而且這還是一箭雙雕的大好事,既得到了水,又得到了金屬鐵。
當然,這僅是基于嫦娥5號月壤樣本得出的結論。根據我國科學家的研究,太陽輻射也會導致這種高溫氧反應緩慢發生,因此月壤礦物中的氫含量會隨著緯度的降低而減少。也就是說,月球赤道等低緯度地區的月壤應該達不到一噸50公斤的出水率。不過,只要能從月壤中提取滿足宇航員需求的水,就算是解決了大麻煩,低一些也沒多大關系。
月球作為地球的唯一天然衛星,并且是離地球最近的外星球,是人類文明探索太空,走向宇宙的前哨站。上個世紀,美蘇兩國就曾圍繞月球進行過一段時間太空競賽。幾十年后,現在各航天大國在月球又開始了競賽,目前中美兩國均已決定要在2030年前實施載人登月,俄羅斯、印度等國家也有這方面的打算。
這種月壤制水技術十分簡單,成本低廉,有了它,未來我國在月球建立基地時,水資源這個問題就再也不用擔心了。只要有充足的陽光和電力,就能源源不斷地從月壤中汲取水資源。
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