Wissenschaftler haben einen neuen Weg gefunden, wie zukünftige Marsforscher möglicherweise ihren eigenen Sauerstoff erzeugen könnten.Der Mars ist weit von der Erde entfernt, daher würde die Möglichkeit, vor Ort atmungsaktive Luft zu erzeugen, Geld und Mühe sparen, Sauerstoff von unserem eigenen Planeten zu transportieren.

Ein Forschungsteam entdeckte diese neue Sauerstoff erzeugende Reaktion, indem es Kometen untersuchte. Die meisten dieser kleinen Eiswelten stammen aus einem entfernten Bereich des Sonnensystems, der als Oortsche Wolke bekannt ist und weit außerhalb der Umlaufbahn von Neptun liegt. Wenn die Umlaufbahn eines Kometen ihn nahe an die Sonne bringt, beginnt die Hitze, Kometeneis in den Weltraum zu schieben. Diese Reaktion erzeugt lange Schwänze, die sich über Tausende von Kilometern erstrecken können.

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Ein Forscherteam des California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena hat einen neuen Weg gefunden, um zu erklären, wie Kometen molekularen Sauerstoff erzeugen, die beiden Sauerstoffatome, die zusammenkommen, um atmungsaktive Luft zu bilden.

Eine bereits bekannte Methode ist die kinetische Energie. Ein sublimierender Komet ist eine geschäftige Umgebung, in der der Sonnenwind (der konstante Strom von Partikeln, die von der Sonne ausgehen) schwimmende Wassermoleküle mit hoher Geschwindigkeit in die Oberfläche des Kometen drücken kann. Wenn sich sauerstoffhaltige Verbindungen auf der Oberfläche befinden, können pflegende Wassermoleküle Sauerstoffatome abreißen und molekularen Sauerstoff produzieren.

Molekularer Sauerstoff kann auch durch Kohlendioxidreaktionen hergestellt werden, fand das Team heraus. (Kohlendioxid enthält ein einzelnes Kohlenstoffatom und zwei Sauerstoffatome. Der ehemalige Caltech-Postdoktorand Yunxi Yao und der derzeitige Caltech-Professor für Chemieingenieurwesen Konstantinos Giapis simulierten diese Reaktion, indem sie Kohlendioxid in Goldfolie einschlugen. Da Goldfolie nicht oxidiert werden kann, sollte sie selbst keinen molekularen Sauerstoff produzieren. Wenn jedoch Kohlendioxid mit hoher Geschwindigkeit in die Folie eindringt, emittiert die Goldoberfläche molekularen Sauerstoff.

„Dies bedeutete, dass beide Sauerstoffatome aus demselben CO2-Molekül stammen und es effektiv auf außergewöhnliche Weise spalten“, sagten Vertreter von Caltech in einer Erklärung.Um besser zu verstehen, wie Kohlendioxid in molekularen Sauerstoff zerfallen kann, haben Caltech-Chemieprofessor Tom Miller und Postdoktorand Philip Shushkov eine Computersimulation erstellt.Eine Herausforderung bei der Modellierung der Reaktion besteht darin, dass die reagierenden Moleküle sehr „angeregt“ sind, was bedeutet, dass sie auf komplexe Weise vibrieren und rotieren, sagten die Forscher.“Im Allgemeinen können angeregte Moleküle zu ungewöhnlicher Chemie führen, also haben wir damit begonnen“, sagte Miller in der Erklärung. „Aber zu unserer Überraschung erzeugte der angeregte Zustand keinen molekularen Sauerstoff. Stattdessen zersetzte sich das Molekül in andere Produkte.“

Vielmehr entdeckten die Wissenschaftler, dass extrem „verbogene“ Kohlendioxidmoleküle — solche mit ungewöhnlicher Geometrie — erzeugt werden können, ohne das Kohlendioxid anzuregen. Dies wiederum würde Sauerstoff produzieren.

Als Yao und Giapis die Kohlendioxidmoleküle in Goldfolie einschlugen, ladeten sie die einzelnen Kohlendioxidmoleküle elektrisch auf und beschleunigten sie dann mit einem elektrischen Feld. Giapis sagte jedoch, dass die Reaktion auch langsamer ablaufen könnte, was erklären könnte, warum etwas Sauerstoff hoch in der Marsatmosphäre schwimmt. „Man könnte einen Stein mit genügend Geschwindigkeit auf etwas CO2 werfen und dasselbe erreichen“, sagte er in der Erklärung. „Es müsste ungefähr so schnell reisen wie ein Komet oder Asteroid durch den Weltraum.“

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Früher dachten Wissenschaftler, dass die winzige Konzentration von Luftsauerstoff auf dem Mars wahrscheinlich erzeugt wird, nachdem ultraviolettes Licht von der Sonne auf Kohlendioxidmoleküle in der Luft des Roten Planeten trifft. Giapis theoretisiert jedoch, dass Marssauerstoff auch erzeugt werden könnte, wenn Staubpartikel, die in der Atmosphäre auf hohe Geschwindigkeit beschleunigt werden, auf Kohlendioxidmoleküle treffen.

Der von Giapis verwendete Reaktor ist sehr ertragsarm und erzeugt nur ein oder zwei Sauerstoffmoleküle pro 100 Kohlendioxidmoleküle, die durch den Beschleuniger strömen. Giapis sagte jedoch, dass sein Reaktor vielleicht eines Tages modifiziert werden könnte, um atmungsaktive Luft für Astronauten auf dem Mars zu erzeugen. Und auf der Erde kann der Reaktor nützlich sein, um Kohlendioxid (das auch ein starkes Treibhausgas und der Haupttreiber der globalen Erwärmung ist) aus der Atmosphäre zu ziehen und in Sauerstoff umzuwandeln.

„Ist es ein endgültiges Gerät? Nein. Ist es ein Gerät, das das Problem mit dem Mars lösen kann? Nein „, sagte er. „Aber es ist ein Gerät, das etwas tun kann, das sehr schwer ist. Wir machen einige verrückte Dinge mit diesem Reaktor.“

Ein auf der Forschung basierendes Papier unter der Leitung von Yao wurde letzte Woche in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlicht.

Übrigens ist die NASA dabei, Sauerstoff erzeugende Technologie auf dem Mars zu testen. Ein Technologiedemonstrator namens MOXIE (Mars Oxygen In situ Resource Utilization Experiment) wird an Bord des Mars-Rovers 2020 der Agentur fliegen, der nächsten Sommer starten und im Februar 2021 auf dem Roten Planeten landen soll. MOXIE wird atmosphärisches Kohlendioxid elektrochemisch spalten, und die NASA möchte sehen, ob die Methode skaliert werden kann, um Menschen auf dem Roten Planeten zu unterstützen.

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