tutkijat ovat löytäneet uuden tavan, jolla tulevat Mars-tutkimusmatkailijat voisivat mahdollisesti tuottaa omaa happea.

Mars on kaukana maasta, joten hengitettävän ilman luominen paikan päällä säästäisi rahaa ja vaivaa joutuessaan kuljettamaan happea aina omalta planeetaltamme asti.

tutkimusryhmä löysi tämän uuden happea tuottavan reaktion tutkimalla komeettoja. Useimmat näistä pienistä jäisistä maailmoista ovat peräisin aurinkokunnan kaukaiselta alueelta, joka tunnetaan Oortin pilvenä, kaukana Neptunuksen radan ulkopuolella. Jos komeetan rata vie sen lähelle aurinkoa, lämpö alkaa työntää komeettajäätä avaruuteen. Tämä reaktio tuottaa pitkiä pyrstöjä, jotka voivat venyä tuhansia kilometrejä.

liittyvät: 7 suurinta Marsin mysteeriä

Pasadenassa sijaitsevan California Institute of Technologyn (Caltech) tutkijaryhmä löysi uuden tavan selittää, miten komeetat tuottavat molekulaarista happea, kaksi happiatomia, jotka tulevat yhteen muodostaen hengittävää ilmaa.

yksi jo tunnettu menetelmä on kineettisen energian kautta. Sublimoituva komeetta on vilkas ympäristö, jossa Aurinkotuuli (auringosta lähtevien hiukkasten jatkuva virta) voi työntää leijuvia vesimolekyylejä komeetan pintaan suurella nopeudella. Jos pinnalla on happea sisältäviä yhdisteitä, karisevat vesimolekyylit voivat repiä happiatomeja irti ja tuottaa molekyylihappea.

Molekyylihappea voidaan tuottaa myös hiilidioksidireaktioilla, ryhmä totesi. (Hiilidioksidi sisältää yhden hiiliatomin ja kaksi happiatomia.) Entinen Caltechin tutkijatohtori Yunxi Yao ja nykyinen Caltechin kemiantekniikan professori Konstantinos Giapis simuloivat tätä reaktiota kaatamalla hiilidioksidia kultafolioon. Koska kultafoliota ei voida hapettaa, sen ei itsessään pitäisi tuottaa molekyylihappea. Mutta kun hiilidioksidi siirtyy folioon suurella nopeudella, kultapinta säteilee molekulaarista happea.

”Tämä tarkoitti sitä, että hapen molemmat atomit tulevat samasta CO2-molekyylistä, hajottaen sen tehokkaasti poikkeuksellisella tavalla”, Caltechin edustajat sanoivat lausunnossaan.

ymmärtääkseen paremmin, miten hiilidioksidi voi hajota molekyylihapeksi, Caltechin kemian professori Tom Miller ja tutkijatohtori Philip Shushkov loivat tietokonesimulaation.

yksi haaste reaktion mallintamisessa on se, että reagoivat molekyylit ovat hyvin ”innoissaan”, eli ne värähtelevät ja pyörivät monimutkaisella tavalla, tutkijat sanoivat.

”yleensä innostuneet molekyylit voivat johtaa epätavalliseen kemiaan, joten aloitimme siitä”, Miller sanoi lausunnossa. ”Mutta yllätykseksemme kiihtynyt tila ei luonut molekyylihappea. Sen sijaan molekyyli hajosi muiksi tuotteiksi.”

sen sijaan tutkijat havaitsivat, että äärimmäisen ”taipuneita” hiilidioksidimolekyylejä — sellaisia, joilla on epätavallinen geometria — voidaan luoda ilman, että hiilidioksidi jännittää. Tämä puolestaan tuottaisi happea.

kun Yao ja Giapis hajottivat hiilidioksidimolekyylit kultafolioon, ne latasivat yksittäiset hiilidioksidimolekyylit sähköisesti ja kiihdyttivät niitä sähkökentän avulla. Giapisin mukaan reaktio voi kuitenkin tapahtua myös hitaammalla nopeudella, mikä voi selittää sen, miksi Marsin kaasukehässä leijuu jonkin verran happea.

”kivellä voisi heittää tarpeeksi nopeutta johonkin CO2: een ja saavuttaa saman asian”, hän sanoi lausunnossaan. ”Sen pitäisi kulkea suunnilleen yhtä nopeasti kuin komeetta tai asteroidi kulkee avaruudessa.”

liittyvät: Miten Marsissa eläminen saattoi aiemmin haastaa uudisasukkaat

, tutkijat arvelivat, että Marsin pieni ilmakehän happipitoisuus syntyy todennäköisesti sen jälkeen, kun Auringosta tuleva ultraviolettivalo osuu hiilidioksidimolekyyleihin punaisen planeetan ilmassa. Giapis esittää kuitenkin teorian, jonka mukaan Marsin happea voisi syntyä myös silloin, kun ilmakehässä suureen nopeuteen kiihdytetyt pölyhiukkaset törmäävät hiilidioksidimolekyyleihin.

giapisin käyttämä reaktori on hyvin heikkotuottoinen, sillä se tuottaa vain yhden tai kaksi happimolekyyliä jokaista kiihdyttimen läpi kulkevaa 100 hiilidioksidimolekyyliä kohti. Giapis sanoi kuitenkin, että ehkä hänen reaktoriaan voitaisiin jonakin päivänä muokata niin, että astronautit saisivat hengitettävää ilmaa Marsiin. Ja maapallolla, reaktori voi olla hyödyllinen vetää hiilidioksidia (joka on myös voimakas kasvihuonekaasu, ja tärkein tekijä ilmaston lämpenemisen) pois ilmakehästä ja muuntaa sen hapeksi.

” onko se lopullinen laite? Ei. Onko se laite, joka voi ratkaista Marsin ongelman? Ei”, hän sanoi. ”Mutta se on laite, joka voi tehdä jotain, joka on hyvin vaikeaa. Teemme hulluja asioita tämän reaktorin kanssa.

Yaon johtamaan tutkimukseen perustuva tutkimus julkaistiin viime viikolla Nature Communications-lehdessä.

NASA aikoo muuten antaa happea tuottavalle teknologialle koeajon Marsissa. Moxie-niminen teknologia-demonstraattori (Mars Oxygen in situ resource utilization Experiment) lentää viraston vuoden 2020 Mars-Mönkijän kyytiin, jonka on määrä laukaista ensi kesänä ja laskeutua punaiselle planeetalle helmikuussa 2021. MOXIE jakaa ilmakehän hiilidioksidia sähkökemiallisesti, ja NASA haluaa nähdä, voisiko menetelmää skaalata tukemaan ihmisiä punaisella planeetalla.

• Mars Myths & harhaluulot: Quiz
• a Crewed Mars Mission: How NASA Could Do It
• NASA ’ s Mars Rover 2020 Mission in Pictures (Gallery)

Follow Elizabeth Howell Twitterissä @howellspace. Seuraa meitä Twitterissä @Spacedotcom ja Facebook.