Реактор, вдохновлённый кометой, добудет для людей кислород на Марсе и Луне

Новая разработка поможет генерировать кислород для жизнедеятельности космонавтов, а также пригодится для улучшения экологической обстановки на Земле.

Фото Caltech.

Учёные стремятся обеспечить будущих покорителей новых миров всем необходимым – жильём, пищей и материалами. Но остаётся нерешённым фундаментальный вопрос: чем участники грядущих космических миссий будут дышать?

Земля – единственный мир (из известных на сегодняшний день), в атмосфере которого жизненно важный газ содержится в той форме и в тех количествах, какие необходимы для нашего дыхания.

Напомним, что мы дышим молекулярным кислородом (O2). Космическое пространство его лишено, и даже на других планетах с плотной атмосферой трудно отыскать живительные молекулы. (Марс, к примеру, давно испытывает "кислородное голодание".)

Вариант транспортировки кислорода с Земли специалисты не рассматривают: это крайне затратно и рискованно (запасов может попросту не хватить для долгосрочных экспедиций).

В связи с этим учёные ищут различные способы получения кислорода в "походных" космических условиях.

Любопытный вариант предложила команда из Калифорнийского технологического института (Калтеха). Исследователи создали реактор, который превращает углекислый газ в молекулярный кислород.

Принцип кажется простым как всё гениальное: всего-то и нужно, что взять углекислый газ (CO2) и удалить углерод (С). Но разорвать ковалентную полярную связь, которая скрепляет атомы кислорода и углерода, не так-то легко.

Чтобы молекулы углекислого газа расстались с кислородом, ими нужно бомбардировать инертную поверхность, например, золотую фольгу. При столкновении с ней молекула CO2 "расколется", в результате чего образуется молекулярный кислород и атомарный углерод (как показано на анимации ниже).

По словам команды Калтеха, новый реактор работает аналогично ускорителю заряженных частиц. Молекулы CO2 сначала ионизируются (получают заряд), потом ускоряются с помощью электрического поля, а затем врезаются в золотую поверхность.

Пока "урожай" молекулярного кислорода довольно скудный: запуская в реактор сотню молекул CO2, можно получить одну-две молекулы O2.

Тем не менее исследователи считают свою концепцию жизнеспособной и планируют в дальнейшем доработать и усовершенствовать реактор.

Любопытно, что принцип получения молекулярного кислорода учёным в буквальном смысле подсказал сам космос, а точнее, космическое тело – небезызвестная комета 67Р/Чурюмова–Герасименко.

Зонд "Розетта", в 2016 году завершивший миссию "поцелуем" с ней, собрал немало ценных данных. В частности, обнаружил в коме небесного тела молекулярный кислород.

Команда Калтеха предположила, что эти молекулы "выпадали" из соединений, которые врезались в комету на высоких скоростях. Главными кандидатами на эту роль были молекулы воды. Когда они испаряются с поверхности кометы, солнечные ветры подхватывают, ускоряют их и направляют обратно к небесному телу. Теоретически в ходе такой бомбардировки мог образоваться молекулярный кислород.

Кометы, однако, также выделяют углекислый газ. Поэтому учёные решили проверить, может ли он быть источником молекулярного кислорода при аналогичном сценарии.

Эксперименты и компьютерное моделирование подтвердили возможность получения молекулярного кислорода таким способом, и учёные приступили к разработке реактора. (К слову, позднее специалисты установили истинное происхождение кислорода, найденного на поверхности кометы Чурюмова–Герасименко.)

В заключение авторы работы отмечают, что их реактор может быть полезен не только для космических, но и для земных нужд. В частности, речь идёт об очищении атмосферы от углекислого газа и преобразовании его в кислород. Предполагается, что это поможет в борьбе с климатическими изменениями, вызванными загрязнением, которое достигло чудовищных масштабов.

Более подробное описание новой разработки учёных из Калтеха содержится в статье, опубликованной в журнале Nature Communications.

Напомним, что авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали и о других любопытных способах добычи кислорода. Для покорителей Красной планеты, к примеру, специалисты из разных стран предложили сразу несколько вариантов, и в том числе ещё один способ выудить живительные молекулы из углекислого газа. Другая интересная разработка – искусственный лист, который генерирует кислород в процессе фотосинтеза.