受彗星啟發 科學家發現製造氧氣新法

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【大紀元2019年05月29日訊】(大紀元記者晨曦編譯)人類需要氧氣才能生存,但地球之外卻幾乎不存在氧氣。因此,氧氣生成器便成了科幻小說中不可或缺的內容。

不過也不是沒有例外,比如彗星噴出的氣體中就含有氧分子。這種氧氣的來源曾一度是個謎,直到兩年前加州理工學院化學工程教授Konstantinos P. Giapis及同事們提出一種從未發現的化學反應過程。

據sciencebulletin.org網站報導,通過對彗星的研究,Giapis和化學教授Tom Mille近期已證實了這種氧氣生成的化學反應,並認為該發現有助於人類對宇宙的探索。該研究發表在近期出版的《自然通訊》(Nature Communications)期刊上。

大多數化學反應都需要能量,這種能量通常以熱量形式提供。但Giapis發現,提供動能也會觸發一些不尋常的反應。當水分子像微型子彈一樣被射到含氧表面(如沙子或鐵鏽)時,水分子會將氧「扯下」形成氧分子。水分子從表面蒸發後被太陽風加速,再以高速撞回彗星時,同樣的反應就在彗星上發生了。

彗星能排放二氧化碳(CO2),因此,當發現從彗星噴出的氣流中含有氧分子時,科學家們設想:在與彗星表面發生碰撞時,CO2是否也會產生類似水的反應?

該團隊設計了一種實驗,讓CO2撞擊在金箔的惰性表面上,金箔的惰性表面不會被氧化,也不應產生氧分子。但實驗結果卻顯示,金箔表面持續釋放出氧分子。這意味著兩個氧原子都來自同一個CO2分子。

「我們當時認為,將CO2分子的兩個氧原子結合在一起是不可能的,因為CO2是一種線性分子,你必須將其嚴重彎曲才能做到這一點,」Giapis說。不過,該團隊通過實驗最終證實,在不激發分子的情況下能夠形成嚴重彎曲的CO2並產生氧分子。

Giapis設計了一種實驗設備,其工作方式類似粒子加速器,通過給予電荷將CO2分子轉化為離子,再用電場將其加速,只不過是其能量比粒子加速器中的能量低得多。但他也表示,這並不是發生該反應所必需的裝置。

「你可以把一塊石頭以足夠快的速度扔向CO2並獲得同樣結果。」Giapis表示,「它需要以彗星或小行星的速度穿越太空。」

該發現也解釋了在火星大氣層中為何存在少量氧氣。有人猜測,氧氣是由太陽紫外線照射到CO2而產生,但Giapis認為,那些氧氣產生於高速塵埃顆粒與CO2分子的碰撞。

在Giapis看來,團隊用於實驗的反應器裝置經過升級後應該能夠發揮更大的實際作用,比如作為宇航員未來在火星上氧氣的來源,或者將溫室氣體CO2從地球的大氣層中分離並變成氧氣,從而應對氣候變化。不過就目前用於實驗的反應器來看,要實現這兩種應用,都還有很長的路要走。◇

責任編輯:朱涵儒

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