太空旅行的供氧好幫手？新型反應爐直接從二氧化碳剝出氧分子

人體呼吸作用賴以為生的氧是「雙原子氧」，然而這種形式的氧在太空中幾乎不存在，如果我們去外太空，勢必得攜帶製氧設備。不過加州理工學院團隊受到彗星啟發，從中發現一種新的化學反應，可以讓我們直接從二氧化碳剝出氧分子，雖然離太空旅行夢還很遠，但或許有機會成為太空中生成氧氣的好幫手。

雖然氧是宇宙中豐度第三高的元素，僅居氫、氦之下，但只有剛好在標準溫度和壓力下，兩個氧原子會自然鍵合形成無色無味的雙原子氧（O2），也就是可供人體細胞呼吸作用的氧氣，太空中基本上沒有雙原子氧。即便在其他具有濃厚大氣的行星上，可能也很難尋獲 O2，至於通常出現在低地軌道高度的單原子氧，更足以對太空飛行器造成腐蝕。

也就是說，如果我們要到地球之外的星球旅行甚至生存，必須自行攜帶昂貴、笨重且有期限的製氧設備才能出太空，有人談及想將火星變成第二個地球，那是非常宏觀的夢想，NASA 都坦承以如今技術不可能辦到這件事。

因此，科學家一直在尋找各式各樣產生氧氣的方法。由加州理工學院化學工程教授 Konstantinos Giapis 領導的團隊，則是從羅塞塔號探測器（Rosetta）著陸分析的楚留莫夫－格拉希門克彗星（67P 彗星）得到靈感，可建立一個將二氧化碳轉化為分子氧和原子碳的反應爐。

羅塞塔號當初從 67P 彗星氣體中發現了分子氧的存在，讓科學界大感意外，一些解釋認為應該是氧氣被鎖在岩石中長達數十億年，直到靠近太陽後昇華釋出。但 2017 年時，加州理工學院團隊提出另一種解釋：也許是種全新的化學反應，雙原子氧可能是由高速撞擊彗星的其他化合物所產生。

▲ 楚留莫夫－格拉希門克彗星。（Source：ESA/Rosetta/NAVCAM, CC BY-SA IGO 3.0 [CC BY-SA 3.0-igo], via Wikimedia Commons）

Konstantinos Giapis 指出，大多數化學反應都需要能量驅動產生（通常是熱量），當能量改以動能提供時，似乎可以引發一些不尋常的反應，比如當水分子像一顆極小的子彈被射到含有氧氣的表面上，比如沙子、鏽鐵時，水分子就會扯下氧並生成分子氧。

同理，當彗星釋出水分子或二氧化碳後，強烈的太陽風將它們撞回彗星，過程就有可能因此創造出分子氧，為了確認這件事，團隊設計一個讓 CO 2 分子撞擊金箔惰性表面的實驗。照理說，金箔的惰性表面不能被氧化，自然也不會形成氧分子，然而事實是，研究團隊發現 O 2 分子持續從金箔表面排出，這表明雙原子氧來自二氧化碳分子。

這也就是加州理工學院反應爐的靈感來源。團隊表示，反應爐的工作方式類似粒子加速器（只是能量沒那麼高），首先將 CO 2 分子電離，接著使用電場加速離子撞擊，就能得到分子氧，雖然目前技術的收益率可以說相當低：每 100 個 CO 2 分子只能創造出 1～2 個氧分子，但顯然科學家正在源源不絕的灌輸新想法。

新論文發表在《自然通訊》期刊（Nature Communications）。

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（首圖來源：加州理工學院）