目前的火星大气层对地球人来说根本不友好。它非常薄，密度比地球低 100 多倍，主要由二氧化碳组成。任何试图呼吸它的人很快就会发现自己根本无法呼吸。
但在那个尘土飞扬、干燥的外星球上，一个比公文包大一点的小型仪器一直在可靠地从火星大气中抽出可呼吸的氧气。
这是首次演示在另一个星球上处理供人类使用的就地资源，为人类前往这颗红色星球的任务创造出一种可以产生可呼吸空气的方法。
它被称为莫西(它安装在美国宇航局毅力号火星车的腹部，使用一种称为电解的过程将火星二氧化碳分解成一氧化碳和氧气。
研究人员表示，从 2021 年 2 月毅力号着陆到 2021 年底，MOXIE 产生了七次氧气，并将继续这样做。
“这是第一次实际利用另一个行星体表面的资源，并将它们通过化学方式转化为对人类任务有用的东西，”前 NASA 宇航员兼 MOXIE 副首席研究员杰弗里·霍夫曼 (Jeffrey Hoffman) 说道麻省理工学院的。
“从这个意义上说，这是历史性的。”
通过电解生产氧气并不是什么新鲜事。例如，国际空间站使用电解来将水分解成氢气和氧气，从而补充其呼吸空气的供应。
然而，在火星上，如果有其他方法可用，那么以这种方式使用水可能太珍贵了。
幸运的是，氧气是许多化合物的组成部分，其中包括约占火星大气 96% 的二氧化碳：一种由一个碳原子和两个氧原子组成的分子。
将二氧化碳电化学还原成其组成元素的过程已得到充分研究、已知和理解；面临的挑战是在地球上开发一种仪器，能够利用现有的原料在火星上做到这一点。
MOXIE 的氧气生产是一个多步骤的过程。
首先，它通过过滤器吸入火星空气，并将其擦洗干净。然后，净化后的火星空气被压缩、加热，并通过固体氧化物电解槽 (SOXE)。电解槽将二氧化碳分解成一氧化碳和氧离子，一氧化碳被排放回火星大气中。
然后氧离子重新结合成 O2或分子氧，然后测量其数量和纯度，然后再次排出。
科学家们已经确定，这个过程确实产生了可呼吸的氧气。经过几个小时的预热后，每次实验运行 1 小时，然后关闭一段时间。在这1小时的操作中，MOXIE是设计的产生最多 10 克——大约可供一名宇航员 20 分钟呼吸的氧气。
在七次运行中，MOXIE 每次都会产生 5.4 至 8.9 克分子氧，总计 49.9 克。
由于火星的温度和空气密度变化很大，不仅从白天到黑夜，而且在一年四季的变化中，MOXIE 需要能够在广泛的温度和空气密度范围内运行。
在七次运行中，MOXIE 能够在各种条件下产生氧气：白天、夜间和全年。
“我们唯一没有演示的是在黎明或黄昏时跑步，此时温度发生了很大变化，”MOXIE 首席研究员 Michael Hecht 说道麻省理工学院海斯塔克天文台。
“我们确实有一张王牌可以让我们做到这一点，一旦我们在实验室中进行测试，我们就可以达到最后一个里程碑，以证明我们真的可以随时运行。”
当然，理想情况下，目标是建立一个可以持续运行的生命支持系统，因为这就是人们需要呼吸的方式。它需要比 MOXIE 大得多：一个由宇航员组成的小团队，Hecht说去年，火星上一年将需要约一吨可呼吸氧气。
这还不包括返航所需的推进剂氧气——团队计算出，此次任务总共需要 500 吨氧气。
团队在 MOXIE 运营第一年所学到的知识将为这个更大系统的开发提供信息……但仍有很长的路要走。
下一次实验将在一年中大气最稠密的时候进行。然后，研究小组表示，他们将尽最大努力推动仪器，以尝试产生尽可能多的氧气。
这不仅会展示 MOXIE 的能力，还会展示其局限性，进而有助于为最终的载人火星任务建造更强大的机器。
这将解决难题的一个重要部分，不仅使宜居的地方更加欢迎人类，而且确保他们安全返回家园。
“为了支持人类登陆火星的任务，我们必须从地球带来很多东西，比如计算机、宇航服和栖息地，”霍夫曼说。
“但是愚蠢的老氧气？如果你能到达那里，那就去吧——你已经领先了。”
该研究发表于科学进步。
