美科學家擬用微波從月球提取液態水(圖)


美印兩國月球探測器日前發現了月球表面有水的最新證據

據《新科學家》雜誌報導,美印兩國月球探測器日前發現了月球表面有水的最新證據,這不僅有助於維持登月宇航員的生存所需,還可以推動載人火星探測任務。在這種情況下,如何從月表提取液態水便成了一個十分現實的問題。美宇航局正在開發的一種微波設備有望實現這一目標。

印度"月船一號"和美宇航局"卡西尼"號和"深度撞擊"等三個月球探測器發現了吸收某種波長的紅外光的跡象,這表明要麼是水要麼是羥基的存在。羥基是一種由一個氫原子和一個氧原子構成的分子。在南北兩極發現的水的信號比較低緯度發現的水信號更強烈。

太陽風質子(氫離子)與月球土壤中的氧原子結合,會不斷產生這些分子。彗星撞擊還可能給月球帶來水。由彗星或太陽風產生的水會隨時間慢慢擴散至月球南北兩極的永久陰影帶,科學家最近測量發現這些地帶比冥王星的溫度還低。美國布朗大學天文學家卡爾·佩特斯(Carle Pieters)說"一旦月球上有了水,終有一天會顯露出來。"佩特斯領導的一個美宇航局研究小組為印度"月船一號"開發了很多測量儀器。

佩特斯在接受《新科學家》雜誌採訪時表示,迄今為止,月表的水量並不多,打個比方,棒球場那麼大的一片月球土壤,可能僅有"一杯水"。不過,如果可以獲取到這些水,宇航員便有了在月球上生存所需的飲用水,同時還能從中分離出氧和氫,用以製造返回地球所需的燃料。

這將大大降低航天發射成本,因為在從地球上發射航天器時,可以少加裝一些燃料。在月球上生產的火箭燃料甚至可以幫助我們實施載人火星探測任務。鑒於月球引力更小,從月球表面實施火星發射任務,要比從地球上實施這種任務消耗更少的能量。位於得克薩斯州休斯敦的月球與行星研究所的研究人員保羅·斯普斯蒂說:"這將徹底改變航天飛行模式。這就好比在太空建造一條橫跨大陸的鐵路。"

我們如何才能獲取以極少的水冰形式封存於月球土壤中的水呢?根據美宇航局馬歇爾太空飛行中心的埃德溫·伊斯里奇(Edwin Ethridge)和阿拉巴馬大學的威廉姆·卡烏勒(William Kaukler)的研究成果,一種微波裝置可以做到這一點,他們早在2006年就提出了這項技術。他們使用普通的微波爐對模擬月球土壤進行處理,將土壤溫度冷卻至零下150攝氏度。

接著,他們將土壤保持在真空狀態下,模擬月球條件,結果發現,使用微波將土壤加熱至零下50攝氏度,便會出現水冰升華現象,即從固態直接轉變為水汽。這樣,原本散佈於土壤高壓微孔中的水汽便進入到低壓真空管內。在月球上,這些水汽可通過置於月球土壤上方的金屬盤進行收集。據卡烏勒介紹,升華出來的水汽作為霜凍濃結於金屬盤上,然後,"你可以將金屬盤上的霜凍收集起來。"

在高溫條件下烘焙和處理乾燥月球土壤也可能會釋放出氧原子和氫原子,用以製造火箭燃料或其他的用途。不過,斯普蒂斯指出,這種方法耗費的時間和精力是從月球的水資源中提取氧原子和氫原子的百倍左右,"然而,隨著科學技術的不斷發展,這一切會變得更簡單、更划算和更快速。"

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