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南京大学的研究团队近期发布一份关于月球土壤的研究结果。这些由嫦娥五号于2020年取得的风化层月壤是自1978年以来的第一批新样本,经研究者之手展现了月球“用作外星基地”的潜力。

南大团队发现月壤样本内存在富含铁和钛的化合物,可作为催化剂,利用阳光以及二氧化碳和水来制造氧气与燃料。在某种意义上,月表风化层有望通过“地外光合作用”为人类的“地外基地建设”提供基本条件。

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2020年12月17日凌晨,嫦娥五号返回器携带月球土壤样品

中美等国计划于未来几十年内将人类送上月球,甚至更远的地方。为迈向新时代,科学家正设计新技术,旨在将外星表面的材料用于生命支持、燃料和基础设施——此过程被称为原位资源利用(ISRU)——而不是从地球处拖运补给,因为这将占用载人航天器的极为宝贵的空间和载重。(此前有许多研究者探索了月球ISRU的可能性,但他们都选择用地球材料模拟月壤。)

南大团队从光伏电解、光催化和光热催化三个方面对嫦娥五号月壤的人工光合成性能做出评估,并就分析结果提出可行的月球人工光合成策略,为实现所谓“零能耗”的月球生命支持系统奠定了物质基础

这里的人工光合成指的是电解水制备氧气和氢气,将二氧化碳与氢气结合以获得甲烷燃料,太阳光为反应提供能量。

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实现月球上的长期生存将是载人深空探索长征的第一座里程碑,最大程度地利用月球原位资源,包括极端环境温度(-173°C~127°C)和高强度太阳辐射,可以帮助我们在月球上建立外星基地,用于生命支持和航天器发射/制造。

水和阳光都可以从月球表面获取,月壤似乎含有能作催化剂的铁和钛;此外,在实验过程种,宇航员呼出的水蒸气和二氧化碳也可作为原料参与光合作用过程。

虽然此项研究提供了一个非常吸引人的前景,但南大团队也谨慎指出:“目前嫦娥五号月球样本的催化性能不能完全满足人类外星生存的要求。或许未来可以通过对月球土壤的结构优化、形态改进和材料复合来实现显著的改善。”

资料来源:

Scientists Developing ‘Extraterrestrial Photosynthesis’ With First Moon Samples In Decades

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