Что происходит с кислородом, когда он попадет в космос? И что будет если накачать космос кислородом?(хоть это и не возможно)
С кислородом ничего особенного не происходит, его молекулы просто разлетаются в разные стороны, т.к. обладают некоторой начальной скоростью теплового движения. Поскольку в межзвездном пространстве отсутствуют химически активные вещества в концентрации, достаточной для потенциальной встречи с молекулами кислорода, то вероятнее всего никакие химические реакции молекулам кислорода в обозримом будущем не грозят.
Если рассмотреть судьбу одной конкретной молекулы, то она будет лететь в первоначальном направлении, пока не попадет в гравитационное поле какой-нибудь планеты или звезды, на поверхности которой уже вполне вероятно атомы нашей молекулы могут вступить в шальную химическую реакцию в «местными» атомами и жизнь ее продолжится уже в виде окисла.
Еще по пути к звезде молекула кислорода может столкнуться с фотоном от этой или другой звезды, что может привести сначала к распаду молдекулы на два атома кислорода, а при повторном столкновении к выбиванию электрона из атома (фотоэффект) и возбуждению атома либо к рассеянию фотона. А если фотон будет обладать очень высокой энергией, то возможно расщепление ядра, что приведет к появлению нового атома.
Что касается «накачать космос кислородом», то в условиях реального эксперимента ничего интересного не произойдет, независимо от количества выпущенного газа. Поскольку Вселенная бесконечна, то для нее все равно выпустите вы несколько молекул или несколько мегатонн кислорода. Концентрация его очень быстро устремится к нулю, т.к. в знаменателе будет стоять бесконечный объем космоса.
Источник
Добыча кислорода возможна на Марсе, а значит на Луне и других планетах. Как?
Для путешествия и освоения других планет человечеству обязательно придется поддерживать жизненно неободимые ресурсы: один из них воздух. Сможем ли мы без «дозаправок» кислородом спокойно дышать на Марсе и других планетах. Рассказываем, как ученые продвинулись в решении этой проблемы.
Как мы будем дышать на Марсе?
Выполнение будущей миссии НАСА может занять около пяти лет. Ученые планируют высадить астронавтов на Марс в 2030-х годах. Для этого необходимо достаточное количество кислорода и топлива.
В организации создали экспериментальную установку Mars Oxygen ISRU Experiment (MOXIE). Эта система находится в стадии тестирования на марсоходе Mars Perseverance, который был запущен в июле.
Аппарат преобразует углекислый газ, составляющий 96% атмосферы Красной планеты, в кислород. На Марсе кислород составляет всего 0,13% атмосферы, в то время как атмосфера Земли содержит 21%. Фактически, система работает как деревья — втягивает марсианский воздух насосом, затем отделяет два атома кислорода от каждой молекулы углекислого газа (CO2).
Специалисты Вашингтонского университета предложили еще один способ, дополняющий MOXIE. Их технология позволяет добывать кислород из соленых озер на Марсе.
Экспериментальную методику предложил профессор Виджай Рамани. Она подразумевает использование совершенно другого ресурса. Речь идет о соленой воде из озер, которые находятся под поверхностью Марса. Большая часть воды, которая существует на Марсе, представляет собой лед – как на полюсах, так и в средних широтах планеты.
Согласно технологии Рамани, устройство будет брать воду и расщеплять ее на водород и кислород. Соответствующее исследование профессора и его коллег было опубликовано в журнале PNAS.
Сейчас команда разработчиков тестирует маленькую версию MOXIE. Это поможет исследователям узнать, как ряд факторов окружающей среды, включая пыльные бури, ветры и песок, а также температуру углекислого газа, могут влиять на аппарат. Полномасштабная система по размеру будет немного больше, чем домашняя плита. Ее вес составит около 1000 кг.
А на Луне можно также?
Предположительно да, ведь, как оказалось, в лунной почве содержится огромное количество кислорода. Исследования показывают, что около 45% веса пыли и камней — это чистый кислород.
Группа учёных из Metalysis и Университета Глазго предлагает перерабатывать лунный грунт, побочным эффектом чего станет железо и другие металлические порошки. Сообщается, что добыча собственного кислорода позволит ускорить создание колонии на Луне, а также значительно упростит доставку полезных грузов колонистам.
Отмечается, что материал лунной поверхности почти наполовину состоит из кислорода. Исследователи впервые продемонстрировали пригодный способ его выделения: им удалось добиться выхода почти 100% элемента, а оставшийся продукт был сплавом металлов, то есть также ценным ресурсом.
Добытый кислород можно смешать с другими газами, чтобы сделать его пригодным для дыхания. Также кислород можно использовать в качестве топлива, а Луну — как плацдарм для освоения дальнего космоса. В конце концов, полученное железо легко приспособить для строительства. Эти и многие факторы заинтересовали экспертов ESA, благодаря чему учёные получат необходимое финансирование на ближайшие 9 месяцев.
Новый метод даёт доступ к быстрой и экономичной добыче кислорода, необходимого для поддержания жизнедеятельности на Луне. Кроме того, металл, получаемый в результате реакции, можно будет использовать для производства на месте.
На других планетах можно добывать кислород?
В статье, опубликованной в Nature Astronomy 12 февраля 2018 года Мендильо, адъюнкт-профессор астрономии Пол Уизерс и доктор философии Павел Дальба предлагают взглянуть на ионосферу экзопланеты — тонкий верхний слой атмосферы, который пронизан частицами. Найдете в ней ионы кислорода — и вы нашли жизнь. По крайней мере жизнь в том виде, в котором мы ее знаем.
На протяжении всей истории человеческой цивилизации мы никогда не доходили до сути рассмотрения вопроса об обитаемости Вселенной — вплоть до последних 15 лет — когда мы смогли увидеть планеты вокруг других звезд. А теперь мы находимся на таком этапе решения проблемы, что нужно придумываем идеи, как именно обнаружить жизни вне Земли. Это будет великое интеллектуальное состязание.
Джон Кларк, профессор астрономии Бостонского университета, директор Центра космической физики
Их работа началась, когда Мендильо и Витерс получили грант от Национального научного фонда (NSF) для сравнения всех планетных ионосфер в Солнечной системе. (Она есть на всех планетах, кроме Меркурия, который так близок к Солнцу, что его атмосфера полностью отсутствует.)
Одновременно команда также работала с миссией NASA MAVEN, пытаясь понять, как молекулы, которые составляли ионосферу Марса, убежали с этой планеты. С самого начала космической эры ученые понимали, что планетарные ионосферы сильно различаются, и команда исследователей сфокусировала свое внимание на том, почему это было именно так, и почему ионосфера Земли была настолько отличной от других.
В то время как другие планеты наполняют свои ионосферы сложными заряженными молекулами, возникающими из углекислого газа или водорода, ионосфера Земля держит свой состав довольно простым, в основном с заполнением пространства кислородом. И этот кислород — особый тип кислорода — одиночные атомы с положительным зарядом.
Большинство планет в нашей Солнечной системе имеют немного кислорода в своих атмосферах, но у Земли его много, около 21%. Это связано с тем, что очень много организмов заняты превращением света, воды и углекислого газа в сахар и кислород — этот процесс называется фотосинтезом, и он происходит на Земле последние 3,8 миллиарда лет.
Как и Земля, Венера имеет большое железное ядро и скалистую силикатную мантию, а ее кора, по аналогии с нашей планетой, базальтовая.
Однако на Венере отсутствует кислород — 96% атмосферы состоит из углекислого газа, а несколько раз в день на поверхности выпадают дожди из серной кислоты. Вряд ли хотя бы один известный науке организм проживет в таких условиях больше нескольких секунд, а техника — больше нескольких часов.
Европа — это шестой спутник Юпитера и один из крупнейших спутников в Солнечной системе. Юпитерианская луна интересует ученых по той причине, что она является одним из небесных тел, на которых потенциально может существовать жизнь. Поверхность Европы покрыта слоем льда толщиной несколько километров, под которым находится жидкий водный океан глубиной около 160 километров. Для того чтобы в океане могли развиваться крупные формы жизни, похожие на земные, в воде должен быть растворен кислород. Но этот элемент не может проникнуть сквозь ледяной покров.
Ученые предложили механизм, который объясняет, как под лед может попасть большое количество O2. Кислород образуется на поверхности Европы, когда поток высокоэнергетических частиц из космоса бомбардирует лед — при этом образуются высокоэнергетические формы кислорода, которые способны вступать в реакцию со многими веществами.
Ученые предположили, что содержащие кислород соединения попадают в океан при подвижках корки льда, которые происходят из-за приливного воздействия Юпитера. Обломки льда, на поверхности которых образуется активный кислород, при этом уходят в глубину.
Диона — четвертый спутник газового гиганта Сатурна и еще одно небесное тело, на котором потенциально есть кислород. Космический зонд «Кассини» обнаружил следы этого газа в воздушной оболочке данного объекта. Правда, наличие кислорода в данном случае вовсе не связано с присутствием на Дионе живых организмов.
Уже в прошлом столетии удалось установить, что Диона, имеющая диаметр 1123,4 километра (то есть, она меньше нашей Луны), состоит из водяного льда со значительной примесью каменных пород во внутренних слоях.
Однако достаточно долгое время ученые были убеждены, что никакой атмосферы у этого спутника быть не может — она слишком мала, чтобы удерживать вокруг себя газовую оболочку посредством силы тяготения. Тем не менее, не так давно это представление о природе Дионы было опровергнуто, причем данные для подобного опровержения предоставил тоже «Кассини» — но уже не астроном, а автоматический зонд.
Можно ли производить кислород в космосе?
На МКС запаса кислорода восполняются за счет электролиза воды (разложения ее на водород и кислород). Этим на МКС занимается система «Электрон», расходующая 1 кг воды на человека в сутки. Запасы кислорода также время от времени пополняются в ходе грузовых миссий к орбитальной станции.
Ученые из Калтеха решили найти в рамках своего исследования иной метод производства кислорода. В итоге они пришли к созданию реактора, который удаляет из формулы «CO2» (диоксида углерода) «С» (углерод), оставляя только кислород. Исследователи обнаружили, что если разгонять и ударять молекулы диоксида углерода об инертные поверхности, такие как золотая фольга, то их можно расщепить на молекулярный кислород и атомарный углерод.
Ученые говорят, что их реактор работает по принципу ускорителя частиц. Сперва молекулы CO2 в нем ионизируются, а затем ускоряются с помощью электромагнитного поля, после чего сталкиваются с золотой поверхность. В текущей форме установка обладает весьма низким КПД: на каждые 100 молекул CO2 она способна производить порядка одной-двух молекул молекулярного кислорода.
Однако исследователи обращают внимание на то, что их реактор доказал, что данный концепт производства кислорода действительно возможен и в будущем может стать масштабируемым.
В будущем реактор может использоваться для производства кислорода для астронавтов, которые будут летать на Луну, Марс и за их пределы. На Земле подобная установка с учетом масштабов тоже может оказаться весьма полезной, ведь она сможет снижать концентрации диоксида углерода в атмосфере и перерабатывать их в кислород, тем самым помогая в борьбе с глобальными климатическими изменениями. Однако ученые отмечают, что для практической фазы их установка пока не готова.
Соответственно ответ на этот вопрос, да, однако технические изыскания на этот счет еще не закончены.
Источник
Откуда на международной космической станции кислород
Под аббревиатурой МКС скрывается название «международная космическая станция». Этот объект вращается вокруг Земли на высоте немногим более 300 км. Он постоянно заселен. Обычно там находится от 5 до 6 космонавтов. Они проводят различные эксперименты и исследования с целью лучшего познания космоса.
А если есть люди, то требуется поддержание их жизни на борту МКС. Для этого предусмотрены соответствующие системы жизнеобеспечения, гарантирующие наличие:
В нашем случае мы рассмотрим, откуда на космической станции берется кислород.
Электролиз воды
Основной метод получения кислорода на МКС – электролиз воды , с помощью которого выделяется водород и кислород. Это возможно за счет электрического тока.
На Земле это происходит по-другому. Деревья, растения, водоросли и им подобные представители растительного мира участвуют в процессе фотосинтеза. Результат – расщепление молекул воды.
В случае с электролизом 2 молекулы водорода и 1 молекула кислорода разделяются по причине воздействия электрическим током . На МКС используется специальная система генерации. С ее помощью получается газообразный кислород, поступающий в отсеки МКС.
Справка! Добытый указанным способом водород удаляется за пределы станции в открытый космос, что также верно и в отношении метана.
Исходя из объяснений, что приведены выше, возникает сопутствующий вопрос. Откуда берется вода?
Источник
3 способа получения кислорода в космосе
С начала 21 века люди все чаще грезят полётами в космос и космической колонизацией. Каких только идей не встретишь на просторах интернета и, в частности, «Яндекс Дзена». Кажется, что люди готовы заселить всё, начиная от Луны и Марса, заканчивая Венерой, Титаном и даже неизведанными планетами звёздной системы Альфа Центавра.
Казалось бы, что там?! Сел на ракету, долетел до пункта назначения, успешно высадился и основал колонию, обустроив её всем самым необходимым для жизнеобеспечения. С чего нужно начать? Правильно! С кислорода! То, без чего человек не сможет жить вовсе.
Давайте с Вами рассмотрим, каким вообще образом можно получить кислород в космосе.
1. Электролиз воды.
Самое простое, что только можно придумать. Данным способом происходит генерация кислорода на МКС (Международной Космической Станции).
В ходе электролиза (реакции выделения составных компонентов при прохождении электрического тока) воды, исходное вещество раскладывается на кислород и водород. Первый компонент используется для осуществления дыхания на борту станции, а второй (водород) попросту удаляется за борт (что на мой взгляд является расточительством, но не будем спорить с конструкторами из НАСА).
Всё просто! При пропускании тока катод притягивает катионы водорода, а анод анионы OH. В результате химико-физической реакции выделяются кислород и водород.
Дистиллированная вода является слабым электролитом. По этой причине для повышения электропроводности в неё добавляют 15-20 % щелочь (NaOH или KOH). Для разделения кислорода и водорода используют мембраны.
КПД подобной установки составляет до 70%. Главный недостаток — высокие энергозатраты на получение кислорода подобным образом в космосе. Требуется стабильный мощный источник энергии. На текущий момент на МКС для этого используют энергию солнца. К тому же выброс водорода за борт станции также является нецелесообразным.
Открытие на Марсе залежей подземных вод и льда делают получение кислорода с помощью электролиза воды самым подходящим способом, так как не требуют поставок с Земли. Достаточно лишь обеспечить установки энергией, которую можно получить с помощью солнечных батарей.
Можно ли как-то усовершенствовать процесс получения кислорода в космосе?
2. Реакция Сабатье.
Для протекания электролиза требуется наличие исходного сырья — воды. В условиях дальних космических полётов пополнение запасов может показаться роскошью, а использование дополнительного резервного объема значительно утяжеляет и без того тяжелую конструкцию. При этом за борт регулярно выбрасывается водород, так же, как и выдыхаемый экипажем углекислый газ.
Суть реакции Сабатье заключается в том, чтобы использовать образующиеся остатки с целью повторного получения воды.
CO2 + 4H2 → CH4 + 2H2O + энергия
Полный цикл можно изобразить в виде:
2H2O → O2 + 2H2 (электролиз) → (дыхание) → CO2 + 2H2 + 2H2 (добавляется ещё водород) → 2H2O + CH4 (преобразуется в углерод и водород)
CH4 + тепло → C + 2H2
Метан распадается на углерод и водород, восполняющий запасы водорода, для осуществления химической реакции.
Таким образом, можно получить замкнутый контур для получения кислорода и обеспечения жизнедеятельности при полётах в космосе. Единственный недостаток — это потребность в регулярной прочистке реактора Сабатье. Образуемый в ходе химических реакций углерод осаждается на поверхности и со временем её полностью забивает. Другая сложность заключается в необходимости поддержания необходимой температуры для распада метана на компоненты, что требует затрат энергии.
Реакция Сабатье совместно с электролизом рассматривается, как самый экономически целесообразный способ получения кислорода на Марсе.
3. Использование фотокатализаторов.
Если Вы знакомы с физическими основами электроники, то вам должно быть известно, что некоторые полупроводниковые материалы (например, диоксид титана) при помещении в воду способны поглощать фотоны.
Их энергия выбивает электроны из полупроводника, образуя «дырку» (свободную ячейку). Полученные подобным образом электроны взаимодействуют с протонами воды, образуя свободный атом водорода. В свою очередь, «дырка» притягивает электроны воды, высвобождая атом кислорода.
Почему это может быть интересно и полезно для получения кислорода в космосе? Во-первых, интенсивность солнечного света вне атмосферы Земли намного выше, чем на нашей планете. Это даёт огромный потенциал в области генерации кислорода. Во-вторых, подобная установка значительно меньше, чем электролизер. А как мы знаем, от лишней тяжести в космическом пространстве нужно по-возможности избавляться.
Теперь рассмотрим «неприятную» сторону подобной технологии. Многочисленные эксперименты показали, что на Земле с протеканием реакций нет никаких проблем. Они протекают беспроблемно. Но в космосе всё намного сложнее. Там невесомость. В результате вместо высвобождения водорода и кислорода, мы получаем всего лишь пену (побочное действие, связанное с малыми гравитационными взаимодействиями). Т.е. на текущий момент времени на космической станции не получится использовать фотокатализаторы для получения кислорода.
Какие есть выходы из ситуации? Первое, что приходит на ум — создать схожую с земной гравитацию искусственно. По крайней мере исключительно для данной установки. Для осуществления можно задействовать центробежную силу. В данном направлении есть ряд экспериментальных наработок, мы их рассмотрим в отдельной статье. Второй вариант — не использовать полупроводниковые фотокатализаторы для космических полётов, а выделить их для генерации кислорода и водорода в колониях, например, на Марсе, о колонизации которого уже много, кто мечтает.
Понравилась статья?! Тогда Вам будет интересно подписаться на наш канал , где вы найдете еще больше полезной информации.
Источник