人类倾向于理所当然地认为很多事情，甚至连呼吸新鲜空气这样简单的事情也是如此。很容易忘记我们的身体在多大程度上依赖氧气——直到它成为一种宝贵的资源，例如在国际空间站上。
虽然宇航员通常会携带必需品的储备前往太空，但将装满可呼吸空气的钢瓶运往空间站的成本太高了。相反，宇航员赖以维持生命的主要氧气是通过一种称为电解的过程产生的，该过程利用电流将水分解成氢气和氧气。在地球上，类似的过程通过光合作用自然发生，当植物利用氢气制造食物用的糖并将氧气释放到大气中时。
然而，由于国际空间站上的系统需要大量的能源和维护，科学家们一直在寻找可持续地在太空中制造空气的替代方法。最近，一项解决方案发表在《NPJ Microgravity》上，研究人员在该研究中发现了一种利用磁铁从液体中提取气体的方法。
“很多人没有意识到水和其他液体在某种程度上也是有磁性的，”佐治亚理工学院航空航天工程学院的副教授、该研究的主要作者 Álvaro Romero-Calvo 说。
“物理原理在物理学界是众所周知的，[但]在太空中的应用目前几乎没有被探索过，”他说。“当一名航天工程师设计涉及流体的太空系统时，他们甚至不会考虑使用磁铁来诱导相分离的可能性。”
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在德国不莱梅大学应用空间技术和微重力中心（ZARM），Romero-Calvo 的团队得以研究“磁感应浮力”现象。这个概念更容易通过想象一罐汽水来解释：在地球上，由于液体比二氧化碳分子密度大，汽水中的气泡在地球引力作用下会分离并浮到饮料顶部。在太空中，微重力导致连续自由落体并消除了浮力效应，其中的物质变得难以分离，这些气泡会悬浮在空气中。
为了测试磁铁是否能产生影响，该团队将他们的研究带到了ZARM 的落体塔，在那里，一项实验一旦被放入密封的落体舱，就能实现几秒钟的失重状态。通过将气泡注入充满不同载体液体的注射器中，该团队能够利用磁场的强大作用在微重力下成功分离气泡。这证明了气泡可以在各种物质中被钕磁铁吸引和排斥。
此外，研究人员发现，通过他们测试的各种水溶液（如纯净水和橄榄油）固有的磁性，可以将气泡引导到液体内的不同位置。基本上，在一个容器中收集或输送空气会变得更容易。Romero-Calvo 表示，除了用于为机组人员产生充足的氧气外，该研究结果表明，开发微重力磁力相分离器可以带来更可靠、更轻便的太空系统，例如更好的推进剂管理装置或废水回收技术。
为了展示磁铁的潜在研究用途，该团队还对液化肉汤（一种用于培养用于国际空间站实验的细菌的培养基）进行了实验。结果表明，液化肉汤和橄榄油都“受到”施加在其上的磁力的“显著影响”。Romero-Calvo 说：“我们为此问题付出的每一份努力都是值得的，因为它将影响太空中的许多其他产品。”
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如果下一代航天工程师决定在未来的空间站上应用磁铁，这种新方法可以产生更有效、更易于呼吸的大气，以支持人类前往包括月球，尤其是火星在内的其他地外环境的旅行。如果我们要计划一次载人火星任务，国际空间站目前的供氧系统过于复杂，在漫长的旅途中无法完全可靠。用磁铁简化它将降低整体任务成本，并确保氧气充足。
尽管 Romero-Calvo 表示他们的突破最终可能帮助我们登陆火星，但其他科学家正在研究利用等离子体制造氧气——一种包含自由带电粒子（如电子）的物质状态，这些粒子很容易被强大的电场激发——用于制造燃料、肥料和其他有助于殖民行星的材料。虽然这两个项目都还没有达到规模，但这些新兴的进步代表了人类在我们不断前进、努力超越熟悉的视野时所能取得的惊人成就。
