Las historias de ciencia ficción están repletas de esquemas de terraformación y generadores de oxígeno por una muy buena razón:los humanos necesitamos oxígeno molecular (O ₂ ) respirar, y el espacio está esencialmente desprovisto de ella. Incluso en otros planetas con atmósferas espesas, O ₂ es difícil de conseguir.

Entonces, cuando exploramos el espacio, necesitamos traer nuestro propio suministro de oxígeno. Eso no es ideal porque se necesita mucha energía para llevar cosas al espacio encima de un cohete, y una vez que se acabe el suministro, se fue.

Un lugar donde el oxígeno molecular aparece fuera de la Tierra es en las volutas de gas que salen de los cometas. La fuente de ese oxígeno siguió siendo un misterio hasta hace dos años cuando Konstantinos P. Giapis, profesor de ingeniería química en Caltech, y su becario postdoctoral Yunxi Yao, propuso la existencia de un nuevo proceso químico que podría dar cuenta de su producción. Giapis, junto con Tom Miller, profesor de química, ahora han demostrado una nueva reacción para generar oxígeno que, según Giapis, podría ayudar a los humanos a explorar el universo y tal vez incluso combatir el cambio climático en casa. Sin embargo, más fundamentalmente, dice que la reacción representa un nuevo tipo de química descubierta al estudiar los cometas.

La mayoría de las reacciones químicas requieren energía, que normalmente se proporciona como calor. La investigación de Giapis muestra que pueden ocurrir algunas reacciones inusuales al proporcionar energía cinética. Cuando las moléculas de agua se disparan como balas extremadamente pequeñas sobre superficies que contienen oxígeno, como arena u óxido, la molécula de agua puede arrancar ese oxígeno para producir oxígeno molecular. Esta reacción ocurre en los cometas cuando las moléculas de agua se vaporizan desde la superficie y luego son aceleradas por el viento solar hasta que chocan contra el cometa a gran velocidad.

Cometas sin embargo, también emiten dióxido de carbono (CO ₂ ). Giapis y Yao querían probar si el CO ₂ también podría producir oxígeno molecular en colisiones con la superficie del cometa. Cuando encontraron O ₂ en la corriente de gases que sale del cometa, querían confirmar que la reacción era similar a la del agua. Diseñaron un experimento para bloquear el CO ₂ sobre la superficie inerte de la hoja de oro, que no se puede oxidar y no debe producir oxígeno molecular. Sin embargo, Continuó emitiendo O2 de la superficie de oro. Esto significó que ambos átomos de oxígeno provienen del mismo CO ₂ molécula, dividiéndolo efectivamente de una manera extraordinaria.

"En ese momento pensamos que sería imposible combinar los dos átomos de oxígeno de un CO ₂ molécula juntas porque CO ₂ es una molécula lineal, y tendrías que doblar severamente la molécula para que funcione, "Dice Giapis." Estás haciendo algo realmente drástico con la molécula ".

Comprender el mecanismo de cómo el CO ₂ se descompone en oxígeno molecular, Giapis se acercó a Miller y a su becario postdoctoral Philip Shushkov, quien diseñó simulaciones por computadora de todo el proceso. Comprender la reacción supuso un desafío importante debido a la posible formación de moléculas excitadas. Estas moléculas tienen tanta energía que sus átomos constituyentes vibran y giran en un grado enorme. Todo ese movimiento dificulta la simulación de la reacción en una computadora porque los átomos dentro de las moléculas se mueven de formas complejas.

"En general, moléculas excitadas pueden conducir a una química inusual, así que empezamos con eso, "Miller dice". Pero, para nuestra sorpresa, el estado excitado no creó oxígeno molecular. En lugar de, la molécula se descompone en otros productos. Por último, encontramos que un CO severamente doblado ₂ también puede formarse sin excitar la molécula, y eso podria producir O ₂ . "

El aparato que Giapis diseñó para realizar la reacción funciona como un acelerador de partículas, girando el CO ₂ moléculas en iones dándoles una carga y luego acelerándolas usando un campo eléctrico, aunque a energías mucho más bajas que las que se encuentran en un acelerador de partículas. Sin embargo, agrega que tal dispositivo no es necesario para que ocurra la reacción.

"Podrías lanzar una piedra con suficiente velocidad a un poco de CO ₂ y lograr lo mismo, ", dice." Tendría que viajar tan rápido como un cometa o un asteroide viaja por el espacio ".

Eso podría explicar la presencia de pequeñas cantidades de oxígeno que se han observado en lo alto de la atmósfera marciana. Se ha especulado que el oxígeno está siendo generado por la luz ultravioleta del sol que incide en el CO ₂ , pero Giapis cree que el oxígeno también es generado por partículas de polvo de alta velocidad que chocan con CO ₂ moléculas.

Espera que una variación de su reactor pueda usarse para hacer lo mismo a escalas más útiles, tal vez algún día sirva como fuente de aire respirable para los astronautas en Marte o se use para combatir el cambio climático mediante la extracción de CO2. ₂ , un gas de efecto invernadero, de la atmósfera de la Tierra y convertirla en oxígeno. El reconoce sin embargo, que ambas aplicaciones están muy lejos porque la versión actual del reactor tiene un bajo rendimiento, creando solo una o dos moléculas de oxígeno por cada 100 CO ₂ moléculas disparadas a través del acelerador.

"¿Es un dispositivo final? No. ¿Es un dispositivo que puede resolver el problema con Marte? No. Pero es un dispositivo que puede hacer algo que es muy difícil, ", dice." Estamos haciendo algunas locuras con este reactor ".

El documento que describe los hallazgos del equipo, titulado "Evolución directa de dióxido de carbono en colisiones de dióxido de carbono con superficies, "aparece en la edición del 24 de mayo de Comunicaciones de la naturaleza .