在地球上，我们对氧气的需求可以通过轻轻呼吸空气来满足，但一旦我们离开地球，这种需求就很难满足。现在，磁铁也许能帮上忙。

氧气也喜欢磁铁

将一块条形磁铁扔进一锅沸腾的汤中，你会看到一个神奇的现象：一些气泡向磁铁的N极聚集，而另一些气泡则向S极聚集。一百多年前，著名物理学家法拉第就发现了这一现象。他的实验更加严格：当时，他将一些氧气和氮气填充到肥皂泡中，让它们漂浮在空气中，然后在里面放置一个巨大的气泡。结果发现，氧气气泡向磁铁的一端移动，而氮气气泡则聚集在另一端。这显然不是巧合，氧气和氮气确实会被磁铁吸引，但这是为什么呢？

在我们的固有印象中，似乎只有金属才会被磁铁吸引，但实际上很多物质都具有接近磁铁的特性。磁铁的磁性是四种基本力之一。它本质上是电子运动产生的“电场力”。原子由原子核和电子组成。电子在固定轨道上围绕原子核运动，它们的运动产生电场和相应的电场力。磁铁由铁、钴、镍等组成，其原子内部结构比较特殊，电子产生的电场力具有较明显的外部作用，表现出可以吸引其他物体的磁性。

科学家发现，磁铁的磁性对具有不成对电子的分子有显着影响。当这些分子处于外部磁场中时，它们的内部电子必须沿着磁场方向排列并接近磁体。这种性质称为顺磁性。不成对电子是指单个电子，即单独存在于分子轨道中且不形成电子对的电子。

根据分子轨道理论，氧分子有两个孤电子，因此具有顺磁性。各种金属氧化物和非金属氧化物也具有顺磁性。当磁铁出现时，氧气会自发地聚集在磁铁周围。磁铁越强，这种现象就越明显。

氧气和水密不可分

在地球上，除了奇怪的演示实验之外，氧气的顺磁性似乎没有任何用处。但在太空中，氧气的特性可以发挥巨大的作用——例如，使用磁铁从水中吸出氧气。

众所周知，太空是真空环境，人类探索过的许多星球都缺氧。如果未来人类必须移民到外星球，缺氧将是一个巨大的障碍。利用电解从氧化物中获取氧气是目前地外行星上最常提到的制氧方法，其中以电解水最为常见。火星和月球这两个目前看来最有可能移民的外行星，被发现拥有一些地下水和冰冻水。通过电解，我们不仅可以获得氧气，还可以获得可以用作燃料的氢气。

然而，在地球上很常见的水电解实验在外星球上进行时也遇到了相当大的挑战。当我们在地球上打开一罐可乐时，会看到密密麻麻的气泡从底部升起并破裂，但当我们在国际空间站上打开同一罐可乐时，这种现象不会发生。这是因为在地球上，液体比气体密度大。在地球重力的作用下，可乐会下沉，里面的气泡自然会与可乐分离，浮到液体的上部。在国际空间站上，微重力环境会产生持续的自由落体效应，消除浮力效应。气泡将不再与可乐分离并漂浮，而是悬浮在可乐中，两者变得更加密不可分。月球的引力是地球的六分之一，火星的引力约为地球的五分之二。当你在月球和火星上打开可乐时，气泡很难出来。出于同样的原因，即使我们用电将氧气与水分子分离，它们也很难像在地球上那样自发地与液态水分离。

在这种情况下，我们如何将它们分开呢？离心机是常用的方法。在离心力的作用下，可以分离不同密度的物质。但离心机结构复杂、规模庞大。气体与液体分离后，额外的任务就是分离氧气和氢气。在外星球上使用离心机并不是很划算。这时，科学家们想到了氧的顺磁性。

利用磁铁从水中吸收氧气

使用磁铁吸收氧气是一个绝妙的主意，不仅因为磁铁是天然存在的物质，不需要额外的制造成本，而且氧和氢在遇到磁铁时表现出完全相反的方式：氧是顺磁性的；氧是顺磁性的；氧是顺磁性的；氧是顺磁性的；氧是顺磁性的。吸附在磁铁周围的氢气具有反磁性，会远离磁铁。那么，是否可以用磁铁来吸附氧气呢？

近日，美国佐治亚理工学院航空航天科学家阿尔瓦罗·罗梅罗-卡尔沃通过实验证明了这一想法的可行性。在德国应用空间技术与微重力中心，有一个著名的微重力模拟设施——不来梅落塔。这是一座146米高的科学设施，可以让防震舱垂直降落到地面，创造出持续9.2秒的微重力环境。研究人员将氧气泡与不同的溶液混合，然后将它们放入防震舱中。防震舱内壁装有人类目前制造的最强磁铁——钕磁铁。当防震舱落到底部时，研究人员将观察气泡从溶液中分离的情况。结果表明，钕磁铁确实可以在微重力下从溶液中分离氧气。

此外，研究人员发现，他们测试的各种水溶液（例如纯净水和橄榄油）本身也具有微弱的磁性，而且这种磁性在微重力环境下更为明显。这意味着可以用磁铁分离不同的气体，并且通过容器收集或运输空气将变得更容易。研究人员表示，除了用于为太空人员制造足够的氧气外，开发微重力磁相分离器还可以带来更可靠、更轻量的太空系统，例如更好的推进剂管理或废水回收技术。接下来，研究团队计划在国际空间站上进行实际测试，以验证他们的想法。

仅仅通过使用磁铁这种常见物品，未来的人类移民就能够在太空中呼吸到更丰富、更便宜的氧气，甚至可能开发出更好的太空设备。我们永远不知道那些看似无关的事情会擦出怎样的火花。这不就是科学的魅力吗？