离开地球后我们何去何从

地球 · 2016-10-31 15:18:05

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地球不会总是宜居。我们知道，即使不被已经跟银河系摩擦了几十亿年的仙女座星云给吞掉，即使不被一颗超过半公里宽的小行星撞上，即使我们能幸运地再过20亿年左右，太阳也会爆发将海洋煮沸，让地球变得无法居住。 　　人类或许还有1000年时间来寻找宇宙新家园，也或许只剩下几年。我们未雨绸缪，也该考虑一下关于离开地球的问题。 　　　　为何走：告别地球为哪般 　　1989年时，曾有一颗很小的行星在地球刚过去6个小时后穿越了她的轨道。如果它撞上了地球，后果相当于1000颗原子弹爆炸的力量。 　　在最近一份来自“救生艇基金会”的报告上，列出了数百位研究人员对人类可能面对的生存风险的种种分析。首先是被一颗小行星撞毁，这概率约为30万年一次。虽然这场俄罗斯轮盘赌中标的可能性只有30万分之一，但如果游戏时间足够长，我们必然会被打爆脑袋，而且不能保证下一次扳机扣动时平安无事。 　　此外，还有许多威胁因素实属人为。我们消耗资源的速度超出了地球的可持续发展能力，据世界自然基金会估计，到2030年，每年消耗的自然资源需要两个地球才能支撑。一个国际慈善组织“灾难流行病研究中心”报告称，在过去30年中，干旱、地震、暴雨、洪水的数量是上世纪80年代的3倍，是上世纪初的54倍。气候变化还导致了严重的缺水危机，而海岸地区却被淹没，饥荒蔓延。此外，世界还可能终结于一次致命病菌大流行、核战争等“不断增长的技术力量的滥用”因素……考虑到人类施加给地球的诸多风险，我们甚至可能为了保护她而选择离开，让整个地球成为一个自然保护区。 　　这些威胁并非牵强附会。气候变化已经成为影响人类活动的一大因素，我们的行星确实处于被小行星撞击的某个小概率中。“救生艇基金会”太空安置委员会85位成员之一、防御建筑承包机构先进信息系统部的一位工程师Tihamer Toth-Fejel说：“恐龙灭绝是因为它们太笨，没能建立一个适于生存的外太空文明。而在这一点上，我们和它们之间究竟有多大差别，还很难衡量。” 　　纽约大学化学家罗伯特·沙佩罗创办的“拯救文明联盟”认为，许多灾难事件不可避免，这意味着我们必须给人类的文明拷贝一个副本，送到远离伤害的外太空，以延续我们的文化功绩和传统。2005年，美国国家航空航天局（NASA）局长迈克尔·格里芬在谈到类似的国家空间计划时说：“人类如果想再生存几十万或数百万年，必须移民到其他行星去。可能有一天，我也不知道那是哪一天，离开地球的人会比住在这里的人要多。” 　　　　到哪里：离世何处觅桃园 　　我们有很多选择。美国国家太空协会（The National Space Society）有超过1.2万个会员，致力于建设太空根据地。他们认为，我们选择行星，首先要有资源来支持生命。NASA在2000年投入了两亿美元来研究这一项目，研究报告给我们提出了一些移民建议，首先就是在月球表面以下挖几英尺，或给现有的月球坑洞加个盖子，保护里面的居民免受高能宇宙射线的轰击，因为这种高能宇宙射线会伤害我们的DNA（脱氧核糖核酸），引发癌症。 　　接下来的展望是建一个核电厂、太阳能电池阵，以及用多种方法从月球表面提取碳、硅、铝和其他有用物质。美国国家太空协会2008年发布了一份报告，名为《太空新区路线图》，把月球定为理论上的始发站，因为上面发现了有能支持生命的冰。以此作为建立永久月球基地的雏形，今后可能还有宾馆和娱乐场。 　　而另一些提倡太空移民的人提出，我们可以完全跳过月球。尽管它离我们最近，而且人类也到过那里，但木星的卫星、土星、天王星和海王星上的水量以及碳、氮含量都比月球要多。还有火星，是太阳系中和地球环境最接近的。 　　希望到火星探险及移民的人组成了一个火星协会，他们认为月球没有大气层，而火星有个大气层能屏蔽宇宙射线，它的重力是地球重力的40%。火星协会领导罗伯特·鲁宾说：“跟月球的宜居性比起来，火星就像是航海时代的北美对格陵兰。”2002年，NASA的“奥德赛”火星探测器发现了火星上有一个洲大小的一块水冰区；2008年，“凤凰”号火星登陆器拍下的照片也证实那里确实有冰，土壤中还含有碳，能支持植物生长。白天时分，气温偶尔还能达到温暖的70华氏度（约21摄氏度）。 　　这简直太好了，照这样的条件，火星简直是块“希望的土地”！人类可以用地下冰的水（或从冰体小行星上取水）建造一个小型海洋，然后产生大气以提供可呼吸的空气，也能更好地屏蔽宇宙射线。“规划一个行星比建造一个要更容易。”鲁宾说，“哥伦布远渡重洋到达美洲大陆，不需要先建造一个美洲大陆。” 　　然而这些提议和规划方案，都被美国科学家和科幻作家艾萨柯·阿西莫夫归入“行星沙文主义”。我们恰恰可以建立一个轨道根据地，然后在太空建起人类的未来家园，按照我们自己的标准在上面设计规划各种细节。 　　对此，有人表示怀疑，即使现有技术能够做到，但要建造一个轨道平台，需要从地球上运去巨大数量的物质资源，这是制约这项计划的关键。然而有科学家指出，建造根据地的资源大部分可以从近地小行星上取得。近地小行星提供了更多样的资源，所有小行星的表面积比太阳系行星加在一起还要多。 　　早在1974年，普林斯顿大学物理学家杰罗德·奥尼尔就提出过一种独立式轨道根据地的设计方案，即围绕一个轴心自旋的大型圆柱体，旋转约速率为每分钟自转一周，只要足够使其内部产生模拟重力——再和另一个反方向自旋的圆柱体连接以消除扭矩。由于外太空没有重力，根据地上即使容纳数千甚至数百万的居民，也能保持结构稳定。奥尼尔设想的是一对20英里的圆柱体，其内表面可以达到500平方英里。 　　奥·格鲁伯斯是NASA艾米研究中心的承包商，经营着一家颇受欢迎的太空移民网站，上面把奥尼尔的圆柱设计当成了太空船的时尚门廊：一年四季阳光普照，视野开阔，宽敞明亮，接近圆柱轴心的地方被设计成一个零重力的娱乐场。尽管理想的旋转居住地也有互动的社会群体，但太空船上的人口仍保持在150人左右以避免近亲通婚。居民无论何时需要更多的基因种类，都可以使用存储在基因库中的DNA。 　　轨道根据地的一个主要优点就是不必总是停在轨道上。太空船耗尽了附近小行星的资源后，或必须逃离即将死亡的太阳时，它能在船上迅速开启一个核反应堆或太阳帆，跑到足够远的安全地方。 　　银河系以外的恒星中，已知的500个行星都并非宜居之地，没有保护生命的大气。但两位天文学家根据过去10年发现的这些行星分析，我们有可能找到一个地外行星作为根据地，而且几乎证实那就是地球未来的根据地。去年9月，在NASA和美国国家科学基金的资助下，里克·卡内基系外行星跟踪研究小组宣布，他们发现了一颗位于天秤座星群的距地球约20光年远的小行星，正围绕着它的恒星Gliese 581运行，刚好位于“宜居带”。 　　然而，要在一个封闭的太空船上持续生存几代，无论是在地球轨道还是在星际空间，旅行数百年才能到达一个系外行星上落脚，肉体上几乎是不可能的。人类的太空流浪可能只局限在自身这一代，并从沿途的小行星和彗星上获取资源。 　　　　怎么走：飞天方案细挑选 　　首先要面对的挑战，就是怎么克服地球重力的吸引。作家罗伯特·海因莱茵曾说：“只要你能让船进入轨道，就是成功了一半。”乘太空船旅行一次大概要花4.5亿美元，即使是将无人驾驶的有效载荷送上轨道来回一次，每磅也要1.2万美元左右，大部分成本是花在最初起飞那几百英里的燃料上。 　　最初的障碍最关键。为了攻克这一难题，设计师们想了很多不需要动力推进的发射系统。美国海军甚至把这当成了高纬度研究计划的一部分，考虑用大型火炮的爆发力，将有效载荷送入空间轨道。而物理学家德里克·蒂德曼也设想了一个类似于转盘式弹弓的大型离心机，叫作“slingatron”，将目标物体旋转达到一定的速度，从而逃离地球重力的吸引。 　　还有一种更加迷人的“空间升降机”。架设一条6.2万英里长的缆绳支持着电梯，就像一个由地球向心力拉住的巨大纺纱套索，这一方案未来也大有可能实现。2000年时，NASA先进概念研究所就拨给“碳设计”公司创始人布莱德·爱德华兹57万美元，具体研究这种“太空天梯”设备的构建。据他们估计，如果能突破纳米技术的关键技术难题，将这种极纤细却极端强韧的碳纳米管编织成绳索，建造太空天梯的成本将不超过140亿美元。 　　其他一些措施侧重于减轻有效载荷的重量，以便航天之旅能更轻便易行。如一家名为“太空制造”的公司提出，设计一种巨型的三维打印机，从地球运来原料打印出各种需要的东西，或者把太空垃圾回收到卫星或太空船上循环利用，尽管这种打印机在零重力状态下能不能运转还是个未知数。进一步，纳米技术的突破也会带来很大帮助，一位分子纳米技术专家J·斯托尔斯·豪说，比如可以用非常纯的碳生产富勒烯，以此制造导体、晶体管甚至计算机等设备。 　　一旦我们离开了近地轨道，也能想出办法航行到更遥远的星际空间，而这需要的并非化学燃料。 　　去年11月，《大众科学》简要介绍了富兰克林·张·迪亚兹研发的一种火箭，由自带的离子发动机提供动力。据他预计，这种装置能把到达火星的时间节约6个月到1年多。日本也发射了航天器，是由46英尺宽的太阳帆来推进的，去年12月飞过了金星。太阳帆由0.0075毫米厚的镀铝塑料薄膜制成，靠太阳光子产生的光压差来推进。日本航空开发部门称，该航天器目前正围绕太阳公转，将在今后5年返回并进入金星的轨道。此外，我们还可能开发出某种核聚变动力。许多人寄希望于从月球或其他天体上开采氦-3作为未来燃料。 　　还有更节约的可能。目前，NASA先进概念研究所正在资助一项研究，看看太空船有没有可能搭上一颗小行星的顺风车，这样太空船就无需耗能而免费旅行。周期性地通过地球和火星的小行星约有40颗，每6到10个月就可能等来一次“班车”。 　　NASA推进装置物理学家马克·米利斯负责陶零基金（Tau Zero Foundation）运营，这是一个由科学家、工程师和新闻工作者共同组成的非盈利机构，致力于实现星际旅行。他们认为，对待任何可能的先进的方法，我们都应都保持开放态度，包括虫洞传输和超光速空间弯曲。激光技术的进步已经能在瞬间产生大量能量，我们可以用这种技术观察空间弯曲效应，检测这一基础性理论概念是否正确。 　　而美国国家空间协会的马克·霍普金斯的方案是，某天我们将一种能自我复制的纳米机器人送上一个小行星，到那里采矿，或者把它们送到月球及其他远距离行星，让它们在那里自行复制并扩展领地，创造出完全工业化的文明，然后等着人类大驾光临。甚至，可以把人类DNA打包封存，和作为文明建设者的纳米机器人一道飞往根据地，在适当时机大量生产人类。 　　我们有必要考虑把人类的生物进化过程当作一个适应期。也许有一天，我们都被重新改造成了有知觉能力的机器。人类的身份特征被发射到深远的太空，也不再需要小型太空船提供辐射保护、封闭居住地或其他类的生存空间。这个前沿版本的终极是，我们变得无性别也无身体。这听起来可不怎么浪漫。霍普金斯说：“或许也不会这样，但你别问我什么是浪漫。” 　　关于太空移民的其他方面，主要集中在我们今天能做哪些事情，才能对未来要面临的困难有帮助。华盛顿大学天体生物学家戴克·斯库兹-马库奇说，让一个有人驾驶的任务团到达火星，在经济和技术上都已经能够做到。我们可以用火箭发送一些永久性移民，这批先锋可以由机器人任务团来担当，每4年到6年就再增加一批移民。人类在20年内可能在火星上建立一个永久性基地。但他承认，成本是一大障碍，因为NASA对此缺乏热情。然而火星移民能确保我们的物种生存下来，马库奇强调，这鼓舞无数的人们返回家园。在他的文章发表之后几周，他们接到了100多封电子邮件，从16岁到65岁的都有，每个人都声称自己已经准备好了马上就走。 　　　　何时走：时机能否待事全 　　据说，目前在私营部门，大部分面向太空移民的计划已经完成。去年12月，艾伦·马斯克的空间X计划完成了一次成功试飞，飞行器是一个可重复使用的密封舱，可携带7个人。该公司跟NASA签订了合约，以每磅远低于当前行情的价格为NASA运输货物到国际空间站。“维珍银河”、“太空冒险”及其他公司已经开始在近地轨道飞行，并在空间站短暂逗留。比奇洛航空公司还打算在2015年发射一个充气式“太空旅馆”。 　　太空前沿基金会的创始人之一里克·图姆林森也希望通过私人企业取得成功。他们认为NASA不敢承担风险也没有方向，很是失败，他们只有看到明显的利益才会安排新研究。而空间旅游、地外采矿、从空间发射太阳能量返回地球这些项目，也都是离开地球最佳的经济原因。“这让人们在赚钱的同时，实现永久性移民。”他说，“没有巴克，就没有巴克·罗杰斯（意即没有钱，就没有未来的太空冒险）。” 　　其实尽管预算很紧，美国国家太空计划还是研究了地球时代以后生命存在的可能性。去年春天，美国总统奥巴马宣布了太空计划：到2025年完成到近地小行星的载人任务，到2030年中期到达火星。去年10月，五角大楼研发分部美国国防部高级研究计划局发出新闻通告，宣布了一项和艾米研究中心的联合研究计划，分析了制造一艘“百年恒星飞船”的可行性。他们表示，这是“下个空间探索时代的第一步——在恒星之间旅行”。 　　然而在描述我们未来的空间愿景时，NASA兰利研究中心主管科学家丹尼斯·布什内尔却非常谨慎。他说，人们目前对宇宙射线和零重力对人类身体和意识的影响还了解得太少，不靠太空服屏蔽宇宙射线，我们几乎不知该怎么办。他同时一再强调“安全是负担不起的”。当然布什内尔是对的——至少目前是。但探索的真正本质，却要求冒险。 　　加利福尼亚大学欧文分校物理学教授和NASA的长期顾问格雷戈里·本福德提出，既要注意在风险和收益间保持适当平衡，也不应该阻止人们追求宇宙移民的梦想。他引用了北欧海盗探险家的故事，北欧海盗是在早于哥伦布之前5个世纪，首先踏足北美洲的人。他认为跨出第一步还不充分。“美国人认为我们自己是空间哥伦布，取得了大发现。但事实上恐怕我们要成为利夫·埃里克森，我们真的去了新家园，努力做了很多事，然后这些事大部分都被忘记了。” 　　不管怎样，研究人员、工程师和天文学家们基本上都确信，我们最终会生活在太空。他们认为这一移民运动是生存的必然和人类的进步，只是时间上还有弹性。就像我们到干旱的土地、到非洲沙瓦纳稀树草原去，像猿猴一样地探险，乘船寻找新大陆……怎能不向往着有一天，生活在被改造的土卫六或恒星飞船上，在深远的太空里巡航？无论要花多久的时间才能到达一颗行星，无论到达之后迎接我们的是什么，我们现在付出的努力都不会白费，都会给现今的地球人带来无数当前利益。比如设计封闭可持续的居住地，有助于改善食物匮乏；先进的推进动力技术可能彻底改变地球上的交通运输；空间太阳能有望从根本上转变我们对化石燃料的依赖；而对小行星的更多了解，可能为我们提供宝贵的资源，也能做好准备改变一个可能撞毁地球的小行星的轨道。 　　太空移民“不仅关乎生存，还关乎繁荣”，陶零基金的马克·米利斯说。虽然以目前的条件，到外太空去有很大风险，但需要一个志愿者为了公共利益而牺牲。激励我们这么做的原因很简单，米利斯说：“我们是要走向一个激动人心的未来生存之地？还是每天早上醒来，都很庆幸自己还活着？” （常丽君）　　来源：科技网

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