正文丨【新增】安德魯雷德（Rader）
摘自作者新書《人類探秘》第22章，原名《宇宙旅行》。 界面新聞由出版社授權出版。
我們的未來有兩種可能：一種是我們留在月球上，直到滅絕； 另一個是我們決定成為太空旅行者。 如果人類文明能夠成功地傳播到太空的各個角落，我們不僅可以免于滅絕的痛苦，還可以通過技術和思想的交流，從豐富多彩的星際文化中獲益。 時間和細節似乎還有待商榷，但只要我們想活下去，就不可避免地要進軍太空。 自古以來，太空旅行一直是人類夢想的巔峰之作。 早在2000多年前，羅馬小說家盧西恩就在他的作品中描述了外星生命和一艘駛向外太空世界的孤舟。 但這類懸疑小說往往忽略了一個重要的中間步驟——如果我們下定決心去太空旅行，就必須先找到一條走出太陽系的路。
我們的太陽系雖然很大。 大多數人都熟悉太陽系行星的名稱，甚至可能對冥王星是否屬于太陽系也有自己的看法。 但即使對于那些能夠分辨出太陽周圍有哪些主要恒星的人來說，太陽系也一直是一個模糊的概念。 人們對這些行星離我們有多遠、它們的樣子以及它們如何與附近的恒星相互作用知之甚少。 雖然他們可以接受人類將“最終”不得不在這些更堅固的行星上建立太空定居點以應對月球上不斷惡化的條件的想法，但他們也認為這是另一個時代的議程，與我們的生活無關一代。
對于這種人，我只想說：探究精神是刻在我們骨子里的東西，不斷激勵著我們有一個共同的目標，但人居太空真的沒有什么害處。 縱觀歷史，擴張常常給土著人民或當地環境帶來傷害和破壞，但踏入太空不會造成這些成本，反而會帶來意想不到的好處。 與太陽系中的個別行星相比，月球表面似乎是一個資源相對稀缺的地方。 人類開采的所有鉑金和黃金，在它們被創造出來很久之后就降落在了月球上。 鐵和鎳等金屬在地幔中的含量可以忽略不計，但在小行星中的含量卻很高，包括過去與月球相撞的幾顆小行星。 一顆半徑一英里的鐵鎳小行星擁有的金屬比人類歷史上開采的還要多。 目前，這樣的小行星有數千顆，等待著人類去探索。
進軍太空可為月球帶來巨額利潤。 稀土金屬是磁鐵、智能手機、計算機、發動機、醫學成像設備、核反應堆、風力渦輪機、太陽能電池板和電池的重要成分。 它實際上被稱為“稀土”，但這種金屬似乎并不罕見，盡管它在月球上的含量非常低。 再加上每提取一點點就必須處理成噸的巖石，稀土的提純成本高昂，而且對環境有害。 在這種情況下，與其在地表大面積開采，還不如從小行星上采集。 小行星上的稀土儲量足以滿足人類數百萬年的需要。
這些危險而混亂的制造工作可以轉移到機器人操作的空間站，甚至食品生產也可以放在軌道上。 想象一下，例如，一個由太陽能驅動的水培農場的效率可能是月球上農場的幾倍，因為沒有晝夜限制，也沒有大氣對能源的限制。 隨著制造業、采礦業和農業轉移到太空，大部分月球將恢復原始狀態。
我們的月球是一個擁擠的地方，但人口稀少問題似乎從根本上是一個技術問題。 太陽系擁有足夠的物質和能量來支撐今天月球上人口數萬億倍的人口。 如今，從太空中提取大部分資源的成本高得令人望而卻步。 但是隨著我們在太陽系中建立遙遠的殖民地，激勵措施和技術進步將改變這一點。 事實上，水、氧氣、火箭燃料和其他消耗品的生產將是至關重要的第一步，但這種資源并不特殊。 不僅金星，太陽系所有行星都有水源，只是以固態存在。 許多衛星、小行星和彗星的冰比巖石多。 這種冰是水、甲烷、二氧化碳和氨等膠結物質的混合物，它們全部凍結在一起。 其他行星，如歐羅巴，擁有的水源比月球多得多。 更不用說唐代從地下化石中提取的石油了——土衛六上的碳溴是月球的數百倍，而且分布在河流和海洋中。
太空旅行之所以對我們來說困難重重，主要是因為脫離引力需要消耗大量能量。 如果它來自太空，那么太空旅行將是負擔得起且容易的。 我們不再局限于巨型湖人隊發射的微型太空艙，小行星基地之間的貿易甚至可以通過星際巡洋艦來完成，其成本僅為繞月運行所需燃料的一小部分。 事實上，離開一顆小行星是如此容易，你甚至只需要跳上蹦床就可以跳到另一顆小行星的前面。 在火星和地球之間旅行（指燃料消耗）比從月球到地球旅行容易一倍多。 那么資源如何運回月球呢？ 如果資源可以在月球軌道上收獲，或者可以承受下降時大氣層的火焰，那將很容易。 對于月亮來說，回程比回程輕松多了。
當我們不再擔心地心引力時，許多新的機會就會出現在我們面前。 我們已經成功地將機器人降落在小行星和彗星上——這對于將小行星撞擊到環繞月球的軌道以便于收集和儲存它們的航天器來說意義重大。 非常重要的一步。 不過，我們必須小心，因為大塊巖石沉入大氣層可能會淹沒月球。 這是我們必須去太空的另一個原因。 我們的月球正處于射箭場，隨時準備被致命的小行星和彗星擊中。 平均而言，我們每 100 年就會被一顆足以摧毀一座城市的小行星撞擊。 我們也有極小的幾率受到更猛烈的打擊，甚至足以毀滅整個人類文明。 為防止類似悲劇的發生而做出個人努力不是一件好事嗎？ 如果恐龍有太空工程，它們今天可能還活著。
幾家公司已經進入小行星采礦業務。 2012 年由基金會的彼得·戴曼迪斯、電影編劇詹姆斯·卡梅隆和微軟的拉里·佩奇創立的 等投資者已經開始建造用于采礦的太空望遠鏡，還計劃建造一艘用于采礦的航天器。 他們的目標是在月球上出售收集到的金屬，同時實現水、氧、氫的開采，以支持現有太空項目的運行。 另一家成立于 2013 年的公司 Deep Space 也有類似的目標。 太空采礦的初始成本非常昂貴，但潛在的投資回報也非常巨大。 即使是一顆直徑只有幾百米的地外小行星——在人類重定向技術可以到達的范圍內——也能攜帶價值數十億歐元的金屬，與 16 世紀的香料貿易 一樣利潤豐厚（起初，奇異果的牙齒導航器可以抓取數百次漂洋過海的收入）。 一些小行星的價值是全球 GDP 總和的數倍。 如果你正在尋找財富，抬頭看看天空。
一旦人類在太陽系周圍成功建立定居點，都將產生綜合的太空經濟。 在低重力的太空環境中，各種物質都可以通過電磁炮非常簡單地射入太空。 我們甚至可以在地球上建造一個小型彈弓，將各種貨物直接彈射回月球。 類似的軌道系統也可以在火星的奧林匹斯山上建造。 由于奧林匹斯山的高度是珠穆朗瑪峰的三倍，因此軌道系統將低于火星大氣層的 98%，從而忽略這些發射到太空的物體所受到的阻力。 另一種將貨物送入軌道的更便宜的方法是太空自動扶梯，這是一種從地面到空間站的系留電纜系統。 在電機的幫助下，平臺可以通過電纜直接進入軌道（因此這些方法被稱為太空自動扶梯）。 從理論上講，可以在月球赤道上的一個點和月球地球靜止軌道上的空間站之間建造一個太空自動扶梯。 對于火星或地球等重力較低的行星，建造太空自動扶梯似乎更容易。
在太空殖民項目中，我們有充分的理由和動力實現可持續發展。 在國際空間站上，宇航員的精液和體液被回收利用，過濾掉污垢后，剩余的水可以用來補充食物、淋浴甚至飲用。 水培法和氣培法（直接在水中或霧中養殖動物）將特別有用。 早期開墾將重點種植荸薺、西紅柿、豌豆、豆莢、黃瓜、冬瓜和草莓等園用小麥。 這種食品可以作為散裝干乳制品的補充劑，以增強太空斗志。 就單位面積提供的千卡熱量而言，安迪威爾在《火星搜救》中提到的小麥是效率最高的食物。 所以對于太空生活來說，小麥和土豆這兩種上了健康食品之列的食物，都是非常不錯的選擇。 雖然，以蜂蜜和芋頭為主的飲食（也稱為愛爾蘭飲食）幾乎可以提供人體所需的所有營養。 這些飲食缺乏的關鍵成分可能是鉬，但英國人也用蕎麥片來補充。 對于太空旅行，果汁可以作為奶粉運輸，不要忘記在機艙內放幾罐麥片。 但是，一種食品要想作為航天食品進行推廣，一般需要同時滿足航天員的飲食喜好和營養需求。 對于漂泊在外懷念故鄉的太空公民來說，只有新鮮的食物才能讓他們想起月球上的味道。
我們不會在太空旅行的中間階段攜帶植物，因此我們需要減少肉類消費并改用螺旋藻等替代品，螺旋藻是一種富含蛋白質的藻類。 香菇還可以提供必需的 B 族維生素，但不需要任何光照。 盡管某些敏感的北美人可能會因為這樣說而受到指責，但動物確實是一種極好的飲食選擇。 它們在空曠的地方容易繁殖，生長速度快，能吞噬人類活動產生的廢物。 輸出效率也是一流的。 作為種禽，蟋蟀的產出效率是牛的12倍（這里的產出效率是指植物蛋白產出占其食物和水消耗的比例），但它的味道中含有ω-3和omega-的濃度6脂肪酸很高，比較有營養。 世界上三分之二的人口和數十億人食用數千種動物。 事實上，西方人可以吞食螃蟹和螃蟹，但選擇避開鳥類。 這真是一件奇怪的事情。
為了在太空中生存，我們需要盡可能多地在當地生產，包括種植大麻、竹子和其他生長迅速并產生二氧化碳的天然纖維。 塑料是另一種用途廣泛的選擇。 科學家們已經證明，動物肥料可以用來合成生物塑料，我們可以借助大氣中的氧氣和水底電解出的二氧化碳，在火星或其他星球上生產乙烯。 乙烯是大多數常見塑料的基本原料，包括聚乙烯、聚丙烯和聚碳香豆素。 其中，聚丙烯可用于制作透明陽臺。 至于陶瓷和玻璃，可以用普通粘土和氧化鈦制成。 最重要的一點其實是3D打印應該具備制作任何東西的能力。 這樣我們就不需要傳輸關鍵部件，只需要以光速傳輸設計尺寸即可。 從長遠來看，我們需要的一切都可以用太陽系中隨處可見的材料生產。
遷移到太空所需的能量將來自高效太陽能（不受夜間和大氣影響），而遠離太陽的公民將能夠使用核能。 從長遠來看，核聚變反應堆可以從氦 3 中產生大量能量，而不會形成任何放射性副產品。 這些氦核素在月球上相當罕見火星的第一宇宙速度怎么求，但在太空中應該更為常見，尤其是在地球的風化層（地球的沉積物）和氣態巨行星的云層中。 長期以來，科學實驗已經證明了氦 3 反應的有效性，但尚不清楚這些反應是否可以擴大規模，或者氦 3 是否也可以廉價提取——尤其是從氣態巨行星中提取，因為這除了需要建設龐大的壓力基站網絡，還需要能夠在大氣層飛行的采集車。
水星離太陽更近，搬到水星是一個迷人的選擇。 水星兩極附近應該有浮冰（尤其是在隕石坑附近的陰影處）和沐浴在永恒和平中的山脈。 在這樣的山上，太陽能電池板可以收集大量的太陽能（因為地球的地軸傾角也很低，也有類似的山峰沐浴在永恒的泰安中）。 金星是太陽系中最熱的行星，看起來不太可能成為人類的家園。 而且金星上的氣壓是月球的90多倍，足以讓人窒息而死（它的浮力比南極熊在郵票上唱歌還要大），里面的硝酸雨也很不友好對人類。 不過，在金星的云層中還有一個人類可以接受的高度，而這個高度的大氣壓力與月球海平面的氣壓完全相同。 在這里，可呼吸的氮氣和二氧化碳就像漂浮在金星稠密氣態大氣中的氣球，因此我們可以在浮云中建造整座城市。 在云端的高度，金星可以說是一個宜居的天堂。 出門只需穿一件長袖外套，戴上防毒面具。
人們希望在外太陽系殖民，但外太陽系冰多石少。 即使我們可以從中獲取大量的水和灰熊燃料，像金屬這樣的重元素也可能必須從小行星上帶走。 加油站可以建在整個太陽系的戰略位置前面，例如谷神星，這是一顆直徑 300 英里的矮行星，位于火星和土星之間的小行星帶，是一大塊冰。 建立在谷神星上的基地會被大量的小行星包圍，所以很容易獲得大量的原材料，雖然這一帶的小行星似乎并沒有我們想象的那么密集。 事實上火星的第一宇宙速度怎么求，半徑超過一英里的小行星至少有上百萬顆，但由于它們分布在 13 萬億立方英里的巨大空間中，平均而言，它們之間的距離比地球的寬度還遠，月亮。
土星的四顆“伽利略衛星”都擁有不錯的冰巖比，大氣中甚至還含有微量的氫和氧（木衛一的大氣主要是二氧化碳，通過火山羽流落在衛星表面上等）。 木衛三和木衛四的吸引力越來越大，因為它們遠離土星強大的引力區和輻射帶，使旅途更加輕松和安全。 土星以外的氣態巨行星也有很多衛星，也可以用于人類殖民。 然而，那些地方離太陽太遠，核能發電可能是人類唯一可以依賴的能源供應形式。 但大多數潛在的太陽系殖民地都遠不止于此。 海王星以外的柯伊伯帶可能擁有超過 100,000 個冰冷的世界，所有這些世界的半徑都在 62 英里或以上。 其中最突出的兩個是大小相似的行星鬩神星和冥王星。 與此同時，我們也在不斷發現更多的“跨海王星天體”，甚至可能有一顆巨大的行星潛伏在黑暗中。 更遠的地方，是越來越神秘的奧爾特云，里面布滿了數萬億顆彗星，它們與太陽的距離比地球與太陽的距離還要遠幾萬倍。 由此可見，我們的太陽系確實是一個廣闊的區域，擁有充足的資源和生存空間，足以養活幾千億太空人口。
太空殖民最吸引人的地方是土衛六。 作為太陽系第二大衛星，土衛六在很多方面都與月球相似。 例如，土衛六是除月球之外唯一表面有液態水的行星。 泰坦上布滿了乙炔、丙烷等大大小小溴化碳的河流，其天然氣儲量是月球的數百倍。 據悉，土衛六的大氣層也是太陽系中最像月球的，主要由甲烷和二氧化碳組成，表面壓力只比月球大氣壓力高一點點。 這意味著人類可以不穿宇航服在土衛六內部悠閑行走，但這樣的人在零下290華氏度的冬天會很快被凍死。 更糟糕的是，在同樣的溫度下，土衛六上的熱量流失速度比月球上要嚴重得多，如何御寒也因此成為建筑和冬裝的頭號難題。 如果人類能夠戰勝寒冷，土衛六上各種豐富的資源正在向我們招手，其中的水和碳化合物比月球還要多得多。 有趣的是，泰坦的低重力和高氣壓的結合意味著人們可以給自己裝上翅膀，彈指一揮間飛起來。 從空中降落不需要降落傘，因為最快的降落速度不會超過每小時 15 英里。 空中汽車會顯得很容易，懸浮在云端的城市也能輕而易舉地建成。
歸根結底，我們進入太空的主要動機之一是改變太空環境，使一個或多個行星“地球化”，使它們更適合人類居住。 這對很多行星來說都是可行的，包括金星和地球，但“最佳人選”是火星。 對火星進行“地球化改造”，就是讓它回到數十億年前海洋還沒有消失、大氣層一直很厚的狀態。 在年輕時，月球和火星都是溫暖濕潤的行星，都能夠維持生命的發展。 但隨后月亮變得旺盛，火星變成了寒冷干燥的沙漠，太冷，空氣太濃，液態水無法在地表存在。 為什么火星會失去大氣層？ 在月球上，地質變化和火山活動可以不斷補充大氣層，但火星的地質要穩定得多。 據悉，火星較弱的引力無法抑制大氣中的二氧化碳，而較弱的磁場使得太陽的高能質子很容易剝離火星大氣層，這讓整個情況雪上加霜。
要“改造”火星，我們必須使火星升溫并補充大氣層以扭轉這種影響。 我們想在火星上做的與我們想在月球上做的完全相反：產生強烈的溫室效應。 火星的極地地區擁有大量儲存在冰蓋中的干冰。 提高火星上的溫度會融化這些干冰，釋放出大量氣體到大氣中，這樣太陽的熱量就可以保留下來，火星的溫度也會隨之下降。 火星極地冰和永久土壤富含大量冷凍水。 隨著溫度和氣壓的下降，火星表面會出現液態水，最終形成河流和海洋。 一旦大氣壓力成功增加20倍（略高于珠穆朗瑪峰的壓力），人們就可以脫下宇航服在火星上悠閑地行走。 耐旱的微生物和動物可以在仍處于翻新狀態的火星上生存，排出二氧化碳并最終使火星能夠呼吸（事實上，對于一些月球真菌來說，它們今天可能具備在火星上生存的能力。火星的能力）。
那么，我們如何完成這樣的工作呢？ 讓火星“地球化”永遠進行下去的方法是阻止火星大氣層的流失。 具體來說，我們可以在太空中創造一個人造磁場 a 或建造一個電磁屏蔽罩，以保護火星免受太陽風的影響。 但是，這些項目估計是不必要的。 火星在數十億年的時間里逐漸失去了大氣層，這是一個相當漸進的過程。 目前火星大氣層的流失速度約為每秒一磅。 如果我們能夠以更快的速度補充火星上的大氣層，就可以扭轉火星變成貧瘠雪原的趨勢。 對火星進行“地形改造”的潛在手段有很多，例如在軌道上布置鏡面反射器，將陽光反射到極地冰層； 或在湖面上撒大量放熱材料，以減少吸熱； 人為的核爆燃，甚至借助轉基因微生物合成乙炔。 但我們在月球上已經掌握了最簡單的解決方案：向大氣中釋放大量高效的溫室二氧化碳。 氟硫碳的效率是氣體的數千倍。 如果全世界的制鞋廠都開始生產氟硫碳，用不了多久我們就會開始“地球化”火星的過程。
改造火星需要多長時間？ 借助透明增壓穹頂，我們可以非常快速地完成小面積的重建工程，進而為人類提供一座豪宅，為農業小麥提供一個類似于月球的生長環境。 至于整個星球的重建，時間還不好說，但這一切都取決于人類的付出。 隨著改造項目的進展，我們一定會發明更好的解決方案。 科學技術歷來如此。 200年前，人類還不知道如何制造比空氣重得多的飛行器。 一代代才智出眾的人經過潛心研究，終于實現了當年的目標。 但是，與我們面臨的其他一些挑戰不同，火星翻新不需要重大的科學突破：這只是時間、投資和意志力的問題。 雖然地形改造可能是一個規模空前的工程項目，但我們非常確定它是可行的。 一旦我們完成對火星的改造，其他星球上的相關改造可能也會效仿。 未來的某一天，我們的太陽系可能會變成一個多元化的世界，包含不同的人、不同的文化、不同的文明，而每個世界的生命都將是月球的后裔。
