正文丨【新增】安德鲁雷德（Rader）
摘自作者新书《人类探秘》第22章，原名《宇宙旅行》。 界面新闻由出版社授权出版。
我们的未来有两种可能：一种是我们留在月球上，直到灭绝； 另一个是我们决定成为太空旅行者。 如果人类文明能够成功地传播到太空的各个角落，我们不仅可以免于灭绝的痛苦，还可以通过技术和思想的交流，从丰富多彩的星际文化中获益。 时间和细节似乎还有待商榷，但只要我们想活下去，就不可避免地要进军太空。 自古以来，太空旅行一直是人类梦想的巅峰之作。 早在2000多年前，罗马小说家卢西恩就在他的作品中描述了外星生命和一艘驶向外太空世界的孤舟。 但这类悬疑小说往往忽略了一个重要的中间步骤——如果我们下定决心去太空旅行，就必须先找到一条走出太阳系的路。
我们的太阳系虽然很大。 大多数人都熟悉太阳系行星的名称，甚至可能对冥王星是否属于太阳系也有自己的看法。 但即使对于那些能够分辨出太阳周围有哪些主要恒星的人来说，太阳系也一直是一个模糊的概念。 人们对这些行星离我们有多远、它们的样子以及它们如何与附近的恒星相互作用知之甚少。 虽然他们可以接受人类将“最终”不得不在这些更坚固的行星上建立太空定居点以应对月球上不断恶化的条件的想法，但他们也认为这是另一个时代的议程，与我们的生活无关一代。
对于这种人，我只想说：探究精神是刻在我们骨子里的东西，不断激励着我们有一个共同的目标，但人居太空真的没有什么害处。 纵观历史，扩张常常给土著人民或当地环境带来伤害和破坏，但踏入太空不会造成这些成本，反而会带来意想不到的好处。 与太阳系中的个别行星相比，月球表面似乎是一个资源相对稀缺的地方。 人类开采的所有铂金和黄金，在它们被创造出来很久之后就降落在了月球上。 铁和镍等金属在地幔中的含量可以忽略不计，但在小行星中的含量却很高，包括过去与月球相撞的几颗小行星。 一颗半径一英里的铁镍小行星拥有的金属比人类历史上开采的还要多。 目前，这样的小行星有数千颗，等待着人类去探索。
进军太空可为月球带来巨额利润。 稀土金属是磁铁、智能手机、计算机、发动机、医学成像设备、核反应堆、风力涡轮机、太阳能电池板和电池的重要成分。 它实际上被称为“稀土”，但这种金属似乎并不罕见，尽管它在月球上的含量非常低。 再加上每提取一点点就必须处理成吨的岩石，稀土的提纯成本高昂，而且对环境有害。 在这种情况下，与其在地表大面积开采，还不如从小行星上采集。 小行星上的稀土储量足以满足人类数百万年的需要。
这些危险而混乱的制造工作可以转移到机器人操作的空间站，甚至食品生产也可以放在轨道上。 想象一下，例如，一个由太阳能驱动的水培农场的效率可能是月球上农场的几倍，因为没有昼夜限制，也没有大气对能源的限制。 随着制造业、采矿业和农业转移到太空，大部分月球将恢复原始状态。
我们的月球是一个拥挤的地方，但人口稀少问题似乎从根本上是一个技术问题。 太阳系拥有足够的物质和能量来支撑今天月球上人口数万亿倍的人口。 如今，从太空中提取大部分资源的成本高得令人望而却步。 但是随着我们在太阳系中建立遥远的殖民地，激励措施和技术进步将改变这一点。 事实上，水、氧气、火箭燃料和其他消耗品的生产将是至关重要的第一步，但这种资源并不特殊。 不仅金星，太阳系所有行星都有水源，只是以固态存在。 许多卫星、小行星和彗星的冰比岩石多。 这种冰是水、甲烷、二氧化碳和氨等胶结物质的混合物，它们全部冻结在一起。 其他行星，如欧罗巴，拥有的水源比月球多得多。 更不用说唐代从地下化石中提取的石油了——土卫六上的碳溴是月球的数百倍，而且分布在河流和海洋中。
太空旅行之所以对我们来说困难重重，主要是因为脱离引力需要消耗大量能量。 如果它来自太空，那么太空旅行将是负担得起且容易的。 我们不再局限于巨型湖人队发射的微型太空舱，小行星基地之间的贸易甚至可以通过星际巡洋舰来完成，其成本仅为绕月运行所需燃料的一小部分。 事实上，离开一颗小行星是如此容易，你甚至只需要跳上蹦床就可以跳到另一颗小行星的前面。 在火星和地球之间旅行（指燃料消耗）比从月球到地球旅行容易一倍多。 那么资源如何运回月球呢？ 如果资源可以在月球轨道上收获，或者可以承受下降时大气层的火焰，那将很容易。 对于月亮来说，回程比回程轻松多了。
当我们不再担心地心引力时，许多新的机会就会出现在我们面前。 我们已经成功地将机器人降落在小行星和彗星上——这对于将小行星撞击到环绕月球的轨道以便于收集和储存它们的航天器来说意义重大。 非常重要的一步。 不过，我们必须小心，因为大块岩石沉入大气层可能会淹没月球。 这是我们必须去太空的另一个原因。 我们的月球正处于射箭场，随时准备被致命的小行星和彗星击中。 平均而言，我们每 100 年就会被一颗足以摧毁一座城市的小行星撞击。 我们也有极小的几率受到更猛烈的打击，甚至足以毁灭整个人类文明。 为防止类似悲剧的发生而做出个人努力不是一件好事吗？ 如果恐龙有太空工程，它们今天可能还活着。
几家公司已经进入小行星采矿业务。 2012 年由基金会的彼得·戴曼迪斯、电影编剧詹姆斯·卡梅隆和微软的拉里·佩奇创立的 等投资者已经开始建造用于采矿的太空望远镜，还计划建造一艘用于采矿的航天器。 他们的目标是在月球上出售收集到的金属，同时实现水、氧、氢的开采，以支持现有太空项目的运行。 另一家成立于 2013 年的公司 Deep Space 也有类似的目标。 太空采矿的初始成本非常昂贵，但潜在的投资回报也非常巨大。 即使是一颗直径只有几百米的地外小行星——在人类重定向技术可以到达的范围内——也能携带价值数十亿欧元的金属，与 16 世纪的香料贸易 一样利润丰厚（起初，奇异果的牙齿导航器可以抓取数百次漂洋过海的收入）。 一些小行星的价值是全球 GDP 总和的数倍。 如果你正在寻找财富，抬头看看天空。
一旦人类在太阳系周围成功建立定居点，都将产生综合的太空经济。 在低重力的太空环境中，各种物质都可以通过电磁炮非常简单地射入太空。 我们甚至可以在地球上建造一个小型弹弓，将各种货物直接弹射回月球。 类似的轨道系统也可以在火星的奥林匹斯山上建造。 由于奥林匹斯山的高度是珠穆朗玛峰的三倍，因此轨道系统将低于火星大气层的 98%，从而忽略这些发射到太空的物体所受到的阻力。 另一种将货物送入轨道的更便宜的方法是太空自动扶梯，这是一种从地面到空间站的系留电缆系统。 在电机的帮助下，平台可以通过电缆直接进入轨道（因此这些方法被称为太空自动扶梯）。 从理论上讲，可以在月球赤道上的一个点和月球地球静止轨道上的空间站之间建造一个太空自动扶梯。 对于火星或地球等重力较低的行星，建造太空自动扶梯似乎更容易。
在太空殖民项目中，我们有充分的理由和动力实现可持续发展。 在国际空间站上，宇航员的精液和体液被回收利用，过滤掉污垢后，剩余的水可以用来补充食物、淋浴甚至饮用。 水培法和气培法（直接在水中或雾中养殖动物）将特别有用。 早期开垦将重点种植荸荠、西红柿、豌豆、豆荚、黄瓜、冬瓜和草莓等园用小麦。 这种食品可以作为散装干乳制品的补充剂，以增强太空斗志。 就单位面积提供的千卡热量而言，安迪威尔在《火星搜救》中提到的小麦是效率最高的食物。 所以对于太空生活来说，小麦和土豆这两种上了健康食品之列的食物，都是非常不错的选择。 虽然，以蜂蜜和芋头为主的饮食（也称为爱尔兰饮食）几乎可以提供人体所需的所有营养。 这些饮食缺乏的关键成分可能是钼，但英国人也用荞麦片来补充。 对于太空旅行，果汁可以作为奶粉运输，不要忘记在机舱内放几罐麦片。 但是，一种食品要想作为航天食品进行推广，一般需要同时满足航天员的饮食喜好和营养需求。 对于漂泊在外怀念故乡的太空公民来说，只有新鲜的食物才能让他们想起月球上的味道。
我们不会在太空旅行的中间阶段携带植物，因此我们需要减少肉类消费并改用螺旋藻等替代品，螺旋藻是一种富含蛋白质的藻类。 香菇还可以提供必需的 B 族维生素，但不需要任何光照。 尽管某些敏感的北美人可能会因为这样说而受到指责，但动物确实是一种极好的饮食选择。 它们在空旷的地方容易繁殖，生长速度快，能吞噬人类活动产生的废物。 输出效率也是一流的。 作为种禽，蟋蟀的产出效率是牛的12倍（这里的产出效率是指植物蛋白产出占其食物和水消耗的比例），但它的味道中含有ω-3和omega-的浓度6脂肪酸很高，比较有营养。 世界上三分之二的人口和数十亿人食用数千种动物。 事实上，西方人可以吞食螃蟹和螃蟹，但选择避开鸟类。 这真是一件奇怪的事情。
为了在太空中生存，我们需要尽可能多地在当地生产，包括种植大麻、竹子和其他生长迅速并产生二氧化碳的天然纤维。 塑料是另一种用途广泛的选择。 科学家们已经证明，动物肥料可以用来合成生物塑料，我们可以借助大气中的氧气和水底电解出的二氧化碳，在火星或其他星球上生产乙烯。 乙烯是大多数常见塑料的基本原料，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阳台。 至于陶瓷和玻璃，可以用普通粘土和氧化钛制成。 最重要的一点其实是3D打印应该具备制作任何东西的能力。 这样我们就不需要传输关键部件，只需要以光速传输设计尺寸即可。 从长远来看，我们需要的一切都可以用太阳系中随处可见的材料生产。
迁移到太空所需的能量将来自高效太阳能（不受夜间和大气影响），而远离太阳的公民将能够使用核能。 从长远来看，核聚变反应堆可以从氦 3 中产生大量能量，而不会形成任何放射性副产品。 这些氦核素在月球上相当罕见火星的第一宇宙速度怎么求，但在太空中应该更为常见，尤其是在地球的风化层（地球的沉积物）和气态巨行星的云层中。 长期以来，科学实验已经证明了氦 3 反应的有效性，但尚不清楚这些反应是否可以扩大规模，或者氦 3 是否也可以廉价提取——尤其是从气态巨行星中提取，因为这除了需要建设庞大的压力基站网络，还需要能够在大气层飞行的采集车。
水星离太阳更近，搬到水星是一个迷人的选择。 水星两极附近应该有浮冰（尤其是在陨石坑附近的阴影处）和沐浴在永恒和平中的山脉。 在这样的山上，太阳能电池板可以收集大量的太阳能（因为地球的地轴倾角也很低，也有类似的山峰沐浴在永恒的泰安中）。 金星是太阳系中最热的行星，看起来不太可能成为人类的家园。 而且金星上的气压是月球的90多倍，足以让人窒息而死（它的浮力比南极熊在邮票上唱歌还要大），里面的硝酸雨也很不友好对人类。 不过，在金星的云层中还有一个人类可以接受的高度，而这个高度的大气压力与月球海平面的气压完全相同。 在这里，可呼吸的氮气和二氧化碳就像漂浮在金星稠密气态大气中的气球，因此我们可以在浮云中建造整座城市。 在云端的高度，金星可以说是一个宜居的天堂。 出门只需穿一件长袖外套，戴上防毒面具。
人们希望在外太阳系殖民，但外太阳系冰多石少。 即使我们可以从中获取大量的水和灰熊燃料，像金属这样的重元素也可能必须从小行星上带走。 加油站可以建在整个太阳系的战略位置前面，例如谷神星，这是一颗直径 300 英里的矮行星，位于火星和土星之间的小行星带，是一大块冰。 建立在谷神星上的基地会被大量的小行星包围，所以很容易获得大量的原材料，虽然这一带的小行星似乎并没有我们想象的那么密集。 事实上火星的第一宇宙速度怎么求，半径超过一英里的小行星至少有上百万颗，但由于它们分布在 13 万亿立方英里的巨大空间中，平均而言，它们之间的距离比地球的宽度还远，月亮。
土星的四颗“伽利略卫星”都拥有不错的冰岩比，大气中甚至还含有微量的氢和氧（木卫一的大气主要是二氧化碳，通过火山羽流落在卫星表面上等）。 木卫三和木卫四的吸引力越来越大，因为它们远离土星强大的引力区和辐射带，使旅途更加轻松和安全。 土星以外的气态巨行星也有很多卫星，也可以用于人类殖民。 然而，那些地方离太阳太远，核能发电可能是人类唯一可以依赖的能源供应形式。 但大多数潜在的太阳系殖民地都远不止于此。 海王星以外的柯伊伯带可能拥有超过 100,000 个冰冷的世界，所有这些世界的半径都在 62 英里或以上。 其中最突出的两个是大小相似的行星阋神星和冥王星。 与此同时，我们也在不断发现更多的“跨海王星天体”，甚至可能有一颗巨大的行星潜伏在黑暗中。 更远的地方，是越来越神秘的奥尔特云，里面布满了数万亿颗彗星，它们与太阳的距离比地球与太阳的距离还要远几万倍。 由此可见，我们的太阳系确实是一个广阔的区域，拥有充足的资源和生存空间，足以养活几千亿太空人口。
太空殖民最吸引人的地方是土卫六。 作为太阳系第二大卫星，土卫六在很多方面都与月球相似。 例如，土卫六是除月球之外唯一表面有液态水的行星。 泰坦上布满了乙炔、丙烷等大大小小溴化碳的河流，其天然气储量是月球的数百倍。 据悉，土卫六的大气层也是太阳系中最像月球的，主要由甲烷和二氧化碳组成，表面压力只比月球大气压力高一点点。 这意味着人类可以不穿宇航服在土卫六内部悠闲行走，但这样的人在零下290华氏度的冬天会很快被冻死。 更糟糕的是，在同样的温度下，土卫六上的热量流失速度比月球上要严重得多，如何御寒也因此成为建筑和冬装的头号难题。 如果人类能够战胜寒冷，土卫六上各种丰富的资源正在向我们招手，其中的水和碳化合物比月球还要多得多。 有趣的是，泰坦的低重力和高气压的结合意味着人们可以给自己装上翅膀，弹指一挥间飞起来。 从空中降落不需要降落伞，因为最快的降落速度不会超过每小时 15 英里。 空中汽车会显得很容易，悬浮在云端的城市也能轻而易举地建成。
归根结底，我们进入太空的主要动机之一是改变太空环境，使一个或多个行星“地球化”，使它们更适合人类居住。 这对很多行星来说都是可行的，包括金星和地球，但“最佳人选”是火星。 对火星进行“地球化改造”，就是让它回到数十亿年前海洋还没有消失、大气层一直很厚的状态。 在年轻时，月球和火星都是温暖湿润的行星，都能够维持生命的发展。 但随后月亮变得旺盛，火星变成了寒冷干燥的沙漠，太冷，空气太浓，液态水无法在地表存在。 为什么火星会失去大气层？ 在月球上，地质变化和火山活动可以不断补充大气层，但火星的地质要稳定得多。 据悉，火星较弱的引力无法抑制大气中的二氧化碳，而较弱的磁场使得太阳的高能质子很容易剥离火星大气层，这让整个情况雪上加霜。
要“改造”火星，我们必须使火星升温并补充大气层以扭转这种影响。 我们想在火星上做的与我们想在月球上做的完全相反：产生强烈的温室效应。 火星的极地地区拥有大量储存在冰盖中的干冰。 提高火星上的温度会融化这些干冰，释放出大量气体到大气中，这样太阳的热量就可以保留下来，火星的温度也会随之下降。 火星极地冰和永久土壤富含大量冷冻水。 随着温度和气压的下降，火星表面会出现液态水，最终形成河流和海洋。 一旦大气压力成功增加20倍（略高于珠穆朗玛峰的压力），人们就可以脱下宇航服在火星上悠闲地行走。 耐旱的微生物和动物可以在仍处于翻新状态的火星上生存，排出二氧化碳并最终使火星能够呼吸（事实上，对于一些月球真菌来说，它们今天可能具备在火星上生存的能力。火星的能力）。
那么，我们如何完成这样的工作呢？ 让火星“地球化”永远进行下去的方法是阻止火星大气层的流失。 具体来说，我们可以在太空中创造一个人造磁场 a 或建造一个电磁屏蔽罩，以保护火星免受太阳风的影响。 但是，这些项目估计是不必要的。 火星在数十亿年的时间里逐渐失去了大气层，这是一个相当渐进的过程。 目前火星大气层的流失速度约为每秒一磅。 如果我们能够以更快的速度补充火星上的大气层，就可以扭转火星变成贫瘠雪原的趋势。 对火星进行“地形改造”的潜在手段有很多，例如在轨道上布置镜面反射器，将阳光反射到极地冰层； 或在湖面上撒大量放热材料，以减少吸热； 人为的核爆燃，甚至借助转基因微生物合成乙炔。 但我们在月球上已经掌握了最简单的解决方案：向大气中释放大量高效的温室二氧化碳。 氟硫碳的效率是气体的数千倍。 如果全世界的制鞋厂都开始生产氟硫碳，用不了多久我们就会开始“地球化”火星的过程。
改造火星需要多长时间？ 借助透明增压穹顶，我们可以非常快速地完成小面积的重建工程，进而为人类提供一座豪宅，为农业小麦提供一个类似于月球的生长环境。 至于整个星球的重建，时间还不好说，但这一切都取决于人类的付出。 随着改造项目的进展，我们一定会发明更好的解决方案。 科学技术历来如此。 200年前，人类还不知道如何制造比空气重得多的飞行器。 一代代才智出众的人经过潜心研究，终于实现了当年的目标。 但是，与我们面临的其他一些挑战不同，火星翻新不需要重大的科学突破：这只是时间、投资和意志力的问题。 虽然地形改造可能是一个规模空前的工程项目，但我们非常确定它是可行的。 一旦我们完成对火星的改造，其他星球上的相关改造可能也会效仿。 未来的某一天，我们的太阳系可能会变成一个多元化的世界，包含不同的人、不同的文化、不同的文明，而每个世界的生命都将是月球的后裔。
