文丨[加]安德鲁·雷德（AndrwRadr）
节选自作者新书《人类的探索》第22章，原标题《宇宙旅行》。界面新闻获出版社授权刊发。
我们的未来有两种可能：一是我们一直留在地球上，直到最终彻底灭绝；二是我们下决心成为太空旅行者。如果人类的文明成功传播到太空各地，那么我们不仅可以免受灭绝之苦，更可以通过技术和思想的交流，从多种多样的星际文化中受益。虽然时间和细节还有待商榷，但只要我们想要生存下去，就不可避免地向太空进军。太空旅行自古以来就是人类梦想的巅峰，早在多年前，罗马小说家琉善就曾在其作品中描绘过外星生命和飞向外太空世界的扁舟。不过这些科幻小说中经常会忽略一个很重要的中间步骤—如果我们决心展开太空旅行，那我们就必须先想办法走出太阳系。
我们的太阳系其实很大。大多数人都熟悉太阳系各行星的名字，甚至可能会对冥王星到底属不属于太阳系这件事有自己的看法。然而，就算是对这些能说出太阳周边都有哪些主要星体的人来说，太阳系仍然是一个很模糊的概念。很少有人清楚这些行星到底离我们有多远，它们长什么样子，它们和附近的星体都有怎样的相互作用。即便他们能够接受这样一个观点，即人类为了应对地球上不断恶化的生存环境，“最终”将不得不在那些更坚实的星球上建立太空定居点，他们也会认为这是另外一个时代的议题，跟我们这代人没有什么关系。
对于这些人，我只想说：探索精神是一种刻在我们骨子里，且不断以共同目标激励我们的一种东西，而且人类移居太空真的没有什么坏处。纵观历史，扩张常常会给原住民或当地环境带来伤害和破坏，但进军太空非但不会产生这种代价，反而会带来意想不到的好处。跟太阳系某些星球相比，地球表面其实是一个资源相对匮乏的地方。所有人类开采出来的铂和金，其实都是在其形成很久以后才落到地球上的。像铁和镍这种金属，在地壳中的含量微乎其微，但在小行星中的含量却非常高，其中就包括某些曾经和地球相撞的小行星。一颗直径一英里的铁镍小行星所拥有的金属量，比整个人类史中所开采的总量还要多。目前这样的小行星数以千计，正等待着人类前去探索。
进军太空可以给地球带来巨大的收益。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原料。虽然叫作“稀土”，但这些金属其实并不罕见，只不过在地球上的含量的确很少。再加上每提取一点点就要加工处理掉数以吨计的岩石，稀土的提纯成本极其高昂，而且会破坏环境。既然如此，与其在地表大面积开采，还不如从小行星上收集。小行星上的稀土储量足够满足人类几百万年的需求。
那些危险和脏乱的制造工作可以转移到由机器人操控的空间站上，甚至粮食生产也可以放到轨道上。比如，想象一下，由于没有昼夜交替的限制，也没有大气层对能量的阻碍，一个依靠太阳能驱动的水耕农场的效率要比地球上的农场高好几倍。随着制造业、采矿业和农业向太空转移，地球上的大部分地区将恢复至原始状态。
我们的地球是一个拥挤的地方，不过人口过剩问题从根本上讲其实只是技术问题。太阳系拥有充足的物质和能量，能够养活的人数要比当今地球上的人数高上万亿倍。在当下，大多数资源的太空提取成本都高得令人咋舌。不过随着我们在太阳系各处建立遥远的定居点，各种激励措施和技术进步将改变这一状况。虽然说水源、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，但这些资源其实并不特殊。除了金星以外，太阳系中所有的星球都拥有水源，只不过以固态存在。许多卫星、小行星、彗星上的冰块都比岩石多，这些冰块是水、甲烷、二氧化碳以及氨等氮化物的混合物，它们全部被冻在了一起。还有些星球，比如木卫二，上面的水源远比地球丰富。更不用说那些从古代地下化石中提取出来的石油了—土卫六上的碳氢化合物是地球的数百倍，遍布于湖泊和海洋之中。
我们之所以会认为太空旅行非常困难，主要是因为脱离地心引力所带来的高昂的能源成本。如果是从太空中出发，太空旅行将会变得既便宜又简单。我们不再被限制于依靠巨型火箭发射的小小太空舱，小行星基地之间的商业活动甚至可以依靠星际巡航舰，其耗费的燃料仅仅是在地球周边运行所需燃料的零头。实际上，离开一颗小行星非常容易，你甚至只需要在蹦床上跳一跳，就能跳到另一颗小行星上面。在火星和月球之间旅行，要比从地球到月球的旅程容易两倍以上（指燃料消耗）。那如何能把资源运送回地球？假如这些资源可以在地球轨道上采集，或者可以在下降时承受大气层带来的烈焰，那么这将会是一件很容易的事。对于地球来说，返程要比去程容易得多。
当我们不再因引力问题而苦恼时，面前就会涌现出很多新机遇。我们已经成功地让机器人降落在小行星和彗星上—对于利用航天器把小行星撞击到地球轨道上（这样一来人们就可以很方便地将其收集储备起来）的目标来说，这是很重要的一步。不过，考虑到大块岩石坠入大气层会给地球带来灾害，我们必须谨慎行事。这同时也是我们必须进军太空的另一个原因。我们的地球就像处在一个射击场，随时可能被致命的小行星和彗星击中。平均来说，每年我们都会被一颗足以毁灭城市的超大小行星撞击一次。我们还有遭受更猛烈撞击的极小概率，这样的撞击甚至足以摧毁整个人类文明。为了避免类似的惨剧而做出某些努力，这难道不算是一件好事吗？如果恐龙也拥有太空工程，那么它们可能现在还活得好好的。
有好几家公司已经开始涉足小行星采矿业务。比如由XPRIZE基金会的彼得·戴曼迪斯、电影导演詹姆斯·卡梅隆以及谷歌的拉里·佩奇等投资人于年共同创立的行星资源公司，目前已经开始建造用于探矿的太空望远镜，还在筹划建造用于采矿的太空船。他们的目标是将采集而来的金属在地球上售卖，同时实现对水源、氧气、氢气的开采，以支持现有太空项目的运行。另一家成立于年、名为“深空工业”的公司，也有类似的目标。太空采矿的初期成本十分高昂，不过潜在的投资回报也十分巨大。即便是一颗只有几百英尺宽的越地小行星—需要在人类重定向技术的能力范围之内—也可能携带价值数十亿美元的金属，其利润之高足以和16世纪的香料贸易媲美（当年葡萄牙航海家通过跨洋航行可以赚取上百倍的利润）。一些大型小行星的价值甚至高达全球GDP总合的好几倍。如果你正在寻求财富，那么不妨抬头望望天空。
一旦人类成功在太阳系各处建立定居点，它们就会形成一个综合性的太空经济体。在引力较低的太空环境中，各种材料可以非常简单地通过电磁炮被射入太空。我们甚至可以在月球上建造一个大型弹弓，把各种货物直接弹射回地球上。在火星的奥林匹斯山上也可以建立一个类似的轨道系统。由于奥林匹斯山的高度是珠穆朗玛峰的三倍，该轨道系统将高于火星98%的大气层，因此可以无视那些射向太空的物体所受到的阻力。将货物运向轨道的另一种较廉价的办法是太空电梯（一种从地表直通太空站的系留缆绳系统）。利用电机，平台可以直接通过电缆抵达轨道（所以这种办法被称为太空电梯）。理论上来说，太空电梯可以在地球赤道某一点和位于地球静止轨道上的空间站之间建立。对于火星或月球这种引力较低的星球来说，太空电梯的建造可以变得更容易。
在太空移民项目中，我们有充足的理由和动机实现可持续发展。在国际空间站上，宇航员的尿液和汗液都会被回收，过滤掉其中的污物之后，剩下的水分可以用来给食物补充水分、淋浴甚至饮用。水耕法和气耕法（直接在水或雾中种植植物）将变得格外实用。初期的耕种重点将放在莴苣、西红柿、豌豆、豆荚、胡萝卜、水萝卜、草莓等园林作物上，这些食物可以作为散装干燥食品的补充，提振太空士气。就单位面积所提供的卡路里而言，安迪·威尔在《火星救援》中提到的马铃薯是效率最高的食物。所以对于太空生活来说，马铃薯和名列健康食物榜单的甘薯都是非常不错的选择。其实，以牛奶和土豆为主要食物的饮食方法（也被称为爱尔兰饮食）几乎能够提供一切人体所必需的营养物质。这种饮食所缺少的关键成分大概是钼元素，不过也被爱尔兰人用燕麦片给补充上了。对于太空航行来说，牛奶可以以奶粉的形式运输，同时也别忘了在货舱中放几罐燕麦片。不过，一种食物想要晋升为宇航食物，通常需要同时满足宇航员的饮食偏好和营养需求。对于漂流在外、思念家乡的太空居民来说，新鲜的食物能够让他们回忆起地球上的味道。
在太空航行的初级阶段我们并不会携带动物，因此我们需要减少对肉制品的消耗，转而食用螺旋藻（一种富含蛋白质的蓝藻）一类的替代品。蘑菇也可以提供人体必需的维生素B，而且不需要任何光照。虽然这么说可能会冒犯到某些敏感的北美人，不过昆虫确实也是一个绝佳的饮食选项，它们很容易在狭小的空间中饲养，生长速度很快，还能吃掉人类活动产生的废物，产出效率也名列前茅。同为饲养动物，蟋蟀的产出效率是牛群的12倍（这里的产出效率是指动物的蛋白质产出占其食物及水分消耗量的比重），而且其肉质中ω—3和ω—6脂肪酸的含量非常高，更具营养。全世界有2/3的地区、数十亿的人口都会食用昆虫，其种类多达数千种。虽然西方人面对龙虾、螃蟹可以狼吞虎咽，但面对昆虫却选择避而远之，这真是一件怪事。
要想在太空生存，我们就需要尽可能地实现本地化生产，包括种植大麻、竹子，以及其他能够快速生长并产生氧气的天然纤维。塑料是另外一种万能的选项。科学家们已经证明植物肥料可以用来合成生物塑料，而利用大气中的二氧化碳和从水中电解出来的氢气，我们可以在火星或者其他星球上生产乙烯。乙烯是大多数常见塑料的基本原料，其中就包括聚乙烯、聚丙烯、聚碳酸酯。其中聚碳酸酯可以用来制造透明窗户。至于陶瓷和玻璃，它们可以由常见的黏土和二氧化硅制成。最重要的一点也许是，3D打印应该具备制造任何东西的能力。这样一来我们就不用运输关键部件，只需要以光速传输设计规格就足够了。从长远角度来看，我们所需要的一切都可以利用太阳系随处可见的材料来生产。
定居太空所需的能源将来自高效的太阳能（不受夜晚和大气层的影响），离太阳较远的居民则可以使用核能。从长远来看，核聚变反应堆可以以氦—3为燃料生产大量的能源，而且不会产生任何放射性副产品。这种氦的同位素在地球上相当罕见，不过在太空中应该常见得多，尤其是在月球的风化层（月球土壤）和气态巨行星的云层中。科学实验已经证明氦—3反应的有效性，但尚不清楚这种反应是否可以扩大规模，也不知道氦—3是否能够廉价地提取—尤其是能不能从气态巨行星中廉价提取，因为这不仅需要建立一个庞大的浮力基站网络，还需要能够飞行于大气层中的采集车辆。
水星离太阳更近，定居水星是一个令人着迷的选择。水星两极附近应该会有冰层（尤其是在火山口附近的阴影当中）和沐浴在永恒日照下的山峰。在这些山峰上，太阳能电池板可以收集大量的太阳能（由于月球的轴向倾斜度也很低，它也拥有类似的沐浴在永恒日照下的山峰）。金星是太阳系中最热的行星，看上去不太可能成为人类的家园。而且金星上的气压是地球的90多倍，足以让人窒息而死（其压强甚至比北极熊在邮票上跳舞的压强还大），上面的硫酸雨对人类也很不友好。不过，金星云层中仍旧有一个人类可以接受的海拔高度，这个高度的大气压和地球海平面的大气压一模一样。在这里，可呼吸的氮氧气体会像气球一样飘浮于金星稠密的二氧化碳大气中，因此我们可以把整个城市建在飘浮的云层当中。在云层的高度，金星可以说是一个宜居的天堂，你只需要穿一件短袖衬衫，戴一个防毒面具就可以出门了。
人们希望能够在外太阳系定居，不过太阳系越靠外的地方冰块越多，岩石越少。虽然我们可以从中获取充足的水源和火箭燃料，但是像金属一类的重元素可能不得不从小行星上运载过来。加油站可以建立在太阳系各处的战略要地上面，比如坐落于火星与木星之间的小行星带，身为一个大冰块、直径长达英里的矮行星—谷神星。建在谷神星上的基地将被大量的小行星环绕，因此可以很轻松地获取大量原材料，尽管此区域中的小行星其实并不像我们想象的那样密集。虽然至少有万颗小行星的直径都超过一英里，但由于它们分布在13万亿立方英里的巨大空间中，因此平均而言，它们之间的距离比地月间距还要远。
木星的四个“伽利略卫星”都具有较好的冰块岩石比例，甚至还有微量由氧气和二氧化碳构成的大气（木卫一的大气成分则主要为二氧化硫，经火山羽流降落在卫星地表上）。由于距离木星的强引力区域和辐射带都比较远，旅途变得更轻松更安全，木卫三和木卫四格外引人瞩目。木星之外的气态巨行星也有很多卫星，它们也可以供人类定居。不过这些地方离太阳实在太远，核能发电可能是人类唯一可利用的供能方式了。然而大多数潜在的太阳系定居点比这还要远得多。海王星以外的柯伊伯带可能拥有超过10万颗被冰雪包裹的星球，它们的直径都在62英里以上。其中最突出的两颗是大小相仿的阋神星和冥王星。与此同时，我们还在不断发现更多的“海王星外天体”，黑暗中甚至有可能潜伏着一颗巨大的行星。更远处还有更加神秘的奥尔特云，其中布满了上万亿颗彗星，它们距太阳的距离要比地日距离远上万倍。由此可见，我们的太阳系的确是一片广阔的区域，拥有充足的资源和生活空间，足以支撑上千亿的太空人口。
最吸引人的太空定居地非土卫六莫属。身为太阳系第二大卫星，土卫六在很多方面都和地球很像。比如，土卫六是除地球外唯一一颗具有地表液态水的星球。土卫六被大大小小的、由甲烷和乙烷等碳氢化合物组成的湖泊覆盖，其天然气储量是地球的几百倍。此外，土卫六的大气也是太阳系中最像地球的，主要由氮气和甲烷组成，地表气压仅比地球大气压高一点点。这意味着人类不用穿太空服就可以在土卫六上面惬意地行走，不过这些人会在零下华氏度的严寒下迅速冻僵。更糟的是，在同等气温的情况下，土卫六上热量流失的速率比地球上严重得多，如何保暖也因此成为建筑和保暖服的头号难题。如果人类能够克服严寒，那么土卫六上各种丰富的资源都在向我们招手，上面的水和碳化合物都比地球多很多。有趣的是，土卫六低重力和高气压这两个特点结合在一起，意味着人们可以给自己装上翅膀，然后挥一挥胳膊就能飞起来。从空中降落也不需要降落伞，因为下落速度最快也不会超过15英里每小时。空中飞车将变得轻而易举，飘浮在云端的城市也可以被轻易建造。
归根结底，我们进入太空的一个主要原因就是改造太空环境，让一个或多个星球“地球化”，使其更适合人类居住。对于包括金星和月球在内的许多星球来说，这都是切实可行的，不过“最佳候选人”是火星。让火星“地球化”，其实就是让它变回几十亿年前海洋还没消失、大气仍然厚重时的样子。在青年时期，地球和火星都是温暖湿润的星球，都能够维持生命的发展。不过后来地球实现了蓬勃发展，而火星却变成了一片寒冷、干燥的沙漠，气温太低，空气太稀薄，以至于液态水无法存在于地表。火星为什么会失去大气？在地球上，地质变迁和火山活动可以不断地补充大气，但火星地质要稳定得多。此外，火星较弱的引力也难以约束大气中的气体，而较弱的磁场又使得太阳高能质子可以轻易剥离火星大气，这让整个局面雪上加霜。
想要让火星“地球化”，我们就必须提高火星温度，补充大气，以扭转这些效应。我们想在火星上做的事刚好和想在地球上做的事相反：创造一个强大的温室效应。火星极地地区拥有大量储存于冰盖中的干冰。提高火星的温度会使这些干冰融化，向大气中释放大量二氧化碳，如此一来太阳的热量便可以留住，火星的温度也会因此升高。火星极地冰盖和永久冻土中都含有大量的冷冻水。随着温度和气压的升高，液态水会出现于火星地表，最终形成湖泊和海洋。一旦大气压成功增强20倍（略低于珠穆朗玛峰峰顶的气压），人们就可以脱掉太空服在火星上惬意地走动。耐寒的微生物和植物可以在尚未完成改造的火星上生存，持续不断地输出氧气，最终让火星拥有可供呼吸的空气（事实上，对于某些地球细菌来说，它们现在就可能拥有生存于火星的能力）。
那么，我们该如何完成这些工作呢？可以让火星“地球化”永久进行下去的办法，就是阻止火星大气的流失。具体来讲，我们可以制造一个人工磁场a或者在太空中建立电磁屏蔽，以保护火星免受太阳风的干扰。不过，这些工程恐怕不是很有必要。火星是在长达数十亿年的时间中逐渐失去大气的，这是一个相当缓慢的过程。目前火星大气的流失速度大约为每秒一磅，如果我们能够以更快的速度为火星补充大气，就可以扭转火星沦为荒芜雪原的趋势。使火星“地球化”的潜在手段有很多，比如在轨道上布置镜面反射装置，把阳光反射到极地冰盖上；或者在冰面上撒大量的吸热材料以增加对热量的吸收；还可以人工制造核爆炸，甚至利用基因改造过的微生物合成甲烷。不过最简单的办法我们或许早已在地球上掌握了：向大气中释放大量高效的温室气体。氟氯化碳的效能是二氧化碳的上千倍，如果全球各地的工厂都开始生产氟氯化碳，那么用不了多久我们就可以启动火星“地球化”的进程了。
改造火星需要多长时间？在透明加压穹顶的帮助下，我们可以非常快速地完成较小区域的改造工程，从而为人类提供居所，为农作物提供和地球类似的生长环境。至于对整个星球的改造，时间就很难说了，而且这完全取决于人类的奉献精神。随着改造工程的进行，我们肯定会发明出更好的解决方案。科学技术一向如此。年前，人类完全不知道该如何制造一个比空气重很多的飞行器。一代代智力卓群的人在苦心研究之后才终于实现了当初的目标。然而火星改造和我们面临的其他挑战有所不同，它并不需要重大科学突破：这只是一个关乎时间、投资和意志力的问题。尽管火星改造可能会成为一个规模空前浩大的工程项目，不过我们很确定它是切实可行的。一旦我们完成对火星的改造，其他星球的相关改造可能也会随之而来。将来某一天，我们的太阳系可能会成为一个包含不同人类、不同文化、不同文明的多样化世界，而每个世界中的生命都将是地球的子孙后代。
《人类的探索》ByondthKnown作者：[加]安德鲁·雷德译者：崔传刚书号：-7---7出版时间：.1出版社：中信出版集团