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后地球時(shí)代: 太陽系家園

2020-06-19 08:39蘇盈
科學(xué)之謎 2020年4期
關(guān)鍵詞:谷神星富勒烯泰坦

蘇盈

戰(zhàn)爭總是有勝有負(fù),在火星大戰(zhàn)中勝利的一方得以繼續(xù)統(tǒng)治火星,落敗的一方惹不起只好躲著走。太陽系這么大,太陽系移民也是一回生二回熟了,走起。

谷神星礦區(qū)想象圖

行星際運(yùn)輸網(wǎng)絡(luò)想象圖

新的家園可能不會(huì)是水星或金星,水星的溫差比火星更大,白天的溫度高達(dá)430℃,而夜間的溫度可以下降到-180℃,在金星生活,需要承受400℃以上的高溫和約等于千米深海的壓力的大氣壓。

我們也不愿選擇天王星或海王星,這里的生活是真正地度秒如年,天王星的一年相當(dāng)于地球的82年,海王星的一年相當(dāng)于地球的165年,大多數(shù)人的一生都將在-200℃以下的極寒中度過。

不過不用擔(dān)心,在太陽系中我們至少還有三個(gè)選擇:小行星帶、木星和土星的衛(wèi)星以及人造星球。

小行星帶聯(lián)盟

小行星帶是一條位于火星和木星軌道之間的小行星“腰帶”,包含約50萬顆小行星,最大的是矮行星——谷神星,直徑為950千米,表面積約等于印度的面積。次大的小行星智神星、婚神星和灶神星,表面積僅有谷神星的一半。

谷神星有許多優(yōu)勢讓它在人類新家園的選拔比賽中脫穎而出,比如充足的水資源。歐洲航天局的赫歇爾空間天文臺(tái)發(fā)現(xiàn)谷神星不斷向太空中噴射水蒸氣,科學(xué)家們計(jì)算出谷神星的地質(zhì)密度為2.09克/立方厘米,他們據(jù)此推測,谷神星像地球一樣,擁有一個(gè)遍布全球的大洋,只不過它位于地下。谷神星還有許多礦產(chǎn)資源,比如鐵礦和碳酸鹽巖石,美國深空工業(yè)公司是一家致力于小行星采礦的公司,2015年發(fā)射了一系列小行星探測航天器,未來,谷神星將成為該公司重要的礦區(qū)之一。

但是,谷神星也有很多缺陷,首要的一點(diǎn)當(dāng)然是表面積,它的可居住面積還不及地球的四分之一。迷你的體積也決定了它的小引力,谷神星的重力僅為地球的3%。這樣小的引力也抓不住空氣,失去了大氣層的散射作用,再加上太陽距離過遠(yuǎn)的原因,居住在谷神星上永遠(yuǎn)只能看到一片黑暗的天空。谷神星也比地球冷得多,白天的溫度通常是-70℃,夜間的溫度低至-140℃。

失去了重力的約束,谷神星人將人人都能長到兩米以上,但代價(jià)是骨密度下降,腿骨的骨密度將比生活在地球上時(shí)減少1.25%左右,關(guān)節(jié)處更容易發(fā)生骨折。因?yàn)樯砀叩脑黾?,心臟功能需要變得更強(qiáng)大才能提供足夠的氧氣,但不需要對(duì)抗重力的肌肉包括心肌反而會(huì)發(fā)生萎縮,因此谷神星人可能會(huì)變得很虛弱,常年“臥病在床”。

而且在低重力的環(huán)境中進(jìn)行醫(yī)療也不那么容易。因?yàn)檠軌毫Υ笥诖髿鈮毫Γ鍪中g(shù)時(shí)血液會(huì)從動(dòng)脈中噴涌而出,不僅難以止血,“血花”還會(huì)飛到空中擋住醫(yī)生的視線。美國宇航局的科學(xué)家在飛船上進(jìn)行手術(shù)時(shí),會(huì)用一個(gè)裝滿液體的透明圓蓋遮在病人的刀口上,這個(gè)蓋子不但可以防止血液噴出,還有助于保持傷口干凈,醫(yī)生能夠穿過圓蓋繼續(xù)進(jìn)行手術(shù)。在地球上很輕松的打點(diǎn)滴在谷神星上也很難,注射液需要額外的壓力才能從瓶中被注入血管,滴速和用量全都要重新計(jì)算。不過,隨著人工智能研究的不斷發(fā)展,這些問題也許我們能交給機(jī)器人去解決。

來到土星的衛(wèi)星——泰坦

生活在最大的小行星上都如此不易,其他小行星人的生活只會(huì)更難,比如谷神星的“鄰居”灶神星,不僅面積更小,它甚至連水都沒有,它的地核塞滿了鐵塊。在這種情況下,小行星帶的居民只有結(jié)盟一條路可走,用谷神星的水去換灶神星的鐵,也可以去婚神星上換橄欖石,去靈神星上換鎳和其他稀有金屬。大家通過資源共享,互惠互利,共同經(jīng)營美好生活。

衛(wèi)星上的生活

我們知道,木星和土星都是氣態(tài)行星,所謂氣態(tài)行星,是指外表被一層厚厚的氣體所包圍,內(nèi)核的巖石層極小又非常滾燙的行星。木星和土星的大氣層以氫和氦為主,內(nèi)部的高溫和高壓能將氫氣壓縮成金屬,要生活在這兩個(gè)星球上顯然不可能。不過,它們卻擁有一些宜居的衛(wèi)星。

美國宇航局的惠更斯探測器于2005年1月登陸了土衛(wèi)六泰坦,它在泰坦找到了一些有利于人類生活的條件。泰坦的大小是月球的1.5倍,它有稠密的大氣層和大量湖泊,泰坦的湖泊主要由液態(tài)碳?xì)浠衔锝M成,比如甲烷和乙烷,部分湖泊中還發(fā)現(xiàn)了氫氣,這被認(rèn)為是由微生物分解甲烷產(chǎn)生的。

雖然泰坦有稠密的大氣層,卻沒有生存必需的氧氣,它的大氣成分為約95%的氮和5%的甲烷。因此,在相當(dāng)長的一段時(shí)間里,泰坦人仍然需要戴著氧氣面罩生活,不過他們不需要穿加壓太空服了,因?yàn)樘┨沟拇髿鈮簽榈厍虼髿鈮旱?.5倍,相當(dāng)于在一米多的池塘下感受到的壓力,沒有額外加壓也不用擔(dān)心血管爆裂。不過,氧氣在地球上也不是天然存在的,它是由植物產(chǎn)生的,因此,未來人類完全能夠在泰坦上改造大氣層,使泰坦產(chǎn)生氧氣。

最近,科學(xué)家們在泰坦的大氣中找到了0.5%的氧氣,他們推測,這些氧氣是由一種叫富勒烯的“碳燈籠”從土衛(wèi)二運(yùn)送到泰坦的。土衛(wèi)二的兩極地區(qū)有許多冰火山,這些冰火山常常噴發(fā)出水蒸氣、氧氣和氨氣等氣體,這些氣體噴到太空中,就會(huì)被富勒烯捕獲。富勒烯是一種由碳原子組成的分子,其化學(xué)結(jié)構(gòu)呈中空足球狀,當(dāng)氧氣與富勒烯相遇時(shí),氧氣會(huì)與富勒烯的碳原子結(jié)合,進(jìn)入到它的中空結(jié)構(gòu)中。在泰坦星的大氣層附近,富勒烯會(huì)受到宇宙射線的轟擊,這時(shí)氧氣就會(huì)與富勒烯“分離”,進(jìn)入泰坦星的大氣層。那么,泰坦人能不能利用像富勒烯這樣的“燈籠”從其他地方轉(zhuǎn)運(yùn)來更多氧氣呢?這也許是一個(gè)快速增加氧氣的好方法。

那么,泰坦上的水怎么來?泰坦的湖泊和海洋里的液體全是液態(tài)甲烷類物質(zhì),就連大氣中也有甲烷,所以降雨時(shí)的雨水也全是液態(tài)甲烷。液態(tài)甲烷溫度在-83℃以下,滴到皮膚上會(huì)造成凍傷。當(dāng)空氣中甲烷達(dá)25%~30%時(shí),會(huì)使人類窒息死亡。但是,甲烷和氧氣一起燃燒后,會(huì)產(chǎn)生水和二氧化碳,科學(xué)家認(rèn)為,點(diǎn)燃泰坦上的液態(tài)甲烷就能得到人類生存所必需的水了。

泰坦人也不會(huì)受到宇宙射線和地質(zhì)活動(dòng)的影響,因?yàn)樘┨狗浅F教?,沒有其他星球上常見的隕石坑和大山。這樣看來,泰坦人的生活可算是十分安逸了。

木衛(wèi)四直徑為4800千米,與水星的大小相近。在天文望遠(yuǎn)鏡的鏡頭下,木衛(wèi)四顯得坑坑洼洼的,這表明它具有固態(tài)地表。天文學(xué)家們還發(fā)現(xiàn)木衛(wèi)四具有稀薄的二氧化碳大氣和微弱的磁場,甚至通過計(jì)算認(rèn)為它也具有一個(gè)地下海洋。

木衛(wèi)四不像泰坦一樣有稠密的大氣,因此生活在這里的人們需要全副武裝或者居住在人造大氣層下。不過木衛(wèi)四又有一個(gè)泰坦比不上的好處,那就是淡水資源。

居住在人造星球

如果人們對(duì)上述的居住地仍不滿意,從頭開始打造一個(gè)完美的星球可能成為最后的選擇。不要覺得這個(gè)想法異想天開,早在1974年,美國普林斯頓大學(xué)的物理學(xué)家杰拉德·奧尼爾就提出了建造一個(gè)巨大的獨(dú)立式軌道棲息地的想法。奧尼爾設(shè)計(jì)了一個(gè)自轉(zhuǎn)速度為每分鐘一圈的大圓柱體,這是為了產(chǎn)生離心力以模擬地球重力,這個(gè)內(nèi)表面積為1300萬平方千米的圓柱體足以容納數(shù)億居民。

人造星球的優(yōu)勢顯而易見,比如可以自主選擇軌道和距日距離,這樣就可以獲取適宜的溫度和能量。從鄰近的小行星和路過的彗星中收集各種資源和材料,足以維持人造星球的生活,而不再需要登陸行星,花費(fèi)大量時(shí)間將它改造成宜居環(huán)境。還有一個(gè)優(yōu)勢是,如果我們耗盡了附近小行星的資源,或者不得不逃離垂死的太陽,我們就可以依靠人造星球內(nèi)部的能源,比如核反應(yīng)堆,帶著“母星”前往其他的目的地。

事實(shí)上,國際空間站可以看成是人造星球的雛形,空間站中通常居住著六到七名宇航員,除了通過火箭運(yùn)輸氧氣、水分和食物外,空間站中也在不斷探索著自給自足的可能性,比如循環(huán)利用宇航員的體液、通過電離水來產(chǎn)生氧氣,用這些氧氣和航天員們呼出的二氧化碳反應(yīng)生成甲烷,甲烷再作為燃料等。宇航員還能在空間站中種植蔬菜,其中,紅生菜和芝麻菜是最常見的兩種。

未來,當(dāng)人類擁有了建造真正人造星球的能力時(shí),人們的生活將變得更加豐富多彩。

戰(zhàn)爭還是和平?

當(dāng)?shù)厍蛉嗽谔栂抵斜榈亻_花時(shí),太陽系的人類們又將發(fā)生什么故事呢?

瘦死的駱駝比馬大,盡管此時(shí)的地球已經(jīng)是“茍延殘喘”的老人,但是比起其他星球,地球的發(fā)展領(lǐng)先了至少一萬年,生存必需品也很完備,不需要再花費(fèi)時(shí)間和金錢去獲取。經(jīng)濟(jì)基礎(chǔ)決定上層建筑,地球?qū)⒊蔀椤疤栂德?lián)盟”中當(dāng)之無愧的老大,其他各星球的人類都需要與地球人進(jìn)行交易,獲取生存必需品。

但沒有人愿意永遠(yuǎn)屈居人下,如果依靠母星資源無法改變命運(yùn)的話,搶占其他星球的資源勢必將提上日程。雖然水星和天王星等不適合居住,但是它們的資源仍然讓人垂涎,水星體積小,密度大,蘊(yùn)藏著極其豐富的金屬和礦石,氨氣、甲烷和氦-3被鎖在天王星厚厚的“冰層”中。哪個(gè)星球能搶先占據(jù)這些資源,將能在下一場“太陽系聯(lián)盟”的競選中占據(jù)主導(dǎo)地位。

地球人和火星人的競爭集中在水星和金星上,無數(shù)的太陽能機(jī)器人在水星表面永不停歇地工作,收集稀有金屬和其他礦物質(zhì);一個(gè)個(gè)圓盤工廠漂浮在金星厚厚的大氣層中,提取碳、氧和其他元素。衛(wèi)星人、小行星人和人造星球人因距離和武力值等原因,很難介入地球人和火星人的競爭中,但是天王星和柯伊伯帶的彗星可以被他們利用。他們可以捕獲柯伊伯帶的彗星,這些平均直徑數(shù)百千米的彗星其實(shí)是一個(gè)個(gè)中空的冰球,在冰球中心點(diǎn)燃從天王星上獲取的氦-3核燃料,彗星就成為了可控的飛船或者導(dǎo)彈。靠著這些天然的武器,小行星這樣的“螞蟻”也可能擊敗地球或火星“大象”。

當(dāng)然,在人類社會(huì)中,與競爭和戰(zhàn)爭相比,和平和發(fā)展才是主旋律。太陽系各星球間將建立一個(gè)“行星際高速公路”網(wǎng),當(dāng)航天器在這條高速路上行駛時(shí),能通過在星球間的拉格朗日點(diǎn)(小物體在該點(diǎn)所承受的兩大星球的相互引力持平)“跳躍”,輕而易舉地從一顆行星的引力范圍轉(zhuǎn)移到另一顆的引力范圍之內(nèi)。在行星際高速公路上奔馳的速度其實(shí)并不快,比使用化學(xué)火箭所花的時(shí)間要長得多,但是它省燃料。

公路網(wǎng)沿途可以修建飛行器修理站、學(xué)校和市場等,各星球的人在這里互相學(xué)習(xí)、進(jìn)行貿(mào)易,取長補(bǔ)短。盡管有階層和距離的阻隔,不同星球的人們之間也可能會(huì)發(fā)展出友情和愛情,也許他們會(huì)三三兩兩居住在一個(gè)個(gè)小型飛行器中,時(shí)不時(shí)來上一場“說走就走”的旅行。

如果離開太陽系,遇到外星人

也許有一天,人類會(huì)不滿足于僅在太陽系生活,去太陽系外尋找新的家園。如果人類找到的星球上面住著原住民又會(huì)怎么樣呢?最壞的結(jié)果是,原住民們的技術(shù)水平高于或至少與地球移民相近,那么沒等我們向原住民揮起友誼的旗幟,很可能在半道上就遭遇了攻擊。畢竟,按照愛因斯坦的動(dòng)能定理,載人飛船在高速行駛時(shí)如果撞上行星,其破壞力可能相當(dāng)于撞擊地球造成恐龍滅絕的小行星,也不怪外星人會(huì)發(fā)動(dòng)攻擊。

但如果,外星人沒有那么高的科技水平,地球移民確實(shí)成功登陸了他們的星球,又會(huì)發(fā)生什么故事呢?在系列電影《星際迷航》中,宇宙中所有具有高度文明的星球建立了宇宙聯(lián)盟,各個(gè)星球的人們可以在一起工作和學(xué)習(xí),男主角地球人詹姆士·寇克甚至在每一部系列片中都與不同的外星女人發(fā)展出了浪漫的愛情。那么,地球人真的能和外星人友好相處,進(jìn)而談婚論嫁、繁殖后代嗎?

從生物學(xué)的角度來說,這種可能性是很小的。影片中,寇克所有的外星戀情都是和“人形”外星人發(fā)生的,這代表著“地球人”從形象上就將“人類”和“其他生物”分割開來,我們并不能接受和其他外形的生物談情說愛。但外星人一定長得和地球人一樣嗎?顯然不太可能。

除了外形,還有什么會(huì)激發(fā)地球人的愛情呢?科學(xué)家告訴我們,是性激素(荷爾蒙)。這種激發(fā)愛情的荷爾蒙外星人能散發(fā)出來嗎?地球人能感覺到嗎?我們知道,許多動(dòng)物在發(fā)情期也會(huì)釋放性激素,但這些性激素信號(hào)只能被同類接收到,其他動(dòng)物包括人類對(duì)此都是無感的,外星人跟地球人之間也很可能存在這樣的“溝通障礙”。

除了生理的差別外,兩個(gè)星球的人們之間的語言和文字等文明的差距又需要多長的時(shí)間才能彌補(bǔ)呢?如果兩個(gè)星球文明的差距過大,不要說戀愛結(jié)婚了,連成為朋友和平相處的機(jī)會(huì)都很難有。物理學(xué)家霍金就曾說過,不要輕易向外星人發(fā)送信號(hào),因?yàn)槿绻庑侨说奈拿鬟h(yuǎn)遠(yuǎn)高于我們,我們將變成哥倫布登陸美洲后的當(dāng)?shù)赝林?,這對(duì)美洲土著人來說不是好事。如果反過來,事情同樣如此,我們將掠奪外星原住民的所有資源。

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