登录 注册 发布

小蜜蜂

太阳系未来可以怎么样开发?



推荐

谢谢把我邀到这么一个巨大的题目里面来。

巨大的问题需要巨大的回答,所以这里我准备详细讲述一下现在人类对太阳系内各处开发的设想。各位不妨倒一杯茶,听我慢慢道来。

1. 开发月球

图片来自

自亘古以来,月球就悬挂在夜空中,引起几千年来人类无尽的遐思。当人类开始计划离开地球摇篮,走向星辰大海的时候,家门口的月球当然就是我们的第一站。

1.1. 为什么要开发月球

首先,人类开发太空的核心目的是把地球文明的火种洒向宇宙,并且在地球遭遇毁灭性打击的时候,让人类文明得以延续。所以,开发月球的一个重要目的就是建立月球殖民地。

开发月球最直接的好处就是资源。月球上有大量的氦3。氦3 可以作为核聚变燃料,而且没有辐射,是人类文明未来的完美能源。100吨氦3可以满足目前人类一年的能源需求,而月球的氦3储量估计为100万吨,就是说足够人类使用1万年(按现在的需求)。氦3 产生于是太阳的核聚变,随着太阳风来到月球。在几十亿年的时间内,积累到了今天的丰富储量。而地球的磁场挡住了危险的太阳风,同时也把大好资源拒之门外。此外,月球上的其他矿产,如钛铁矿,储量也十分丰富。

最后,月球也是进行科学观测和研究的理想地点。因为这里没有地球上大气的干扰,也没有让天文学家抓狂的天气现象,在月球上架设的大型望远镜可以给我们清晰的宇宙图像。

1.2. 基地选址

月球的两极是建立基地的黄金地段。月球的自转轴和黄道面(所有行星的公转平面)几乎垂直,南北极圈半径不到50公里。即使在极昼时,阳光入射角仍然很小。这就导致一些低洼处(如某些陨石坑)中永远照射不到阳光,而一些比较高的地方(如山脉)却能有不分昼夜的永久光照。这两种地形对基地都是非常有用的。永久荫蔽的低洼地区可以找到珍贵的水冰;而永久光照的地区是铺设太阳能面板的好地方。

在月球的两极中,南极的条件优于北极。距离南极点仅116公里的Shackleton陨石坑适合建立科研基地。陨石坑内的低温有利于红外线望远镜,同时它屏蔽地球无线电干扰的特点有利于射电望远镜。陨石坑边缘有很多高地能得到持续阳光,可以建立太阳能电站作为陨石坑基地的能源。

距离Shackleton陨石坑120公里,是高达5000米的Malapert山。它的顶峰总是在地球的视野范围内。在这里架设通信中继站,既可以大面积覆盖月球,也可以和地球联系。附近的Shoemake以及其他陨石坑有很大的阴影区,很可能隐藏在储量丰富的水冰。南极地区的Aitken盆地是月球上最大最古老的冲击地貌,为月球研究打开了一扇内部地层结构的窗口。

北极的Peary陨石坑也是一个理想的位置。这个陨石坑的部分边缘有永久光照,所以温度可以保持在零下50度左右,和地球上的极地温度接近。这个陨石坑内部可能有水冰。

赤道地区的主要优点是有大量的氦3聚集。这是因为氦3来自太阳风,而赤道地区对太阳风倾角比较大。另外,从赤道发射飞船也相对容易。月球有缓慢的自转,而赤道的自转线速度最大。从这发射可以充分利用自转提供的初速度。

月球的背面(远离地球的一面)无法和地球直接通信。如果在这里建立基地,我们需要使用运行在地球和月球的L2拉格朗日点的中继卫星。月球背面的主要优点是氦3储量比较大。地球磁场帮助月球正面挡住了部分太阳风,而月球背面是完全暴露的,能够收到更多随风而来的氦3。此外,月球背面完全不受地球无线电干扰,非常适合架设射电望远镜。

在环月轨道上建立基地也是一种选择。在低轨道上,环绕月球一周只要两小时,所以基地散失热量的时间很短。而在L1和L2拉格朗日点上的基地总是能得到阳光,这就保证了稳定的能量供应。在太空中的基地需要以自转的方式来产生人工重力。

1.3. 修建基地

月球基地需要应付月球上的严酷环境,解决很多问题。月球上没有空气,来自太空的微型陨石可以长驱直入,到达月球表面。没有大气层的另外一个后果就是昼夜温差极大。 在345个小时的漫长白昼,温度可以高达123摄氏度,而在354个小时的漫漫长夜,温度可以降到零下153摄氏度。由于没有磁场,月球沐浴在强烈的太阳和宇宙辐射中,这对人类是致命的伤害。

在月球上修建基地有很多方法,最简单的就是直接把基地修建在月球表面。建筑材料可以直接取自月球。月球土富含硅和铁化合物,可以融成玻璃状固体。这种月球玻璃有足够的强度用于建筑。为了达到保温,防辐射和防微型陨石的目的,这样的基地最后需要用月球土掩盖起来。所以,希望看到下图那样充满科幻风格的月球基地的同学恐怕要失望了。表面基地的一个理想地点是陨石坑。陨石坑的阴影地区可以帮助阻挡部分辐射和微型陨石。基地也可以采用人工磁场的方式来抵挡辐射。另外,月球表面的某些地区有比较强的局部磁场,也是建立表面基地的理想地点。

图片来自

安全性更高的方法是把基地修建在地下。这样的基地对温差,辐射和微型陨石的防御效果都不错,但是同时也大大增加了施工难度。修建地下基地的步骤是这样的。首先,用遥控的挖掘机在地下挖掘洞穴,然后加固洞穴以避免坍塌(可以使用加固矿坑的技术),在洞穴内壁铺设一层隔热材料,最后把可以自行封闭的居住单元放进去就大功告成了。

其实,月球已经给地下基地准备好了洞穴 - 熔岩管。在月球形成的早期,月球表面流淌着大量的熔岩。暴露在表面的熔岩很快冷却变成坚硬的岩石,而内部的熔岩依然在慢慢流淌。在一些坡度较大的地方,岩石下面的熔岩可能全部流走了,剩下一个空空如也的管道。熔岩管在地球上并不少见,而在月球上也已经有熔岩管被发现。现存的熔岩管经历了数十亿年的时间考验,十分坚固可靠。

图片来自

1.4. 能源

太阳能面板可以提供月球基地所需的大部分能量。但是在漫长的黑夜,我们就需要别的能源了。通过氢氧反应把化学能转化为电能的燃料电池是一个不错的选择。白天太阳能面板产生的多余电能用来电解水,产生氢气和氧气,夜晚用氢气和氧气驱动燃料电池发电。考虑到日食和其他紧急情况,即使在有永久光照的两极部分地区,燃料电池也是不可或缺的。

此外,核反应堆也是对太阳能面板和燃料电池的有效补充。

1.5. 运输

在比较平坦的地形上,月球车可以作为最常用的交通工具。根据不同的用途,月球车有多种型号,比如小号的开放型到大型的密封加压型。铁路可以用在距离较远的基地之间的交通。和传统的铁路比较,磁悬浮列车是比较有吸引力的。这是因为月球上没有空气阻力,磁悬浮列车可以达到地球上飞机的速度。

而在地形比价复杂的地区就只能使用载人飞行器了。

从月球表面到太空的运输就代价就比较高了。一种节省燃料的新技术是电磁投射,这是一种不用火箭而是通过磁场加速的发射装置。这种装置的主要部件是大量沿着发射轨道排列的电磁铁,依次打开电磁铁可以让轨道上的物体持续加速。当物体离开轨道时, 其速度已经达到了逃逸速度,可以离开天体的引力场。

电磁投射器可以把货物投射到地月之间的L1或L2拉格朗日点,然后再通过其他太空运输工具(如太阳帆或离子火箭)把货物运到地球或别的行星。

从月球到太空运输的另一个方案是在月球表面和L1/L2之间建立太空电梯。

2. 开发火星

在地球的夜空中,明亮的火星显示出淡淡的红色,所以在希腊和罗马神话中,它总是和战争联系在一起。随着望远镜的出现,模糊的火星影像点燃了人类对这颗红色行星的奇妙幻想。在19世纪末到20世纪初,人们相信火星上布满了用于灌溉的运河。他们甚至画出了火星的运河地图(见下图)。这当然就意味着火星上生活着可以创造文明的智慧生命。从此,火星成了科幻小说和电影中外星人的大本营。

在太阳系行星中,火星是太空殖民的首选。和其他行星相比,它的优点太多了。

2.1. 火星概况

火星和地球相似的地方很多,比如,

1. 火星上的一天是24小时39分35.244秒;

2. 火星的表面积是地球的28.4%,略小于地球陆地面积;

3. 火星的自转轴倾角是25.19度(地球是23.44度),所以它的季节也和地球相似;

4. 火星上的一年等于1.88地球年;最后,火星上有水冰和液态水。

然而,火星并不适合人类居住。首先,它的大气层十分稀薄,火星大气压只有地球的0.5%,而且只有0.1%是氧气。其次,火星没有地球这样规模的全球性磁场,所以太阳和宇宙辐射可以直达火星表面。第三,火星的温度很低,平均在零下87度到零下5度之间。最后,火星的重力只有地球的38%。我们知道长期的失重将导致肌肉萎缩和骨质疏松,但是火星的微弱重力对人体有多大影响现在还是未知的。

2.2. 飞向火星

飞向火星最节省燃料的方式是充分利用地球的公转速度。采用下图的Hohmann轨道转移,以目前的化学火箭技术,从地球飞向火星需要9个月。

采用更优化的轨道,只需要6到7个月就可以到达火星,但是对燃料的需求也会更大。这是现在化学火箭技术能做到的极限。如果要继续缩短飞行时间,就需要改变火箭推进技术,比如核动力火箭理论上可以在两周之内完成旅程。

载人飞船在火星着陆是一个难题。阿波罗飞船在月球上着陆的时候,采用的是喷射火箭减速的方式。而火星的重力远大于月球,所以阿波罗的着陆方式不适用。火星的空气过于稀薄,利用空气减速的大气制动技术也难以发挥效果。所以,我们需要为火星任务设计全新的着陆方式。如果碳纳米管技术有重大进展,建立太空电梯是一个解决着陆问题的方案。

2.3. 和地球通信

当地球出现在火星天空的时候,火星基地和地球通信是很容易的。但是,当地球落到火星的地平线以下,就无法直接通信了。这种时候,就需要借助围绕火星旋转的中继卫星。NASA在火星轨道上部署了很多中继卫星,也就是说,火星通信卫星网络已经存在了。但是,由于巨大的距离,两地通信延迟为3 - 22分钟(根据火星和地球相对位置),所以电话或实时聊天都是不现实的。

当火星和地球位于太阳两端的时候,通信会被太阳阻挡。每一次两颗行星运行到这个位置时,通信都会中断一个月。如果在地球-太阳的拉格朗日点L4或L5部署通信中继卫星,理论上可以解决通信问题。但是,部署在如此遥远位置上的通信卫星很难达到所需的功率。此外,L4和L5的卫星虽然很容易达到稳定状态,但是太空尘埃也很容易在这里聚集,对卫星造成破坏。

一个替代方案是在火星上空部署中继卫星。卫星带有太阳帆推进引擎,让自己运行在黄道面以外。这样它就可以越过太阳,实现地球和火星的通信中继。

2.4. 早期的火星探索

在大规模建立火星基地之前,需要进行多次探索任务,以获取火星的大量详细信息。说到火星探索,不能不提火星学会提出的Mars Direct(直达火星 )计划。以往的火星计划往往需要极大的开销和未来科技,如首先建立月球基地或者在地球轨道建造大型太空船。而Mars Direct计划提出使用现在存在的科技,用最小的代价获得最大的探索成果。它是目前最为成熟的火星探索计划。最近上映的电影《火星救援》也深受这个计划影响,这一点从电影中的很多细节可以看出来。

计划是这样的。

1. 第一次从地球发射的飞船携带一个地球返回舱,经过6个月的航行到达火星。这个返回舱不携带宇航员,由机器人控制。返回舱携带8吨氢,小型核反应堆和化学工厂。

2. 在火星上安置小型核反应堆和化学工厂。化学工厂开始工作,用自带的氢和火星大气中的二氧化碳生产甲烷和氧气。这个过程耗时10个月。

3. 在得到火星上燃料生产完成,并等到第一次发射后26个月,第二艘飞船携带一个居住单元和宇航员离开地球。宇航员至少要4人,这样他们就可以分为两组,进行不同的任务。飞船在飞行途中,采用自转的方式产生1g的人工重力。

4. 同时出发的还有另一艘携带返回舱的飞船。这艘飞船使用耗时8个月的慢轨道,所以它达到火星的时间比载人飞船晚两个月。如果载人飞船着陆火星后,发现第一次的返回舱是完好的,第二个返回舱就会降落到其他地方。否则,第二个返回舱就会降落到第一个返回舱的位置。这样保证了宇航员总是有一个返回舱可以使用。

5. 载人飞船到达以后,居住单元和飞船主体脱离。居住单元环绕火星一周,寻找着陆点信号,并确认着陆点安全。然后居住单元进入火星大气,用气动刹车的方式着陆到第一次返回舱的地点。

6. 降落以后,宇航员在火星上工作18个月,进行科学研究。在火星表面,他们使用一个小型的火星车作为交通工具。火星车的能源是前面制造的甲烷和氧。

7. 完成研究任务后,宇航员乘坐返回舱离开火星。发射返回舱的燃料仍然是前面制造的甲烷和氧。

8. 返回舱和飞船主体会和后,开始返回地球的航程。飞行途中,仍然采用自转的方式产生人工重力。

9. 后续的发射任务间隔为两年。每次同样包括一个居住单元和返回舱。居住单元将降落在上次的返回舱地点,而返回舱将降落在新的地点。这样就能逐渐扩大火星表面的探索范围,为将来建立火星殖民地奠定基础。

上面的图片来自纪录片《Mars Underground》(

2.5. 火星基地的选址

火星的南北极的优点是有随季节变化的冰盖,可以为人类基地提供水资源。然而在其他地区发现液态水之后,吸引力就降低了。

赤道附近的火山Arsia Mons有巨大的天然洞穴。洞穴在抵抗辐射和陨石的性能都十分出色,所以可以在这里建立地下居住区。另外,赤道附近可能有地热资源。在Arsia Mons内部有一些长度相当可观的熔岩管。熔岩管可以完全遮蔽辐射,是建立基地的理想地点。

Valles Marineris是火星的大峡谷,长达3000公里,深达8公里。它的优点是峡谷内的大气压比火星表面高25%。

2.6. 火星的经济发展

就像历史上开发新大陆一样,经济是火星殖民地成长的关键环节。将来,火星可能成为粮食生产和为小行星带开发制造设备的重要基地。然而,在火星的开发阶段,最大的经济问题是建立基地的巨大投资和地形改造。

火星基地的发展方向应该尽量消耗本地资源。在火星上,对人类生存最为重要的水/冰都不是问题。重要的工业原料,铁,在火星上储量也十分丰富。火星表面遍布着氧化铁(这是火星表面红色的来源)。但是,更有用的铁矿是铁镍陨石,因为这种铁矿比地面的氧化铁更容易提炼。

对于火星农业发展来说,最重要的是肥料。如果我们最终也没能在火星发现生命,那么火星就没有自己制作肥料的能力,火星土地就会非常贫瘠。唯一的选择就是从地球输入肥料,直到火星的生态环境改变到足以支持有机物循环。

太阳能可以成为火星基地的主要能量来源。由于距离太阳较远,在单位面积上,火星得到的太阳辐射能量只有地球的42%,但是火星大气十分稀薄,让更多的太阳辐射到达火星表面,所以火星表面的日照能量和地球上的阴天相当。

核能可以作为太阳能的补充,但是这需要从地球输入核燃料。由于核燃料体积不大,所以整体的运输费用非常便宜。为了降低频繁运输消耗的能量,有必要在火星上建立太空电梯。下面是一个十分有创意的火星电梯设计方案。

电梯分为两级。内层电梯连接火卫一(Phobos)和火星。火卫一被火星潮汐锁定,总是用同一面朝着火星。这就为修建电梯提供了方便。

电梯的底部位于火星的大气层顶部,距离地面大约60公里,并且以0.77公里/秒的速度围绕火星公转。由于这个位置火星自转线速度为0.25公里/秒,所以电梯底部相对于火星地面的速度为0.52公里/秒。所以,向电梯装载货物的时候,需要先用电磁投射装置把飞行器投射到大气层顶部,然后,飞行器用自己的火箭引擎改变轨道,进入电梯底部的传送站。

第二级是外层电梯,它从火卫一向太空延伸6000公里。外层电梯的顶端是一个发射平台,用于飞船着陆或起飞。在这个太空电梯系统中,火卫一作为一个中转站。同时,火卫一上也可以建立工厂,使用本地的矿产为火星加工工业原料或者生产飞船的推进剂。

3. 开发金星

金星是除了太阳和月亮以外,天空中最亮的天体。 金星的光甚至能在地球上照出影子。人类对金星一直充满了美好的想象。在中国,人们把它称为长庚或启明;在古代希腊和罗马,它是爱和美的女神。

然而,当人类看清金星的真面目的时候,才发现这是一个十分严酷的世界。由于大气层中蕴含了大量的二氧化碳,它的大气压高达地球的90倍。失控的温室效应把气温提升到了骇人听闻的摄氏400多度,甚至超过了铅的熔点。前苏联向金星发射过多个探测器,金星5,6探测器在高空18公里处就报废了;金星7,8探测器成功着陆,并开始传送数据,但是也只坚持了1个小时。

在金星表面建立人类基地无疑是不现实的,所以现在的开发设想都是在上中层金星大气建立空中城市,以及一些富于科幻色彩的星球改造计划。

3.1. 空中城市

尽管如此,和其他行星相比,金星还是有一些优点的。

1. 金星的重力达到地球的0.904倍,完全不用担心低重力导致的肌肉萎缩和骨质酥松。

2. 距离地球很近,只有4千万公里,从地球到金星的发射窗口很短(584天)。

3. 大气中基本是二氧化碳。把空气中的硫酸过滤掉以后,二氧化碳可以用来生长粮食。

4. 由于氮气和氧气都比二氧化碳轻,充满氮气和氧气气球可以漂浮在50公里高度。

在这个高度,气温是摄氏75度,大气压和地球接近。气球中的氮氧混合气体可供人类呼吸,所以这样的巨型气球成了漂浮的空中城市。空中城市有很多优点,比如气球内外气压一致,即使气球破裂,空气泄露也十分缓慢,更不会爆炸。人在气球外不需要穿加压服,只需要携带氧气,并且防御高温和酸雨就行了。

金星大气中,这个高度有持续稳定的环金星风带,风速是95米/秒。4天可以环绕金星一周。空中城市无法固定,所以只能被风吹着绕金星公转。这种状况带来一个额外的好处。金星的一个昼夜是243天,长达121天的黑夜对依赖太阳能的空中城市是一个大问题。这个随波逐流的方案缩短了昼夜周期,问题就自然解决了。另外,空中城市也不需要高强度的防风设计。

3.2. 星球改造

要把金星改造成适合人类居住的星球,需要做的事情包括去掉金星上以二氧化碳为主的大气层;降低温度;建立和地球相似的昼夜循环。

最直接的办法是建造一个巨大的太阳伞,挡住阳光。如果把这个太阳伞放在金星-太阳的L1拉格朗日点上。一个遮盖整个行星的太阳伞面积十分巨大。除了建造这个大伞的工程难度,保持它在轨道上的稳定也不容易。这个巨大的太阳伞受到太阳风的推力,很容易偏离,需要不断调整方向。在这个太阳伞的遮盖作用下,金星的温度会逐渐降低,大气中的二氧化碳会凝结成干冰。干冰可以就地掩埋或者运送到火星或木星的一些卫星。大气中的氮气在这个过程中自然保留下来。

另一个方案是从木星输入大量的氢,通过Bosch反应()可以生成碳和水。这个反应需要大量的铁质气溶胶,可以从水星输入。由于金星表面较为平坦,产生的水会覆盖金星表面80%的面积。剩下的金星大气压为地球大气压的3倍。空气会继续溶解到水中去,所以气压还会下降。

金星的昼夜周期很长,这是金星的自转速度决定的。要改变它的自转速度,难度比改造大气层还要大。这件事可以和消除大气层的任务一起做。当大量二氧化碳变成干冰后,在从金星表面用电磁投射方式把干冰块朝金星自转相反的方向射入太空,可以提高金星的自转速度。但这种方式需要的时间十分漫长,而且效果难以保证。所以,一个折衷的方案是用太空镜把阳光反射到黑夜面去。

4. 开发水星

在太阳系里,水星是距离太阳最近的行星。虽然亮度很高,但是它大多数时候都掩盖在太阳的光辉中,能够用肉眼观察的机会不多。

总的来说,水星的环境和月球比较相似。

和月球相比,水星的优点是重力达到地球的0.377倍,足以防止低重力对人体造成的危害。

基于目前对水星的了解,水星的开发价值远不如其他行星。水星严酷的环境使它注定不会成为人类的殖民地。而水星上是否存在有价值的资源,目前信息也不足。

和地球相似,水星有一个全球性的磁场,但是强度只有地球磁场的1.1%。这样强度的磁场是否会阻挡来自太阳的氦3降落还不得而知。水星磁场有可能把来自太阳的粒子引导到两极,形成两个氦3高度集中的地区。水星表面富含铁和硅酸镁矿,在太阳系内天体中表面含量是最高的,而且 分布集中,容易开采。

水星距离太阳很近,位于太阳引力势阱的深处,所以飞向和离开水星都需要消耗大量的能量。从地球飞向水星需要的能量甚至超过离开太阳系。不过这个距离也有一个好处:使用太阳帆引擎可以获得更大的推动力。如果我们要把水星的矿产运出来,可以把飞船的太阳帆折叠,用电磁投射器发射到太空,然后打开太阳帆。这种技术可以极大的降低从水星到金星的运输代价。

5. 开发小行星带

在火星和木星轨道之间,分布着大量小行星,估计数量超过50万,所以这个地区被称为小行星带(或主小行星带)。虽然这个数字看起来很大,但是分布在环日轨道上,实际上非常稀疏。从1972年的先锋10号开始,9个太空探测器穿过了小行星带,没有发生过一次撞击事件。实际上,小行星撞击探测器的概率仅为10亿分之一。

和开发大行星相比, 开发小行星有很多优点。

小行星带中最大的天体是谷神星,它是一颗矮行星,直径接近1000公里。小行星中比较大的包括灶神星,智神星等。它们都将成为开发小行星带的重要基地。

同时,开发小行星的困难也不少,例如对人体危害很大的低重力,微弱的太阳能,强烈的宇宙和太阳辐射。此外,很多小行星只是岩石或尘埃的松散结构,根本无法降落。

6. 开发木星

木星是太阳系中最大的行星,它的质量甚至超过除太阳外其他所有太阳系天体的总和。古代中国把它叫做岁星或太岁,把木星在天空运行一周的12年周期(实际上是11.8年)定义为一个周天。在罗马神话中,木星是神王朱庇特。而我记忆中木星的印象,却是夜空中的笑脸(下图笑脸中左眼是金星,右眼是木星)。

6.1. 木星

木星是气态巨行星(gas giant),外层是以氢为主体的大气层;再往下是液态的氢;核心可能是液态和固态的金属氢。木星大气底层气压极大,以人类的技术无法深入,所以开发木星的方案是在大气层顶部开采氦3。

下面是木星大气的艺术想象图。

在木星附近进行开发的一个主要困难是辐射。木星外核液态金属氢的流动创造了高强度的磁场。这个强磁场和木卫 一(Io)释放出的火山气体相互作用,使木星成为一个巨大的辐射源。木星周围的辐射强度远远高于行星际空间。

和金星一样,我们可以在木星大气中找到一个大气压和地球相似的高度,并在这里修建空中城市和工厂,提取木星大气中的氢和氦3资源。但是,这样做困难很多,包括木星大气中强烈的风暴。此外,木星大气中的主要成分是氢,所以一点点氧气泄露都可能导致灾难性的后果。木星巨大的引力也会让人类活动变得十分困难。

6.2. 木星卫星

木星卫星的开发价值也很大。在木星庞大的卫星家族中, 最具吸引力的是木卫二(Europa)。木卫二的表面是一层冰封的外壳,所以天文学家们一直认为,它的内部是巨大的液态水海洋。木卫二的火山活动为这个冰下世界提供着能量,很可能海洋中孕育了一个繁荣的生命世界。说不定有一天,我们在冰盖上钻一个洞,扔下鱼钩,就可以钓出外星怪鱼。这样一个海洋对人类基地的重要性毋庸置疑。它不但可以为人类生存和工业发展提供液态水,还可以电解提供氧气。

由于表面的极度低温和强烈辐射,木卫二表面并不适合建造人类基地。冰盖下的海洋中是更理想的位置。也许有一天,我们会在木卫二的海洋中建立大量的水下城市。

木卫四(Callisto)是唯一距离木星较远的大卫星,相对辐射强度也较低,是唯一可以建立表面基地的卫星。它将会成为木星开发的第一站。在木卫四上面建立的工厂可以为木卫二的开发生产机器和火箭推进剂。下图是木卫四基地的想象图。

木星轨道上同样分布着大量的小行星,它们大多在木星的L5和L6拉格朗日点附近来回摆动。这些的主要成分是水冰和尘埃,也就是像彗核一样的“脏雪球”。从这些脏雪球提取出来的水可以用于太阳系其他位置的基地建设。

7. 开发土星

在地球的夜空中,土星显示出淡淡的黄色。在中国古人的观念中,黄色属土,所以把它叫做土星。处于类似的原因,土星在罗马神话中是农神。土星优雅的光环,使它成为太阳系中外形最漂亮的行星。

第一个发现土星光环的是伽利略。但是在他的比较原始的望远镜下,光环十分模糊,所以他把土星称为长耳朵的行星。50年后,惠更斯用更先进的望远镜才看清了光环的本来面目。

除了质量小了一些,土星和木星十分相似。它也是一颗气态巨行星,深不可测的大气中蕴含着丰富的氢和氦3。我们可以在它的大气上层修建空中城市开采资源。同时,土星还具备一些木星没有的优点。首先,土星不像木星那样向外散发大量辐射;其次,土星的卫星系统具有极高的开发价值。提出Mars Direct计划的NASA科学家Robert Zubrin曾说过,土星是未来的波斯湾。

在土星的卫星中,开发价值最高的最大的土卫六(Titan)。

如果你来到土卫六,会看到非常熟悉的景象。这里有河流,湖泊,海洋;天空中飘着朵朵白云;微风在身边吹拂;有时候,淅淅沥沥的雨水落下,水面上泛起一圈圈涟漪。除了温度比较低(零下180度),其他的看起来都和地球十分相似。然而,和地球不同的是,你看到的一切,都是各种气态和液态的碳氢化合物,大部分是甲烷。

简而言之,土卫六就是一个燃料星球。当然,如果我们不想让温室效应把地球变成第二个金星,就不能把这些甲烷都搬到地球上去烧。但是,我们完全可以把这些燃料用于太阳系中各个地区的基地建设和飞船驱动。

要开采土卫六,需要在它的表面建立开发基地。显然,土卫六是不适合人类居住的,所以基地必须是密封的建筑。在这样的低温环境下,建筑的主要功能是供热。土卫六大气压是地球的1.5倍,所以建筑内外气压差不大,工程难度就比月球那样的真空环境降低了很多。但是,建筑的密封非常重要,轻微的氧气泄漏就可能引起大爆炸。

由于低温,土卫六的空气密度是地球的4.5倍。借助空气动力的飞机可以获得更大的升力,甚至人力扇动翅膀也可以飞起来。

然而,土卫六的重力只有地球的13.8%,比月球还低。长期居住在这样的低重力环境对人体的伤害是不容忽视的。

8. 开发天王星,海王星,柯依伯带和奥尔特云

天王星和海王星是冰巨行星(ice giant)。它们浓厚的大气层中也有丰富的氦3资源,可以用空中城市进行开采,也可以把基地建立在它们的卫星上,用遥控的机器人飞船开采它们的大气资源。

海王星的卫星海卫一(Triton)有强烈的地质活动,天文学家怀疑内部可能有液态水和氨的海洋。如果把内部的地热引到表面,就可以为海卫一基地提供能量。

海王星轨道以外的广大区域,分布着大量的岩石,冰(固态的水,甲烷和氨),和一些矮行星。被降级的冥王星就在这里。它的宽度是小行星带的20倍,总质量估计是小行星带的上百倍。这就是柯依伯带。

柯依伯带之外,是一片一直延伸到0.03光年以外的空旷地带。而这个地带之外,分布着无数以冰和尘埃为主的小型天体,在遥远而黑暗的太空深处缓缓游动。这里是奥尔特云,太阳系中彗星的主要来源。太阳系的其他天体都在黄道面上运动,而奥尔特云不一样,它是一个球形,从各个方向把太阳系包裹起来。奥尔特云范围很大,一直延伸到2光年以外,这是太阳到比邻星的一半路程。

很多天文学家认为,未来人类的理想定居地是海外天体(Trans-Neptunian Objects)。这里的海外是指海王星以外,包括柯依伯带和奥尔特云,不是出国移民的意思。弗里曼 戴森(记得戴森球吗?)就持这种观点。

海外区域有上千亿的冰质天体,它们包含对人类发展至关重要的水,氨,碳化合物和氦3。建立在矮行星上的人类基地可以使用氦3核聚变的能量,从矮行星开采水和其他矿物。由于矮行星的低重力,开采它们的内部资源非常容易。

在这个地区定居的另一个重要优点是,由于距离太阳很远,太阳辐射已经很低了。所以,基地完全可以建立在星球表面。考虑到低重力对人体的损害,另一个方案是把基地建立在矮行星内部。具体方法是,把矮行星内部掏空,在空洞中心放置人造太阳,然后把城市修建在洞壁上。矮行星自转的离心力可以起到人工重力的效果。

到这里,人类已经完成了征服太阳系的任务,但这只是人类迈向太空的第一步,我们还要把人类文明散布到邻近的恒星系。距离我们最近的比邻星很可能也有自己的奥尔特云,那么从我们的奥尔特云基地出发,不需要使用科幻级别的飞船,就可以慢慢迁移过去,开始星际殖民的征途。

-----------------------------

这篇回答的大部分内容来自Wikipedia,大家有兴趣可以去阅读。

参考资料

355

评论