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科学家解密:灾难来临人类将如何殖民外太空

2011-03-24
科学家解密,灾难来临,殖民外太空
科学家解密:灾难来临人类将如何殖民外太空 z新华网
2011-03-24摘自:新华网
  据国外媒体报道,地球人类在未来千年内将发现适宜生存的宇宙新花园,或者仅需要几年时间。地球并不是始终适宜人类生存,众所周知,大约20亿年前太阳膨胀使地球的海洋沸腾,当时的地球并不适宜生物存在;除此之外,数十亿年之后仙女座星系将与银河系发生碰撞,人类或许将从地球上被抹杀;同时,约550公里宽的小行星时常掠过地球轨道,科学家评估每隔30万年会有一颗小行星碰撞地球。

  为何离开地球?

  1989年,一颗体形较小的小行星与地球擦肩而过,它碰撞力相当于1000颗核弹,如果按其飞行速度仅6小时便碰撞在地球上。依据救生艇基金会的一项近期报道,数百位研究人员追踪十几种人类生存危险假设,其中多数危险使我们意识到人类离开地球实际上是由于人为因素,并不一定是未来可能出现灾难性事件。每年人类所消耗的资源远超过地球的承受能力,世界野生动物基金会评估2030年人类每年将消耗地球的两倍自然资源。灾难流行病研究中心称,近十年旱灾、洪涝灾难是上世纪80年代的3倍,是1901年的54倍。

  气候变化将带来许多负面影响,导致严重的水资源匮乏,沿海区域被淹没,大面积地区出现饥荒。此外,世界还可能被致命病菌、核战争终结。救生艇基金会警告称,日益滥用的高科技技术如同一把双刃剑,在促进全球科学发展的同时亦对地球构成巨大的威胁。面对地球所出现的生存威胁,人类未来离开地球的原因或许仅是为了维持地球免遭破坏,地球将变成一种自然避难所,人类可时常光临,就像现今的约塞米蒂国家公园。

  我们所面临的威胁并非牵强附会,气候变化已严重影响人类活动,例如:小行星碰撞至少导致地球出现一次物种大灭绝。美国防御产品制造商“通用动力”公司高级信息系统部研究工作师蒂哈梅尔-托斯-费杰尔(Tihamer Toth-Fejel)是救生艇基金太空殖民董事会成员之一,他说:“恐龙灭绝是由于它们是一种低级动物,当灾难来临时它们无法适应‘航天飞行移民’。到目前为止,人类与恐龙之间的差距是显而易见的,我们面对未来地球灾难时可采取一定的措施。”

  纽约大学化学家罗伯特-夏皮罗(Robert Shapiro)主张,一些严重的灾难性事件是不可避免的,必须准备“复制”人类文明,移居到其它星球生活,这不仅是避免人类受到伤害的策略,而且可使人类文化和传统得以继承延续。2005年,美国宇航局负责人迈克尔-格里芬(Michael Griffin)称美国太空计划旨在实现类似的目标,他说:“如果人类希望存活数十万年或者数百万年,我们必须移居到其它星球上。我们并不知道未来这一天具体是什么时候,但我们相信会有大量的地球人类移居到其它星球!”

  移居至哪颗星球?

  我们有许多选择,美国国家太空学会(拥有12000多位成员)致力于研制未来人类太空殖民星球,他们指出未来人类首先抵达的星球必须具有维持生命的资源,2000年研究人员完成了一项2亿美元的研究工作,美国宇航局报道称,未来人类太空殖民地可设定在月球,挖掘月球表面数米深,或者覆盖现有月球陨坑,从而避免高能量宇宙放射线持续辐射,它将损伤人类DNA分子,导致癌症。同时,这项美国宇航局研究想像在其它星球上设立核电站、太阳能电池板阵列,并采用多种方法从月球表面提取碳、硅、铝和其它有用物质。美国国家太空学会2008年一份《太空殖民路标》的研究报告指出,月球是“初级停车站”,维持生命的冰物质是永久性月球基地、旅馆,甚至赌场等娱乐场所的必备条件。

  其它太空殖民提倡者认为可完全忽略月球。虽然月球是距离地球最近的星体,并且我们曾登陆过。而木星、土星的卫星,天王星和海王星均被认为含有大量的水、碳和氮,在太阳系中最接近地球的星体是火星。火星学会负责人罗伯特-祖布林(Robert Zubrin)说:“以历史海事探索作比方,火星与月球之间的关系,就如同北美和格陵兰岛的关系。火星与月球不一样,它拥有一定的大气层,可避免宇宙放射线的直接辐射伤害,并且具有40%的地球引力作用。”

  2002年,美国宇航局火星“奥德赛号”太空飞船在火星表面探测到大洲面积大小的冰水,2008年,“凤凰号”探测器拍摄图像证实冰物质的存在。甚至火星表面土壤中含有足够的碳可供给植物生长,白天温度可达到21摄氏度,或许随着时间的推移,火星将逐渐“地球化”,使用地下冰水中的水资源形成浅海洋,之后可形成一种提供呼吸空气且能更好遮挡宇宙放射线的大气层。

  所有科学家可能认为的未来适宜人类移居的太空路线均被艾萨克-阿西莫夫(Isaac Asimov)列入“行星沙文主义”范畴之中,我们能够很好地建造一个轨道栖息地,在空洞的太空中建造人类未来家园,以精确的技术进行工程建造;金融方面,不考虑科技因素,不太可能从地球发射大量的物质来建造一个较大的轨道结构。这样的未来人类太空栖息地将首先考虑从近地小行星提取资源。1974年,美国普林斯顿大学物理学家杰勒德-奥尼尔(Gerard O’Neill)提出了一个超大质量独立式轨道栖息地,它是两个大型圆柱体绕中心轴以每分钟1圈的速度旋转,其速度足以模拟沿着内部表面的引力作用场,这是两个相反方向运行的旋转圆柱体,这样可以消除转矩。在没有引力的外太空环境,这个独立轨道栖息地从体积上可以容纳数千、数百万居民。奥尼尔预想这个大型圆柱体长度达到32公里,其内部表面面积可达到800平方公里。

  阿尔-格罗布斯(Al Globus)是美国宇航局艾姆斯研究中心的一位承包商,他指出奥尼尔提出的独立式轨道栖息地是一个华丽的“封闭社区”,这里拥有恒久不变的阳光,宇宙壮观的景色,宽敞的住宅,在靠近圆柱体轴心区域可体验零重力效应。生活在这种太空基地的人数应当保持在150人以上,这样可以避免近亲结婚,尽管这种旋转栖息地理想角度上存在社交群,太空居民们也可存储DNA,以保证基因池所需的多样性。

  初级轨道栖息地并不需要停留在太空轨道上,如果一艘太空船耗尽邻近小行星的资源,或者必须逃离一颗死亡恒星,它应当使用机载核反应堆或者太阳帆作为能量源,发送至遥远的太空目的地。

  迄今发现的500颗系外行星中未出现存在适宜人类生存的大气层,但这些系外行星差不多都是在过去十年内发现的,天文学家发表在近期媒体的一项报告推断称,2264年发现适宜人类生存系外行星的概率达到95%。2010年9月份,利克-卡内基系外行星勘测中心的一支天文学家小组宣称,一颗位于天秤星座、距离地球20光年的行星位于恒星“适宜生存”轨道区域。

  怎样离开地球?

  在太空进行殖民的第一个挑战是人类如何摆脱地球引力,罗伯特-海因莱因(Robert Heinlein)说:“如果你乘载宇宙飞船进入太空,很有可能会中途停滞在某处。航天飞机完成一次飞行需要4.5亿美元,现今发送无人载荷进入太空的成本依然很高,大约每磅需要12000美元,同时在起飞后100公里的飞行阶段所需燃料的成本更高。”

  为了清除太空飞行的内部障碍,工程师曾设想了一些无火箭发射系统。在冷战高峰时期,美国海军高海拔研究计划的其中一个项目是分析使用巨大加农炮发射载荷进入太空的可行性。物理学家德里克-蒂德曼(Derek Tidman)设想使用一种叫做“环膛炮”的超大离心机来旋转物体,直至其周转速度摆脱地球引力。同时,一些工程师计划建造“太空电梯”,它向天空延伸62000英里长的电缆,像一个旋转套索,通过向心力牵引。2000年,美国宇航局先进概念学会授予布拉德-爱德华兹(Brad Edwards)57万美元的奖金,他负责研究如何建造太空电梯,据称,这种太空电梯的成本不超过140亿美元,一旦未来纳米技术实现更轻薄、更坚硬的管材,有望使太空电梯的成本更低。

  其它创新性方法则是尽可能减少载荷重量,使太空飞行变得更加切实可行。一家名为“太空制造”的公司声称,计划建造了一个巨型3D打印机,虽然该公司未解释这种超级打印机如何在太空零重力环境下运行,但提出富有创新意义的策略——转换从地球装载的原料或者将太空垃圾进行再循环装载入人造卫星或者宇宙飞船。未来突破性纳米科技或许能进一步促进其发展。

  一旦离开近地轨道,我们将规划如何借助某种特殊物质实现史诗般太空之旅,而非采用传统的化学火箭。2010年11月,美国宇航局前任宇航员弗兰克林-钱-迪亚兹(Franklin Chang Díaz)最新研制一种采用机载离子发动机驱动的火箭,他估计可将之前地球至火星太空之旅的60天行程大大缩短。一种新型日本探测器采用46英尺宽的太空帆作为驱动,它由0.0075毫米厚镀铝塑料板制成,由太阳光量子的压力推进,2010年12月这种太阳帆飞行器飞越金星上空。

  美国国家太空学会的马克-霍普金斯(Mark Hopkins)表示,自我复制型纳米机器人未来可发送至小行星上,它们能够钻透小行星表面并开始采矿,或者它们可以穿梭于卫星和遥远行星之间,它们能够自我复制,适时地形成一个完整的工业文明等待未来宇航员的到来。

  华盛顿州大学天体生物学家迪克-舒尔茨-马库彻(Dirk Schulze-Makuch)称,未来20年,人类将在火星建立永久性生活基地。但不得不承认建造成本是非常巨大的。他强调指出,火星人类基地将确保人类能够生存,并鼓励越来越多的人们来到火星建立家园。

  什么时候离开地球?

  现在多数太空殖民进程已与私人太空公司紧密结合在一起,2010年12月份,埃伦-穆斯克(Elon Musk)的SpaceX公司成功完成了太空船飞行测试,该太空船可携载7位乘客。目前,SpaceX公司已与美国宇航局签订合同,负责航天货物运送到国际空间站,每磅货物的价格低于当前的价格。此外,维金银河公司、太空冒险公司和其它公司开始提供近地轨道飞行,以及国际空间站暂短停留,本杰罗航空公司于2015年发射充气“太空旅馆”。

  尽管当前美国财政预算紧张,但仍积极拓展太空探索领域。2010年3月,美国总统奥巴马宣称,2025年将计划有人驾驶航天器抵达近地轨道的小行星,2030年代中期将实现登陆火星。

  2010年10月,美国五角大楼国防部高级研究计划署(Darpa)发布新闻稿宣称,与艾姆斯研究中心的一项联合计划将研究建造“百年星舰”的可能性,他们称这是迈向下一个太空探索纪元的新开端,将实现恒星太空之旅。

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