未來十五年 人類有望殖民移動的小行星帶
2021年01月22日08:34
我們可以在矮行星谷神星附近建造一個可供人類居住的“超級衛星”嗎?也許聽上去荒唐,但實際上可能還挺合理的。
我們可以在矮行星谷神星附近建造一個可供人類居住的“超級衛星”嗎?也許聽上去荒唐,但實際上可能還挺合理的。

  1月22日消息,如今,許多航天機構和想像力豐富的億萬富翁都無比執著地希望在地球軌道之外,為人類尋找新的家園。火星,毫無疑問,是最佳候選者:與地球的距離相對較近,24小時晝夜循環,且大氣中富含二氧化碳。但是,有一個太空殖民學派認為,在其他星球表面殖民,弊大於利。

  不過,最近發表在預印本數據庫arXiv上的新論文提出了一個創新對策:忘掉紅色星球,在矮行星谷神星周圍建立一個巨型的移動居住地。

  在這篇尚未經過同行評審的論文中,赫爾辛基芬蘭氣象研究所的天體物理學家佩卡·哈胡寧描述了他所想像的“超級衛星”。這個超級衛星由數千個圓筒太空艙組成,所有太空艙通過內部的一個圓盤狀框架連接在一起,而這個框架則永久性地繞著谷神星飛行。谷神星,是在火星和木星軌道之間的主小行星帶中最大的天體。哈胡寧寫道,每一個圓筒太空艙可以容納至多5萬人,支援人工大氣,可通過自身旋轉產生的離心力製造出類似地球的重力。(這個基礎概念,首先出現於上世紀七十年代,被稱為奧尼爾圓筒。)

NASA繪製的“O‘Neill Cylinder太空艙”,也叫奧尼爾圓筒,是一個移動的人類殖民地,繞其他行星運行。最近,一篇新論文提出,我們或許可以在矮行星穀神星附近建造大型的奧尼爾圓筒殖民地。
NASA繪製的“O‘Neill Cylinder太空艙”,也叫奧尼爾圓筒,是一個移動的人類殖民地,繞其他行星運行。最近,一篇新論文提出,我們或許可以在矮行星穀神星附近建造大型的奧尼爾圓筒殖民地。

  那麼,為什麼選擇谷神星呢?哈胡寧認為,穀神星到地球的距離,與火星到地球的距離相當,因此這個距離的太空旅行也較為容易。但是,該矮行星還具有一個十分重要的優勢。哈胡寧說,谷神星上富含氮氣,而氮氣對於製造軌道殖民地的大氣環境非常重要。比如,地球大氣中的氮氣含量約為79%。與其在這個迷你星球表面建造殖民地——穀神星的半徑約為地球的十三分之一,定居者其實可以利用太空電梯,將星球表面的原材料直接運往他們的軌道殖民地。

  這種軌道生活還可以解決另一個不可忽視的問題。哈胡寧認為,火星表面的殖民地存在一個重要的問題:低重力會對健康造成不良影響。

  他在郵件中寫道:“我擔心,由於重力太低,火星殖民地上成長的孩子沒辦法發育成為健康的成年人。因此,我希望找到一個替代的方案,可以提供類似於地球上的重力。”

  但是,一名外部研究人員指出,哈胡寧的提議也有其自身的局限性,可能會阻礙穀神星殖民地的成功建設。

NASA的插圖描繪了奧尼爾圓筒的內部構造。每一個太空艙內部都具有人工大氣、類似於地球的重力,以及城市與農業結合的生活空間。
NASA的插圖描繪了奧尼爾圓筒的內部構造。每一個太空艙內部都具有人工大氣、類似於地球的重力,以及城市與農業結合的生活空間。

  歡迎來到盤狀世界

  根據哈胡寧的提議,谷神星的超級衛星中的每一個圓筒都可以通過自轉產生重力;每個圓筒太空艙長約10公里,半徑為1公里,自轉週期為66秒,以產生模擬地球重力的離心力。

  哈胡寧說,每個圓筒可以容納大約5.7萬人,圓筒可以通過強大的磁鐵(如用於磁懸浮的磁鐵)固定在附近的圓筒旁。

哈胡寧的超級衛星包括一個帶有相互連接的圓筒太空艙的圓盤,兩側配有大型鏡子,可以使陽光照射進殖民地。
哈胡寧的超級衛星包括一個帶有相互連接的圓筒太空艙的圓盤,兩側配有大型鏡子,可以使陽光照射進殖民地。

  這種相互聯繫也為超級衛星生活帶來了另一個巨大的優勢。哈胡寧表示,在殖民地的邊緣,可以無限增加新的圓筒太空艙,從而實現近乎無限的擴張。

  他說:“火星表面積少於地球的表面積,因此無法為大量人口和經濟擴張提供足夠的空間。”但是穀神星殖民地卻不一樣,“可以從一個居住點,發展到數百萬個居住點”。

  沐浴陽光

  在圓筒和巨型圓盤狀框架之外,該殖民地還有一個重要特徵:兩個超大的玻璃鏡,相對於圓盤呈45度角,以向每個太空艙反射足夠的自然陽光。哈胡寧寫道,每個圓筒太空艙中,會有一部分空間專門用於種植農作物和樹木。這些植物將種植在1.5米厚的土壤中,而土壤則從谷神星的原材料中提取。自然光可以幫助植物茁壯成長。與此同時,每個太空艙的“城市”空間將依靠人造光來模擬地球上的晝夜循環。但是,哈胡寧沒有說明定居點的氧氣將從哪裡獲取。

  這種移動的圓筒狀烏托邦社會看似異想天開,卻也得到了一些人的支援。2019年,亞馬遜首席執行官兼太空私人公司藍色起源的創始人傑夫·貝索斯在華盛頓特區的一次活動上的講話,提到了建造“奧尼爾殖民地”的種種好處。貝索斯口中的奧尼爾殖民地與哈胡寧描述的十分相似。只不過,貝索斯覺得這樣的殖民地在我們的有生之年或許難以實現。他向觀眾發問:“我們將如何建造奧尼爾殖民地呢?我沒有答案,我想在座的各位也不知道答案。”

  但是,哈胡寧比貝索斯要樂觀許多。在郵件中,他說,人類的首批太空定居者將有望在未來15年內踏上穀神星殖民之旅。

當你生活在距離地球百萬公里的太空艙內時,未來無限美好。
當你生活在距離地球百萬公里的太空艙內時,未來無限美好。

  何時殖民谷神星?

  馬納斯維·林罕是佛羅里達理工學院的宇宙生物學助理教授。他主要研究行星的宜居性。林罕認為,谷神星的提議為殖民火星或月球提供了“可行的選擇”,不過這個提議忽略了一些關鍵因素。

  林罕並未參與這篇論文的寫作。他說:“我認為,谷神星的提議存在三個主要局限。首先是,除了氮氣之外,其他必要元素的問題。”

  林罕說,論文中並未提及的另一個關鍵元素是磷。人體依靠磷來生成DNA、RNA和ATP(細胞中一個重要的儲能形式)。地球上的所有生物——包括殖民者可能希望在移動的居住艙內種植的任何植物——都需要磷。然而,哈胡寧的提議未說明這種關鍵元素將從何而來以及如何獲得。

  第二個局限是技術。從谷神星表面收集氮氣和其他原材料需要在該矮行星的表面進行開採,並從岩石中提取這些關鍵元素。這項工作可能需要在谷神星上部署一支自動採礦車隊,還需要人造衛星來引導車隊前往最值得開採的養分富集地區。如果沒有這些條件,開採工作將難以實現。林罕說,殖民谷神星的想法是可行的,只是從技術上講,我們現在還沒有這個能力。1月15號,NASA的一個火星探測器“鼴鼠”宣告死亡。在此之前,“鼴鼠”一直嚐試鑽入火星地表16英呎,但兩年來都沒能成功。

  這些技術限製引出了林罕的第三個問題:提議的時間跨度。哈胡寧的提議表示,谷神星上的開採工作一旦開始,超級衛星的第一個軌道居住艙集群將可以在22年後建成。但是,這個時間估算的前提是,定居點的可用能源每年以指數形式增長,能源即時可用,並且也永遠不會因技術或後勤問題而中斷。林罕說,這個估算“並非完全不可能”,只是萬事無絕對。

  他說:“在最佳條件下,22年時間可能是最快的估計。但是我認為,實際的時間跨度可能會更長久。”(勻琳)

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