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拥抱星舰文明

图为插画师斯蒂芬·马蒂尼埃对星际飞船生活的想象:数千名地球移民生活在“五月花”号星际飞船上,进行世世代代的旅行。飞船有自己的生态系统,旋转的圆柱形船身产生人工重力。巨大的舷窗外隐现出另一艘飞船。

“银河帝国”之梦

20世纪50年代,著名科幻作家阿西莫夫在代表作《基地》中,曾描绘过一幅宏大的图景:在遥远的未来,人类遍布银河系中的2500万颗行星,形成了一个真正的银河帝国。时隔半个多世纪后的今天,当我们审视人类在太空探索领域所取得的进步时,恐怕还是不得不承认,“银河帝国”仍是一个非常遥远的梦。不过,我们可以一步一步地不断接近,直至实现这个梦。

最初的一步,必然是从现有的航天事业开始,对太空移民所涉及的技术课题进行基础性研究,除了新型推进系统等太空探索领域共有的课题,还包括与太空移民密切相关的其他课题,如太空生态圈、太空生物学、人造重力等。空间站将在相关研究中发挥重要作用,比如使其运行姿态变成自转,就可产生离心力,模拟重力环境。

再进一步就是月球移民。月球上有充足的太阳能和氦-3资源,可以为移民提供足够的能量;同时,目前的探测已经证实,月球岩层中有水存在。月球移民定居区最好的选择是建在地下,因为月球没有大气,磁场也很弱,表面完全裸露在太空中,缺少对于宇宙辐射的天然防护。

紧随月球移民之后,就是在地球轨道上建立太空城。建造同样规模的永久居住地,太空城的技术难度要高于月球。首先,月球上的建设是在1/6的地球重力下进行,在这样的重

力环境下开掘地下城所需的土木工程和岩层掘进都需要比较成熟的技术。而太空城是一个庞大的空壳结构,高度封闭,要承受内部大气压和自转产生的强大离心力,这对于材料和建设工艺都是巨大的挑战。

太空城和月球移民有一个共同的巨大优势,就是殖民地距地球较近,这就使得殖民地可以部分或全部由地球的补给来维持。但这样由母星供给维持的状态并非真正意义上的太空移民。太空移民必须建立起自给自足的生态系统,或者说建立一个小地球。这是巨大的技术挑战。在美国亚利桑那沙漠中进行的“生态圈一号”和“生态圈二号”实验表明,建立体积有限的自循环生态系统非常困难。也许,要使一个封闭的生态系统长期维持下去,其体积和容量必须大于某个临界值,而这个值也将是太空移民需要考虑的一个重要参数。所以,太空城和月球殖民地应该逐渐减小对地球供给的依赖,最终建立完全可以自给自足的人工生态圈。

真正的太空移民很可能从火星移民开始。火星有大气层,是太阳系中气候与地球最接近的行星,火星上的居住条件比月球优越得多,而且,火星陆地广阔,地形多变,殖民地有充分的发展空间。不过,火星距地球较远,往返航行的时间要以年计,火星移民只能依靠火星资源自给自足。

在更前方召唤我们的,则是向太阳系外的星系移民。在太阳周围15光年的范围内,有50多颗恒星,但在人类掌握恒星际航行技术之前,飞船到达这些恒星都需要漫长的时间,航程甚至得延续千年以上,所以,恒星间的移民也就等同于向飞船上移民,飞船本身就是移动的殖民地。一次星际航行已经不是一个有始有终的过程,而成为另一段在太空中不断延续的人类历史。在太空深处航行的飞船,已经和它出发的世界本身一样,成为永久的存在,成为人类在宇宙中的一个不断远去的寄托。永恒的星舰漂泊可能成为人类文明的一种正常生存状态。

星空的召唤

若太空移民時代全面来临,会有哪些方式可以实现移民?

根据美国波特兰大学卡梅隆·M·史密斯的观点,太空移民将包括三种形式:一种是移居地球之外的其他行星,比如火星;另外两种是所谓自由飘浮的移民区,分别是太空城和世代飞船。前者一般运行于地球或太阳的轨道上,一般只具备轨道调整所需的辅助动力;后者则航行于恒星之间,具有巨大的推进动力。

以直觉来判断,这三种移民的规模,从大到小应按以下顺序排列:行星移民、太空城、世代飞船。在行星上的移民可以不断开拓行星表面的未知疆域;飞船则有一定的空间限制;而太空城依托于其环绕运行的母星,同时没有远程航行的加速负担,也可以建得比飞船大许多。这似乎符合常理,但从长远看,情况可能恰恰相反。

行星表面的面积有限,随着移民的扩张,所有的土地可能都被人口和农田占据,像地球一样。甚至可能出现《基地》和《星球大战》所描述的银河系首都星球的情形:整个星球表面全被城市所覆盖。

从长远来看,太空城的发展空间就大了许多,可以用来自母星的资源不断扩建,或在行星轨道上建设众多太空城构成的城市群落。由于太空城所具有的薄壳状几何构型,它的单位质量所能产生的居住面积比行星的固体球状大得多,可能只需母星百万分之一质量的材料,就能产生与母星表面积相当的居住面积。行星的轨道上也有太空城发展的巨大空间,最终这些太空城可能形成像土星环那样的一个圈,总的居住面积将远超行星表面。不过,行星轨道空间虽然巨大,也总有被占满的那一天。

而世代飞船的发展空间几乎是无限的。起航时的飞船可能不大,但它像一粒种子,在经过不同的恒星系时会成长起来。每到达一个星系,都可以用星系中行星的材料资源扩建飞船,或建设新的飞船。随着飞船或船队规模的扩大,它到达下一个恒星系时采集资源自我扩张的能力就会进一步增强,于是这个航行中的世界就会像滚雪球一般扩大。当然,这需要漫长的时间,但扩张的空间几乎是无限的。

船队中的飞船可能各自独立,更有可能在航行中联为一体,在遇到不同情况时可以自由地分化组合。在长时间的扩张后,这样的联合体在质量上可能超过一个地球这样的行星,但由于蜂窝状的几何结构,联合体内部的居住面积将是地球表面的千万倍。整个船队形成一个统一的生态系统,由于体积巨大,其稳定性和抗灾难的能力也远高于地球生态圈。

这已经不是我们想象中的飞船,而是一个比地球更加丰富多彩的世界。这样的世界最终能够成长到什么样的规模是很难想象的。由此,我们甚至可以大胆推论:也许成熟的文明都是在太空中进行着永恒航行的星舰文明。

真正广阔的世界是在地球之外,人类要想使自己的文明万代延续,要创造更为广阔的新生活,就要尽早响应星空的召唤。

(本文由《科学美国人》中文版《环球科学》授权刊登)

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