太空居民：人類將如何在無垠宇宙中定居

《太空居民》這本書的作者是美國著名科普作家、科學記者克里斯托弗·萬傑克，在書中系統性地分析了限制人類進入太空的因素，以及人類定居太空所面臨的挑戰，並探索了未來太空旅行可能的模式，幫助我們對太空旅居有更加清晰的認知。 第一部分，我們爲什麼要去太空？ 現代宇宙航行學奠基人，蘇聯航天之父康斯坦丁·齊奧爾科夫斯基曾經說過：“地球是人類的搖籃，但是人類不能永遠生活在搖籃裏。”地球上的空氣、水、陽光、溫度、大氣壓力、重力、宇宙射線等元素都是獨一無二的，經過十數億年的演化，地球上的生命已經完全適應了地球的環境，人類一旦離開地球，生命將遭受極大的威脅。那麼人類爲什麼要冒險去太空呢？ 太空活動倡導者認爲，目前地球面臨着嚴峻的人口過剩和資源不足的問題，如果人類能夠探索和開發太空，拓展生存的空間和資源，此類難題將迎刃而解。其次，地球並不是絕對安全的生存家園，宇宙中的近地小行星，持續威脅着地球上的生命。還有一個非常現實的威脅，那就是氣候變化。氣候變化正影響着全球，極端天氣、全球變暖威脅着人類生命安全、農業生產、水源等各個方面。 人口資源不匹配、天災人禍、小行星威脅、氣候變化等因素時刻威脅着人類在地球上的生活，不過這些問題還無法迫使或鼓勵人們立刻去太空定居。作者認爲人類之所以要去太空，是因爲探索的慾望！ 第二部分，太空旅行所面臨的挑戰。 離開了地球的保護，人類不得不面對高能粒子輻射、重力不足、空氣缺失、壓力和溫度等威脅，甚至由於長期居住在狹小的空間而出現精神疾病。 人類已經完全適應了地球上的重力環境，如果失去重力，我們骨骼裏的鈣會流失、肌肉會萎縮、血管扭曲變形導致眼睛最終失明。科學家嘗試通過藥物、加壓護腿等方案進行調節，然而只能緩解失重所帶來的影響，並不能完全避免，目前唯一可行的解決方案是製造和地球重力環境相當的“人造重力”。 有兩種輻射會威脅人類的太空活動：太陽輻射和宇宙輻射，這些輻射都源自帶電粒子組成的等離子。現有的宇航服還不足以支撐宇航員長期暴露在宇宙射線中，這種無處不在的輻射緩慢地影響着宇航員的安全和健康。如何減少宇宙射線的影響呢？最新的研究發現，氫化氮化硼納米管能夠在承受巨大熱量和壓力的情況下，有效阻隔宇宙射線，可以作爲未來航天器的主要材料。歐洲核子研究組織還研發了一種人造磁場，它的強度是地球磁場的3000倍，可以保護飛船內外的宇航員。 大氣層將地球的溫度保持在剛好合適的範圍內，並實現溫度的循環變化。像月球這種沒有大氣層保護的天體就沒有這麼幸運了，由於沒有大氣層來保持空氣、產生風，並使熱量循環起來，在太陽照射和照射不到的位置之間，月球的日夜溫差可達幾百攝氏度。大氣層還可以提供壓力，合適的壓力使得液態水無法自由膨脹爲氣態。目前人類主要依賴於宇航服和航天器的保護，來維持在太空的壓力和溫度。 第三部分，如何進入太空？ 要進入外太空，航天器必須擺脫地球引力的束縛，先進入地球軌道。航天器需要被加速到每秒8千米，纔可以保持在近地軌道飛行，要讓火箭能夠獲取足夠的速度，通常需要大量的化學燃料。 齊奧爾科夫斯基推導出來的著名的“齊奧爾科夫斯基”火箭方程式是現代航天的基石。根據這個方程式，要想降低進入太空的成本，要麼提高燃料效率，要麼減少質量。現代的火箭爲了減少質量，已經採用輕質材料製作而成，並且通過分級火箭的設計，在飛行過程中將空的燃料罐拋掉，沒有更多的質量可以縮減了。那麼我們只能從提升燃料效率和運送工具設計上做文章了。 目前發射火箭主要採用液體氧和煤油、液體氫等的混合物作爲燃料推進劑，這類燃料發動機的排氣速度已經達到極限的每秒4.4千米。科學家們不斷地研究新的燃料推進劑，哈佛大學在實驗室發明了製造金屬氫氣的方法，將金屬氫氣作爲燃料推進劑的話，可以將火箭排氣速度提升到每秒16千米。如何穩定地生產和存儲金屬氫氣，是當下亟需克服的工程難題。 除了金屬氫氣，核燃料由於威力巨大、小巧廉價，是一個很好的燃料選項，核動力的潛能是驚人的，理論上核動力可以把航天器的速度提升到每秒數百公里，然而由於擔心發射過程中輻射的危害，人類到目前爲止尚未投入使用。 除了提升燃料效率，人類也在運送工具設計上不斷地推陳出新，有已經成熟應用的SpaceX的可回收火箭、正在商用的太空飛機，還有充滿科幻色彩的天鉤、太空電梯等方案。 SpaceX開發了可部分重複使用的獵鷹1號和獵鷹9號運載火箭，對火箭重要部件進行改造優化，成功地讓火箭助推器穩定着陸，並經過短暫的檢查和維護，在幾個星期內重複使用。 藍色起源公司的亞軌道航班，以及維珍銀河公司的“太空船2號”太空飛機，它設計了一種特殊的發動機，在低空時從大氣中吸入氧氣進行燃燒，在到達高海拔、空氣更稀薄的高度後，切換到儲存的火箭燃料進行燃燒推進。這種巧妙的設計思路，能夠讓太空飛機可以以較低的成本，獲取更舒適的空間，提供類似商務客機的太空旅行體驗。 齊奧爾科夫斯基在19世紀末提出了“太空電梯”的概念，首先向36000千米高的地球靜止軌道發射一個平臺，然後通過纜繩向下延伸並鏈接到地面，將人或者貨物放在太空電梯裏，通過太陽能電池板轉化的太陽能將電梯運送到平臺。目前改方案還面臨技術可行性、電梯安全等各方面的挑戰，我們在地球上幾乎不可能擁有太空電梯。 受到太空電梯的啓發，有人提出了“天鉤”系統：在近地軌道的平臺上鍊接一個纜繩和一個鉤子或者磁鐵，鉤子或磁鐵不需要固定在地球表面，而是通過纜繩懸掛在大氣層邊緣。通過熱氣球或者太空飛機將裝滿貨物或人的太空艙吊在天鉤上，然後再拉到近地軌道的平臺上。昂貴的資金投入，阻礙了這個方案的實施。 第四部分，如何在太空中定居生活？ 月球上有生命之源——水，人類在月球上生活依然面臨巨大的挑戰。月球的重力只有地球的六分之一；稀薄的大氣層，大約只有地球的十萬分之一，基本相當於真空，晝夜溫差高達幾百攝氏度。由於缺少大氣層和磁層的保護，宇宙輻射時時刻刻威脅着生命，因此月球基地必須建在地下，或者在表面覆蓋超過兩米厚的月球土壤，才能保證人類免於輻射傷害。還有一個最爲關鍵的問題，月球上的一天相當於地球上的一個月，漫長的黑夜將極大地限制地球植物的生長。 現有的技術條件下，月球在相當長時間內並不適合人類長期定居，作者認爲未來月球會是集科學探索和工業園的發展模式。我們可以在月球建立科研基地，讓科學家們依靠地球的物質運輸補給，對月球進行深入的科學研究。月球含有兩種地球上的稀有資源：氦和稀土礦物，如果未來機器人採礦產業發展成熟，人類還可以遠程控制機器人來完成挖礦，甚至就地加工。 既然月球並不適合人類長期定居，我們將目光轉向另外一個太空定居的熱門——火星。 在太陽系的固態天體中，只有火星能夠提供適當的重力及溫度，並且擁有人類生存所需的所有化學元素。火星的重力大約爲地球的38%，重力影響可能沒有那麼極端；火星的白天溫度最高可達20攝氏度，夜間溫度降低至零下100攝氏度，這與地球南北極類似。世界各國航天機構研發的裝置，能夠在火星的岩石中提取氧氣和水，也可以將火星大氣中的二氧化碳轉化成氧氣和燃料甲烷。火星有着和地球極爲相似的晝夜週期，因此在火星上種植農作物的難度大大降低，科學家已經模擬火星土壤中的農作物種植，洋蔥、大蒜、生菜、芝麻、紅薯、甘藍等多種作物都長得很茂盛。 爲了解決火星大氣壓力的問題，科學家提出了火星“地球化”的設想，通過在火星上建立一座生產溫室氣體的工廠，向火星大氣中釋放溫室氣體，給火星製造出一個大氣層。 探索月球和定居火星所積累的經驗和技術，將幫助人類更大膽地造訪其他星球；隨着航天科學的不斷突破，人類必將前往更宜居和發展文明的恆星系，穿梭於無垠宇宙！

太多的數字，太多的論證，太多的物理和天文名詞，缺少一點魅力，缺少一點人文關懷，就像是技術組長撰寫的太空移民手冊，條分縷析，嚴絲合縫，合理性第一。可讀性第二。 Spacex的部分實在令我印象深刻，包括登月在內，所有的宇宙活動更多像是實驗，科學和探索，競賽的性質，沒有一項能保證太空事業能得到足夠的正反饋，成爲一個自給自足的獨立系統，誰能保證持續大量對宇航部門進行投入？但是如果商業化，這將是完全不同的概念，從這角度上講，馬斯克的作用不知要抵過多少科學家，儘管後者論證，研究並承擔了所有實際上的工作。

說到底我們終將在離開時不能看到書中給出的星際目的地。有點兒遺憾，但無論如何爲我們已經經歷過的世界而祈福，祈願我們的人類文明能逐步摒棄歷史給我們留下的文化羈絆，走向相互間的文化融合，真正把人類文明作爲一個整體，把短期的區域利益與人類文明未來發展的核心利益做深度捆綁。以避免自殘的戰端再起。共謀五百年的人類共同的大未來。

“地球是人類的搖籃，但人類不可能永遠被束縛在搖籃裏。” ------齊奧爾科夫斯基 挺有意思的科普小冊子，算是太陽系殖民指南吧，不過，那應該是很遙遠以後的事。目前地球上很多愚蠢的人類還在爲一點點土地打的不可開交呢，唉！

內容全面、很有趣的科普書，裏面有很多平時想不到的知識。

本書既有遠大理想，又腳踏實地，靠譜👍🏻

太空探索，致敬的不是宇宙本身的宏大，而是人類文明勇往直前於虛空中的精神。

本書對未來人類向外太空拓展、移民等問題，作了實事求是的分析和論述，既看到困難，又充滿希望。儘管我們無法看到那時的情景，仍然堅信智慧而堅韌的人類一定會逐步實現宏偉的藍圖。

人類目前真正的問題，不是沒有土地居住，而是……

語言通俗但其實內容並不太好懂，尤其是沒有相關學科背景的，缺乏基礎航天知識的人，幾近囫圇吞棗，但在我看得懂的部分來說，真的是漲了很多知識。作者把移民太空放到各種變量下去進行分析，其實告訴了我們的是，未來就在眼前，人類終將成爲太空居民，我有點疑問的是作者將殖民過程與太空移民做比較，是否欠妥？