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但有两颗土星的卫星吸足了人们的眼球:小小的土卫二和巨大的土卫六。土卫二直径只有500千米,比小行星灶神星还小,没有大气层,表面重力只有0.011G,是我在本书中讨论过的所有天体中除土卫一以外最小的。吸引我们来到土卫二的是搜寻生命。这颗卫星拥有地下海洋,其南极上空经常喷出大量水蒸气。水蒸气实际上形成了土星光环系统的一部分。通过NASA“卡西尼号”(Cassini)探测器的观察,我们还了解到喷出物中包含了生命的所有间接迹象:盐、氨、二氧化硅、大量的有机分子(如甲烷和甲醛),以及氢气。[14] 其中,氢气尤为重要,因为它是热液喷口,即食物的标志。[15] 有如此强烈的证据证明有可能发现外星生命,于是我们被推向了土卫二;人们正在设计多项飞经土卫二的任务,目的是从这些烟雾中采集样本,并将其带回地球。
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住在土卫二和住在木卫二一样,都要住在冰钓屋里。重力较低,但辐射较弱。同样寒冷、昏暗、缺乏空气。土卫六在某些方面更适合居住。它是土星最大的卫星——太阳系第二大卫星,仅次于木卫三。和木卫三一样,土卫六虽然是一颗卫星,但是比水星这颗行星还大。事实上,土卫六是唯一一颗拥有浓厚大气层的卫星,其大气层厚度是地球的1.4倍。此外,土卫六是太阳系中已知的拥有表面液体的唯一天体。其液体在河流和湖泊中流动,并从云层中以雨的形式降下。只不过这种液体是甲烷和乙烷,温度为-180℃。
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由于土卫六的大气层解决了辐射和压力问题,有些人认为它是太阳系中最适合作为人类第二故乡的地方,甚至是一个比火星更好的选择。[16] 慢点儿,我说。那是个荒唐的想法。我们有可能到达土卫六,但肯定不是在到达火星之前。我们住在那里的机会很小。
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第一个挑战是距离。土卫六距离地球约14亿千米,大约是到火星距离的25倍。ESA的“惠更斯号”(Huygens)探测器花了6年时间才到达土卫六。[17] 这次任务取得了巨大成功。实际上,ESA 2005年已经在土卫六表面放置了一枚探测器,这是迄今为止着陆距离最远的探测器。优美下降的视频令人震撼,展现了云层下该卫星表面的全景——人类的第一瞥。探测器在沉寂前收集了整整90分钟的数据。ESA证明了在土卫六上着陆的可行性,只不过有80分钟的通信延迟(无线电波以光速传播,这从另一个侧面说明了土卫六有多远)。但是,我们需要一艘相当大的飞船把人类舒适、健康地送到那里。第二个挑战是低重力——0.14G,比月球还低,不到火星的一半。因此,未来的太空移民需要再次权衡利弊:对付火星上的辐射和压力问题,这是可以改造的;或者解决土卫六上的重力问题,而这个问题永远无法解决。
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让我们暂时把重力问题放在一边。诚然,土卫六最吸引人的地方是在它上面可以不穿加压服自由行走。这个世界看起来会有些熟悉,有雨,有河流,有云,等等。你可以去划船。你可以很容易地在浓密的大气中滑翔,大气层中氮占主导地位,含量在95%以上。事实上,飞行比走路更容易,而且更受欢迎。低重力和高压力会导致人们的步伐变得笨拙,就像在水下行走一样。只要把简单的翅膀绑在胳膊上,你就能飞。或者,不骑自行车,而是骑“飞行车”(fly cycly)。[18] 站在土卫六上会有问题,因为你身体的热量会融化地面,然后你的脚周围会重新结冰,就像被困在了淤泥中。飞行或者在地面上蜻蜓点水式的快速行走,会是你最好的选择。不过就保护而言,可以说你还没有脱离寒冷。土卫六上的最低温度是-180℃。南极有记录以来最低的自然温度为-89.2℃。为了御寒,你最好穿上加压服,除非有一种新的“太空时代”面料,既能保暖又不会显得臃肿。不管怎样,你身体的每一部分都必须得到保护,否则任何裸露在外的部分都会立即冻结。想想超绝缘潜水衣吧。
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你还需要氧气。这并不难。那里的大气中没有氧气,但那里似乎有大量的水冰,只不过坚硬得像岩石一样。也就是说,我们在土卫六上看到的岩石可能是固态冰。它们融化以后可以饮用和种庄稼,而且我们知道,分解后可以产生氧气。土卫六上有如此多的氮,任何栖息地都可以很容易地呼吸到像地球一样的空气——含80%的氮气和20%的氧气。燃料几乎也是无限的。毕竟,它们会从天上像雨一样落下来。你可能会担心那些甲烷和乙烷湖会在一场大火中被烧掉。但是请记住,没有氧气,碳氢化合物是不会燃烧的,你可以很容易地控制它们。
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不过,首先要克服一个小小的难题:没有氧气就不能燃烧碳氢化合物,但没有热量就不能分解水得到氧气。太阳不能解决这个问题。土卫六接收到的阳光只有地球的1%左右,大部分被大气层吸收了。所以,你需要一个小小的核反应堆来制造氧气,再用氧气来燃烧甲烷和乙烷。这就是为什么我写“几乎”无限的燃料供应。你需要核——放射性,核裂变或核聚变——来维持能量循环,这一点被土卫六的许多鼓吹者所忽略。不过,土卫六还是可以出口甲烷火箭燃料。这颗卫星即便不是整个太阳系的OPEC,也起码是外太阳系的OPEC,特别是在我们永远无法实现核聚变的梦想的时候。碳氢化合物开采技术与使用真空机一样简单,但可以推动一种有利可图的经济,支持人类定居。
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毫无疑问,土卫六上的生活会很有趣。休闲划船仍然是一个选项,尽管液态甲烷—乙烷混合物的密度比水的要小,要提供必要的浮力让船漂浮起来,船体就需要更深、更多的中空部分。不过,液态碳氢化合物的黏性也比水小,你的船可以在较小的阻力下穿越海洋或湖泊。风是温和的,但空气更厚,所以会有更多的东西来鼓动船帆。帆船也会准备好。在低重力、低黏度的情况下,划船是很困难的。在甲烷—乙烷湖中使用化学方法推进发动机可能有点危险。如果你能克服把自己浸泡在这种像汽油一样的液体里的不适感,游泳也会很有趣;与水相比,甲烷—乙烷液体的密度更小,而且土卫六上重力也更低,这就意味着你可以像海豚一样从液体中跳出来。毫无疑问,还是需要一点点练习的。
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湖区旅行
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丽姬娅海是土卫六上已知的第二大液体湖泊。这种液体由乙烷和甲烷组成,可在-179℃下流动。土卫六有一个由湖泊、河流、云和雨组成的液体循环系统。天体生物学家推测,从理论上来说,生命可以在这样的环境中进化。
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土卫六上到处都是湖泊和海洋。我们已经给其中的许多起了名字:克拉肯海(Kraken Mare)是最大的,面积约40万平方千米,是北美五大湖的两倍多;丽姬娅海(Ligeia Mare)和蓬加海(Punga Mare)是另外两大湖,对于科学研究和帆船运动很有吸引力。“土卫六海洋探索者”(Titan Mare Explorer,TiME)是NASA和ESA共同提出的一项任务,将在丽姬娅海着陆,并且用核发动机提供动力。TiME一直没能拿到资助,一次又一次与资助无缘。最近一次是在2012年。不过,这项任务绝对可行,因为“惠更斯号” 任务已经为其铺平了道路。与火星甚至地球相比,其重力低、大气层厚的环境更容易着陆。只是存在与其他行星和卫星任务竞争优先级的问题。TiME的后续任务是把一艘潜艇送上土卫六。这可复杂多了。NASA已经批准了一项名为“蜻蜓”的任务。如前所述,就是用一个类似无人机的探测器分析几十个地点的空气和土壤样本。
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土卫六的表面“可以”安置密闭的栖息地,以便为动植物提供热量和可供呼吸的空气。但“可以”是一个悬而未决的问题。栖息地有可能会把表面融化,沉下去,或者飘走,因为热膨胀。土卫六是如此寒冷,我们给这个系统增加的任何热量都会上升,而且是带着栖息地一起,就好像它是个热气球一样。如果不了解土卫六表面的稳定性,工程师们就无法确定如何固定这些栖息地。由于飞行是最佳的交通方式,如果空中飘浮能保持稳定,自由飘浮的栖息地或许可行。
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然而,对土卫六上的人类居民来说,最大的阻碍可能是缺少阳光。与地球上的光线相比,太阳的亮度只有其1%,而云层又将其减掉了一半。每天都是阴霾天,比地球上的黄昏明亮不了多少。最让人失望的是,你几乎看不到可爱的土星,虽然它看起来比地球上的满月大超过10倍,占据了至少一半的天空。你需要戴上红外眼镜或乘坐平流层气球才能看到它。食物,当然就只能在人工照明下种植了。
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你会有外星人邻居吗?土卫六上可能已经出现了生命,只不过它可能与我们以前见过的任何东西都不一样。生命不一定需要阳光和水,它需要能量和液体介质。土卫六两者都有。因此,生命必须在没有氧气的情况下在这种寒冷的液体环境中生存。生物学家对此进行了深入思考,提出了一种理论。他们构想了一种在低温下也很柔软的细胞膜,由碳、氢和氮组成,而不是我们所知的由碳、氢、氧和磷组成的磷脂类细胞膜。这种假想的细胞膜被称为氮质体(azotosome)。这个单词是将法语中的氮(azote)和脂质体(liposome)合在一起得来的。[19] 但氮质体仅仅是一个细胞的壳。氮质体生物如何进食和繁殖仍然是个未知数——艾萨克·阿西莫夫曾经写道,生命“不是我们所知道的那样”。
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我和大家分享一个比较新潮的概念。它是由物理学家、YouTuber艾萨克·亚瑟(Isaac Arthur)提出的,他在YouTube上有一个很受欢迎的有关未来主义的频道。土卫六可以用作一部巨大的散热器,使工业和计算活动更加高效。发动机靠两个热源(一冷一热)之间的能量传递来工作。工作效率的测量公式是E=1-TC /TH ,其中温度(T)通常用开尔文(K)表示。在地球上,房间或工厂地板的温度大约是300K,这是低温热源,即TC 。发动机的工作温度可能是400K,这是高温热源,也就是TH 。于是,发动机的效率为1-300K/400K=0.25。在土卫六上,效率等式似乎是1-100K/400K=0.75。这适合超级计算机,众所周知,超级计算机会产生巨大的热量,需要巨大的能量来降温。一台超级计算机在地球上的效率为25%,而在土卫六上的效率将达到75%。因此,土卫六可以成为满足人类制造需求的理想的工业基地。
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现在是令人兴奋的时刻。艾萨克·亚瑟进一步推测,在遥远的未来,如果人类成为虚拟实体,人类大脑被上传到巨型计算机里,那么我们就需要一个地方来放置所有这些计算机。地球不行。计算机将产生越来越多的热量,使地球变暖、效率降低。我们需要把这些计算机 放在土卫六这样的地方运行。亚瑟计算得出,土卫六足够大、足够冷,足以容纳上万亿人脑的计算能力。因此,所有人类可能最终都会到达土卫六。即使太阳在数十亿年里将不断膨胀,吞噬水星、金星、地球、火星和木星,人类还会在土卫六上得到庇护。[20]
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太空居民:人类将如何在无垠宇宙中定居 天王星、海王星、冥王星以及无垠宇宙的甜蜜孤独
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如果你决定不把自己的大脑上传到土卫六的超级计算机上,在太阳系更远的地方仍然有一些机会。[21] 天王星就是下一颗行星,它已知的卫星有27颗,其中两颗卫星——天卫三(Titania,泰坦尼亚)和天卫四(Oberon,奥伯龙)——可以作为陆地基地,前提是开采天王星具有可行性。海王星已知的卫星有14颗,其中海卫一(Triton,特里同)是目前最大的,并且可能有冰下的液态海洋,是一个可以寻找生命的地方。冥王星和无数的海外天体(trans-Neptunian object)、柯伊伯带,以及奥尔特云(Oort cloud)天体由于含水冰,都具有居住的可能性。
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我想首先强调的是,那里没有能提供合适重力的固态天体。最大的是海卫一,只有0.08G。失败者冥王星还要更小一点,只有0.06G。所有在这些天体上定居或采用轨道环与它们系在一起的想法,都是行星沙文主义思想的体现。更合理的殖民方法是建造具有人造重力的在轨城市。此外,考虑到小行星带的巨大资源以及木星和土星周围的地球化机会,很难找到在太阳系最外层生活的必要性。太阳离那里太远,无法为任何大于袖珍计算器的东西提供动力,整个前景严重依赖核聚变经济。在科幻小说中,与太阳距离如此遥远的人们被描绘成终极自耕农,渴望极度的孤独。还有一部科幻小说将此比喻成反乌托邦,由战争驱动的未来。谁控制了外太阳系,谁就控制了内太阳系,这里是目前地球上那些渴望太空力量的国家的延伸。所以,我们还是研究一下吧。
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天王星和它的莎士比亚卫星
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