1700039150
太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 [:1700036987]
1700039151
太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 6 生活在火星
1700039152
1700039153
火星是令每个人都感到兴奋的存在，这有着充分的理由。如果21世纪人类能在太阳系中除地球以外的任何一个自然天体上永久定居，就一定是这颗红色的星球。所谓“定居”，我指的是成年人可以养育孩子、新文化可以发展的地方。在地月系统内建设大量在轨城市当然可行，但出于实际原因，不要期望这种情况会很快发生——建造它们的费用和复杂性都很高，而且当它无法提供地球所没有的东西时，人们在其中居住的意愿也不会高。火星与其他选项相比如何？月球又冷又荒凉，被黑色的天空笼罩，且存在着低重力问题——适合采矿，适合科学探索，适合游览，但不适合抚育后代。金星倒是不存在重力问题，但它的表面温度高到足以融化铅，很难想象大老远跑到金星，住在飞船或飘浮的城市，生活在金星大气层高处会有什么样的诱惑。水星的重力和火星相似，但是仍然有高温的问题。
1700039154
1700039155
因此，除了火星，太阳系中没有其他固态天体能够提供适当的重力以及温度。火星实际上是可以驯服的，这一点大家都知道。它的山脉、峡谷、沟壑、溪谷呼唤着我们。雄伟的奥林波斯山（Olympus Mons）几乎是珠穆朗玛峰的3倍高；令人惊叹的水手号峡谷群（Valles Marineris）是一座峡谷，其长度相当于美国横贯东西的长度。而且，火星还拥有我们生存所需的所有化学元素。它曾经温暖潮湿，足以孕育生命；如果我们致力于这项工作，它可能会恢复昔日的环境。然而，最重要的问题是，火星能维持一个自然的人类定居点吗？现在干旱的山谷能不能变成肥沃的土壤，干涸的河床能不能重新流淌——如果没有水，那么用某种丰饶生命的承诺能不能吸引一代又一代人在火星生活？孤独的前哨站能不能发展为城镇，然后成长为具有生机勃勃的生物和经济生态系统的城市？
1700039156
1700039157
把人类送往火星的第一步，当然是要有一项把人类送往火星的计划。对美国来说，这意味着该计划不能每4～8年就被新一届政府所改变。中国计划21世纪40年代在火星上建立人类定居点，而且可以用你的最后1元人民币打赌，你绝对有把握赌赢。计划可能会推迟，但不会因为政府换届而被完全取消。NASA则有另一项新计划，与其说是路线图，不如说是诗和远方。它描绘了一些虚无缥缈的阶段，让我们通过一系列技术目标，而不是通过任务本身，来实现从“依赖地球”到“实验场”再到“独立于地球”的过渡。[1] 这首诗将NASA所有分散的、没有资金支持的想法，编织成一个没有具体日期、相互关联的时间表，而不是像阿波罗时代那样对交付有着具体要求。
1700039158
1700039159
1700039160
1700039161
1700039162
火星
1700039163
1700039164
这张照片由“海盗号”（Viking）轨道器拍摄的102幅照片拼接而成。最引人注目的是水手号峡谷群。它超过2000千米长，8千米深。西部边缘可能是一个适合游览或居住的风景区，有3座塔尔西斯火山（Tharsis volcanoes，照片中的黑点），每座约25千米高，在遥远的西部也可以看到。
1700039165
1700039166
1700039167
1700039168
在实现人类太空飞行重大突破的过程中，美国遇到的问题是：NASA必须面对所谓的“总统探索愿景”。[2] 抛开政治不谈，谁会真正关心总统在太空问题上的想法呢？总统的想法一点也不重要。把钱给NASA，让它的科学家和工程师决定去哪儿、怎么去。但是由于NASA的起源有着军方背景，国会和美国总统可以对NASA的人类太空活动进行微观管理，可以随心所欲地取消项目，或者更糟糕，不顾效率低下，指示NASA在某些国会选区实施这些项目。这就是为什么航天飞机和ISS项目都如此愚蠢的原因。成本加成的承包合同以及效率低下的供应链分散在全国各地，几乎可以确保成本会超过预算——于是NASA变成了一个宪法驱动的机构，而不是一个任务驱动的机构。
1700039169
1700039170
实际上，NASA在任务驱动下的表现很出色，所有空间科学任务都是如此。NASA已经发射了造访过木星、土星、天王星、海王星和冥王星的探测器，这些都是送给人类的礼物；美国还用哈勃、钱德拉、开普勒和WMAP等望远镜主导了基于太空的多波长天文学研究。其工作机制很简单：天文学家提出一项任务建议，并为构建该任务的科学能力提供合理说明；NASA每年从这些建议中选择一定数量的任务；然后天文学家着手实现这些任务。所有任务几乎都能在预算内按期完成。在这方面，NASA和美国是全世界航天机构羡慕的对象。但是在美国政客构想的大项目中，特别是有宇航员加入其中时，事情很快就会出岔子。
1700039171
1700039172
我和其他人认为，过去40年里NASA在人类太空探索方面做得如此之少，其主要原因是，NASA直接受不断变更的美国总统的领导（自成立以来有12位总统），并且受到美国国会的微观管理。“愿景”是一个不断变化的目标——待在近地轨道；不，去月球；不，还是去火星吧；不，去月球。吉米·卡特推动空间科学超越人类活动；罗纳德·里根支持ISS成为轨道上更大规模存在的垫脚石；乔治·H. W.布什推动重返月球，然后是火星之旅；比尔·克林顿重点关注如何与俄罗斯合作，完成ISS建设。他上任时该项目超出了预算，而且国际化程度较低；乔治·W. 布什想重返月球；而巴拉克·奥巴马想要跳过月球去小行星和火星。[3] 2016年选出的那位美国总统，其主张随着时间不断变化，一会儿要去月球，一会儿要去火星，一会儿又要创建一支由五角大楼领导的太空部队。[4]
1700039173
1700039174
如果巴里·戈德华特（Barry Goldwater）在1964年的美国总统大选中击败了林登·约翰逊，那么美国就不会登上月球。戈德华特直言不讳地批评阿波罗计划，他说民用太空计划从军事太空项目中分流了太多的资金。[5] 但约翰逊赢了，而且按照计划于1969年7月实施的阿波罗11号任务马上就要实现，因此理查德·尼克松在1969年1月就职时已无法取消。尼克松又等了3年才提前结束了阿波罗计划。
1700039175
1700039176
NASA的年度预算大约是200亿美元，似乎可以用这笔钱登陆月球或火星，或者两个目标都实现。但NASA要做的工作不只这些。在NASA的议程上还有其他一些重要项目，如火箭、空间科学、航空、地球科学和载人航天。更大的问题是，该机构每年都要为ISS投入大笔资金，占其预算的1/5。20世纪90年代，马丁·玛丽埃塔公司（Martin Marietta Corporation）的工程师大卫·贝克（David Baker）和前面曾提到的罗伯特·祖布林（《赶往火星》的作者）提出了一项叫作“火星直击”（Mars Direct）的计划，他们声称可以用10年多一点的时间，花费大约400亿美元（按今天的美元计算），或者在其开发过程中每年投入几十亿美元，然后每年花上约40亿美元来维持，就可以在火星上建立人类的永久性基地。[6] 这相当于目前ISS的年度预算。可惜的是，尽管“火星直击”计划得到了NASA的认真考虑，并得到了该机构内许多人的赞扬，但这一愿景一直没能与国会或NASA的旨趣相一致。
1700039177
1700039178
最重要的是，从财政、生物和工程的角度来看，火星永久定居点是可以实现的。以下是对未来20年发展情况的展望。
1700039179
1700039180
1700039181
1700039182
1700039183
太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 [:1700036988]
1700039184
太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 航行从地球开始
1700039185
1700039186
火星的地貌与南极相似：寒冷、单调、遥远，却拥有令人着迷的美丽。之所以没有大量的人口生活在南极，是因为那里的生活充满挑战，尤其是在没有阳光的冬天。由于缺乏一种被称为空气的生命维持物质，生活在火星……大量的人生活在火星，会更加困难。这是用来呼吸的空气，是形成足够的气压防止我们的血细胞爆裂的空气，也是阻挡来自太阳和其他地方的有害辐射的空气。与完全没有空气的月球相比，火星上的空气要多得多。尽管如此，火星上的空气仍然太稀薄，而且几乎全部由二氧化碳组成，大约只有1%～2%的氮气、氩气，以及一点点氧气。我们无法呼吸，无法生存。只要那里不那么冷，某些地球生物也许可以。
1700039187
1700039188
地球的大气中大约有78%是氮气，20%是氧气，1%是氩气，还有少量的二氧化碳和其他气体。海平面高度的气压大约是10万帕斯卡，称为1个大气压。在火星上，气压是600帕斯卡，大约是地球气压的0.6%。在火星上生活的主要困难有：没有可呼吸的空气，没有足够厚的大气层保护你免受太阳和宇宙射线的影响，或者避免你体内的液体和气体膨胀。在火星上定居后，要考虑的事情几乎都是如何克服大气的问题。当然，我们只能希望没有重力的问题，希望0.38G足以让胎儿发育，让孩子健康成长。除非在ISS上进行一次模拟火星重力的实验，否则我们无法知道在0.38G的情况下我们会过得怎样。但NASA或多或少已经禁止了这一实验，直到我们到达火星并尝试后才能找到答案。
1700039189
1700039190
顺便说一下，这就是定居火星和定居月球的区别。月球既存在大气问题，也存在重力问题。火星可能只有大气问题。
1700039191
1700039192
先在月球生活能否教会我们如何在火星生活？绝对可以。两个天体上的基本庇护所都是一样的：一个地下栖息地或其他能很好地屏蔽辐射的地方，有足够的压力、空气、食物和水。关键的不同之处在于居住在这些地方的长期战略。未来几个世纪，月球上的生命将依赖于地球，部分因为月球离地球很近，部分因为在月球29天昼夜循环周期中极端严酷的温度。最初的技能包括应对低重力和资源开发，比如冰。冰完全混合在月球的土壤里而且浓度很低。然而，火星将被视为一个前沿阵地，最终并且会很快需要高度的自给自足，才能成为经济上可行的人类目的地，一部分原因是火星与地球的距离，另一部分原因则是其相对可控的温度和昼夜周期。在火星上，需要的技术包括将二氧化碳转化为甲烷和氧气来制造火箭燃料，以及在自然光下建造巨大的温室来种植食物。
1700039193
1700039194
我们可以先去月球，学习如何在太空庇护所中生活。我们还要在那里获得运输、供应、储存和外出穿着方面的知识。这绝不是在浪费时间，并不是“要么火星要么烂渣”（Mars or Bust）阵营里的人所认为的那样。我们在太空中所做的每件事，都在太空生活方面教会了我们某些东西，尽管付出了代价。月球表面的栖息地将是“真实的东西”，有真实的危险和真实的生活环境，需要实时补救，而来自地球的帮助或疏散到地球则需要3天时间。因此月球栖息地为火星任务（单程要花6～9个月时间）提供的经验，在潜艇或地球模拟栖息地上是无法相比的。也就是说，基于地球的模拟栖息地相对便宜，它们是通往月球和火星的起步阶段。
1700039195
1700039196
1700039197
1700039198
1700039199
太空居民：人类将如何在无垠宇宙中定居 [:1700036989]