星際航行：人類文明的未來？

《星際穿越》的熱映再次點燃了人們「九天攬月」的太空夢。這個美好夙願的所有細節，隨著科幻作品的湧現和影視技術的進步，從《2001太空漫步》、《星際迷航》……等一路走來，被賦予越來越具有強烈視覺刺激的影像化印象。那麼，從可期待的技術和非技術角度來看，未來的人類文明會在星際空間穿越嗎？對此，我們又該如何做好準備？

人類正朝著太空移民的夢想大步邁進。太空移民是未來人類文明的一項重要事業，有可能像大航海一樣開啟一個全新的時代。隨著技術的日益積累和進步，目前面臨的諸多障礙和挑戰終將被克服，然而，我們真的準備好迎接太空移民時代了嗎？

擁抱星艦文明

「銀河帝國」之夢

20世紀50年代，著名科幻作家阿西莫夫在代表作《基地》中，曾經描繪過一幅宏大的圖景：在遙遠的未來，人類遍布銀河系中2 500萬顆行星，形成了一個真正的銀河帝國。

時隔半個多世紀後的今天，當我們現實地審視人類在太空探索領域所取得的進步時，恐怕還是不得不承認，「銀河帝國」仍是一個非常遙遠的夢。不過，我們完全可以一步一步地不斷接近，直至實現這個夢。

最開始的一步，必然是從現有的航天事業開始，對太空移民所涉及的技術課題進行基礎性研究，除了新型推進系統等太空探索領域共有的課題，還包括與太空移民密切相關的其他課題，如太空生態圈、太空生物學、人造重力等。空間站將在相關研究中發揮重要作用，比如使其運行姿態變成自轉，就可以產生離心力，模擬重力環境。

再進一步就是月球移民。月球上有充足的太陽能和氦3資源，可以為移民提供足夠的能量；同時，目前的探測已經證實，月球岩層中有水存在。月球移民定居區最好的選擇是建在地下，因為月球沒有大氣，磁場也很弱，表面完全裸露在太空中，缺少對於宇宙輻射的天然防護。

緊隨月球移民之後，就是在地球軌道上建立太空城。建造同樣規模的永久居住地，太空城的技術難度要高於月球。首先，月球上的建設是在1/6的地球重力下進行，在這樣的重力環境下開掘地下城所需的土木工程和岩層掘進都是比較成熟的技術。而太空城是一個龐大的空殼結構，高度封閉，要承受內部大氣壓和自轉產生的強大離心力，這對於材料和建設工藝都是巨大的挑戰。其次，太空城內部氣候的調節、對輻射和隕石的防護，技術難度也都大於月球地下城。

太空城和月球移民有一個共同的巨大優勢，就是殖民地距地球較近，這就使得殖民地可以部分或全部由地球的補給來維持。但這樣由母星供給維持的狀態並非真正意義上的太空移民。太空移民必須建立起自給自足的生態系統，或者說建立一個小地球。這是巨大的技術挑戰。在美國亞利桑那沙漠中進行的「生態圈一號」和「生態圈二號」實驗表明，建立體積有限的自循環生態系統非常困難。也許，要使一個封閉的生態系統長期維持下去，其體積和容量必須大於某個臨界值，而這個值也將是太空移民需要考慮的一個重要參數。所以，太空城和月球殖民地應該逐漸減小對地球供給的依賴，最終建立完全可以自給自足的人工生態圈。這將是人類太空探索的一個里程碑，也將使真正的太空移民成為可能。

真正的太空移民很可能從火星移民開始。火星有大氣層，是太陽系中氣候與地球最接近的行星，火星上的居住條件比月球優越得多，而且，火星陸地廣闊，地形多變，殖民地有充分的發展空間。不過，火星距地球較遠，往返航行的時間要以年計，火星移民只能依靠火星資源自給自足。

在更前方召喚我們的，則是向太陽系外的星系移民。在太陽周圍15光年的範圍內，有五十多顆恆星，但在人類掌握恆星際航行技術之前，飛船到達這些恆星都需要漫長的時間，航程甚至得延續千年以上，所以，恆星間的移民也就等同於向飛船上移民，飛船本身就是移動的殖民地。一次星際航行已經不是一個有始有終的過程，而成為另一段在太空中不斷延續的人類歷史。在太空深處航行的飛船，已經和它出發的世界本身一樣，成為永久的存在，成為人類在宇宙中的一個不斷遠去的寄託。永恆的星艦漂泊可能成為人類文明的一種正常生存狀態。

非技術挑戰

但需要注意的是，太空移民與太空探險或者太空資源開發有著很大不同。太空探險一般有著特定的科研和政治目的，參與人數有限，且都有一定的時限；太空資源開發有明確的經濟目標，所獲得的資源最後還將用於地球上的人類社會。但太空移民卻是由較大數量的普通人、家庭和群體參加的向太空的遷移，移民將把飛船、太空城或其他行星上的殖民地當作家園，長期生活在那裡，這種遷移是終生的，甚至是一去不返的。這就使得相對於太空探索和太空資源開發而言，太空移民還面臨很多技術問題之外的障礙和挑戰。

第一個不可迴避的問題是，為什麼要向太空移民？眾所周知的理由是：地球的資源有限，總有枯竭的那一天；同時，地球生態圈並不穩定，可能因為人類或自然的原因發生劇變，進而不適合人類生存。但無論是普通公眾還是國家政府，恐怕都很難被這個理由說服。因為無論是資源枯竭還是氣候和生態環境的劇變，在所有人有生之年發生的幾率都很小；或者，即使發生了，在相當長的時間內，在變糟的地球上生活也比在完善的太空殖民地中容易得多。

在不太遙遠的未來，太空移民幾乎不會有看得見的效益。人類有可能做一些著眼於長遠未來的事情，但前提是有限的投入。像太空移民這樣需要超大投入去為遙遠未來著想的事情，幾乎是沒有可能的。近來，以私人航天企業為代表的民間太空探索逐漸活躍，很多人把太空移民的希望寄托在它們身上。但是，對於公司和企業而言，所有行為的最終目的是利潤，但如上所述，太空移民在可以想見的未來幾乎沒有利潤可言。雖然目前有維珍銀河公司的太空旅遊計劃，SpaceX公司的無人飛船也已與國際空間站對接，但這些也都是商業行為，與太空移民有本質的不同。由於利潤空間的限制，這些行為的規模幾乎不可能發展到太空移民的程度。

非營利的民間組織同樣難以寄予希望。首先，與公司和國家相比，這些組織力量薄弱，同時，與環保等迫在眉睫的事業相比，太空開拓和移民在民間並沒有太大的號召力，難以獲得像環保那樣廣泛的同情。目前，在這方面也還沒有出現像綠色和平組織這樣有足夠影響力的民間組織。

除了技術進步和經濟支持，太空移民還要求人類社會在思想上發生相適應的重大轉變，這一點是我們一直以來所忽略的。人類在15～18世紀間向新世界的大規模移民，與文藝復興、啟蒙運動和宗教改革這類思想和文化進步密切相關。從歷史上看，兩者很難說是誰引發誰、誰推動誰，而是一種互動的過程。目前，世界範圍內最流行的市場經濟意識，以及重新抬頭的重商主義政策，根本不可能為太空移民提供思想基礎。所以，真正的大規模太空移民的啟動，還須等待人類社會另一次思想和文化的飛躍，這也許比技術進步更難、更遙遠。

擁抱星艦文明

如果所有的困難和挑戰都已解決，太空移民時代全面來臨，我們會有哪些方式可以實現移民？

根據美國波特蘭大學卡梅隆·M·史密斯（Cameron M. Smith）的觀點，太空移民將包括三種形式：一種是移居地球之外的其他行星，比如火星；另外兩種是所謂自由漂浮的移民區，分別是太空城和世代飛船。前者一般運行於地球或太陽的軌道上，一般只具備軌道調整所需的輔助動力；後者則航行於恆星之間，具有巨大的推進動力。

以直覺來判斷，這三種移民的規模，從大到小應該按以下順序排列：行星移民、太空城、世代飛船。在行星上的移民可以不斷開拓行星表面的未知疆域；飛船則有一定的空間限制；而太空城依託於其環繞運行的母星，同時沒有遠程航行的加速負擔，也可以建得比飛船大許多。這似乎是符合常理的，但從長遠來看，情況可能恰恰相反。

行星表面的面積是有限的，隨著移民的擴張，所有的土地可能都被人口和農田佔據，像地球一樣。甚至可能出現《基地》和《星球大戰》所描述的銀河系首都星球的情形：整個星球表面全部被城市所覆蓋。

從長遠來看，太空城的發展空間就大了許多，可以用來自母星的資源不斷擴建，或在行星軌道上建設眾多太空城構成的城市群落。由於太空城所具有的薄殼狀幾何構型，它的單位質量所能產生的居住面積比行星的固體球狀大得多，可能只需母星百萬分之一質量的材料，就能產生與母星表面積相當的居住面積。行星的軌道上也有太空城發展的巨大空間，最終這些太空城可能形成像土星環那樣的一個圈，總的居住面積將遠超行星表面。不過，行星軌道空間雖然巨大，也總有被佔滿的那一天。

而世代飛船的發展空間幾乎是無限的。啟航時的飛船可能不大，但它像一粒種子，在經過不同的恆星系時會成長起來。每到達一個星系，都可以用星系中行星的材料資源擴建飛船，或建設新的飛船。隨著飛船或船隊規模的擴大，它到達下一個恆星系時採集資源自我擴張的能力就會進一步增強，於是這個航行中的世界就會像滾雪球一般擴大。當然，這需要漫長的時間，但擴張的空間幾乎是無限的。

船隊中的飛船可能各自獨立，更有可能在航行中聯為一體，在遇到不同情況時可以自由地分化組合。在長時間的擴張後，這樣的聯合體在質量上可能超過一個地球這樣的行星，但由於蜂窩狀的幾何結構，聯合體內部的居住面積將是地球表面的千萬倍。整個船隊形成一個統一的生態系統，由於巨大的體積，其穩定性和抗災難的能力也遠高於地球生態圈。

這已經不是我們想像中的飛船，而是一個比地球更加豐富多彩的世界。這樣的世界最終能夠成長到什麼樣的規模是很難想像的。由此，我們甚至可以大膽推論：也許成熟的文明都是在太空中進行著永恆航行的星艦文明。

真正廣闊的世界是在地球之外，人類要想使自己的文明萬代延續，要創造更為廣闊的新生活，就要儘早響應星空的召喚。

（本文原載於《環球科學》2013年2月號，原文標題《擁抱星艦文明》；由《科學美國人》中文版《環球科學》雜誌社授權轉載）

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