小行星內的生物：《2312》的可信度

譯/汪鳳

瑪德琳巨石

對大多數人來說，「玻璃容器」這個詞讓我們想到充滿植物﹑岩土﹑或是魚塘和幾隻蠑螈混合物的魚缸。無論是什麼樣的意象進入腦海，都不可能是一種巨大的﹑挖空的小行星，除非你是金·斯坦利·羅賓遜，或者你碰巧讀過他最近出版的小說《2312》。

在這部小說里，羅賓遜想像，300年後，人類就可以掌握在對生命並不友好的小行星上生存的能力：將小行星內部挖空，在裡面播種營養素並重新設計一切——大氣﹑土壤﹑重力﹑日照﹑新的居民，就是一個專門設計的獨立的生態系統。羅賓遜富有表現力地描述了這一情形:「你所看到的整個風景將在你的兩側上升，並在頭頂相遇，你所看到的陸地把你像一件藝術品一樣包裹起來——就像是一個水晶洞或法貝熱彩蛋。」

這個瘋狂想法可能嗎？

哥倫比亞大學的天體物理學家尼克·斯通幫我回答了這個問題。

小行星內部生態鏈藝術概念圖，羅賓遜可能是受到了奧尼爾浴缸的啟發，才提出了這樣的概念。

重力，光和運動

把這個中空的小行星想像成一個會運轉的玻璃容器，在它的末端有一個洞，在另一端有一個導航用的「前置裝置」，幫助小行星的旋轉。旋轉產生離心力，這使得任何站在小行星內部的人能想在地球上一樣感受到重力的存在。離心力與小行星的半徑和旋轉率成正比，運用簡單的物理學，就能計算出要獲得與地球重力相等的離心力所需要的旋轉率。

尼克說：「這需要一些動力才能啟動，或許是相當大的動力，但是一旦開始啟動，它就永不停止。太空是一個真空，運動中的物體一直在運動，除非有拖拽力減緩速度。」

太陽帆藝術概念圖

至於有日光和能量的問題，按照羅賓遜的想法，可以用人工「日平線」來照亮我們的小行星：「用你的容器的日平線將柱面的軸心連在一起……日平線以合適的亮度照亮小行星內部，也需要地球上的一天的時間，如同人類在地球上用緯度所衡量的時間。」

人工日平線觀點中一個有趣的說法是，通過改變「太陽」的速度創造更短或更長的白晝，在不同的緯度上模仿不同的光周期。這對於精確地仿製環境很重要，例如，一個加拿大的極北林區和厄瓜多的熱帶相對應。

讓我們現實一點吧。這需要耗費多少的能量？如果沒有太陽，我們能發出足夠的能量推動整個生態系統嗎？

或許我們能夠間接地利用太陽。為什麼不用太陽能電池板覆蓋小行星的外表面，將太陽能漏進去再進行迴流？當然，有些能量在這個過程中會耗盡，但是到23世紀，我們會實質性地改善太陽能電池的效率。

然而，這項太陽能計劃假定我們的小行星離太陽很近，足以吸收日光照射。正如羅賓遜所說，如果我們的這一容器加倍運轉，穿過太陽系運送人類，那會變得很困難。

對於太陽能電池板，每一單位面積的能通量降低成1/r^2，與太陽的距離是r。這就意味著遠離太陽五個地球距離的木星吸收來自地球1／25的日光照射。

尼克說，「一旦你超越火星，太陽能再無用處。在外太陽能系，你需要某種形式的核能讓一切運轉。現在的美國國家航空航天局就使用裂變來進行探測，雖然在未來會進行核聚變。」

為了保證這一容器點亮並加熱，有效地出行會產生類似的問題。尼克說,「如果你有核變反應堆，可能會低成本地出行，否則，你或許想考慮象太陽帆這樣的更無源的裝置。它會慢一些，但需要的能量少。」

太陽帆，就像聽起來的那樣。極薄並且占很大的表面面積，它從日光照射中吸收動力。尼克說，「象帆船上的帆一樣傾斜它，你就可以輕鬆地在太陽系周圍移動。」第一艘宇宙飛船成功地展示了太陽帆技術，伊卡洛斯號在2010年由日本的航空航天局推出。

為了稍稍加快速度，但仍然選擇無源的運動，人們或許會考慮地磁帆。太陽發出一連串帶電粒子﹑質子和中子，它們都已恆星風而知名。這些粒子的軌跡受磁場的影響。尼克說，「理論上，可以使用恆星風作為拖拽力，你可以在整個太陽系快速移動，這樣的話，就需要一個耗費一些能量的磁場。」

天空之上

在任何生物圈，大氣都是一個重要的維繫生命的組成部分。我認為羅賓遜的玻璃容器理論可以再充實一點。羅賓遜掩蓋了大氣的問題，只是表明「你可以在容器的內部中充氣，按你的意願，或許有點像人類世界的氧氣，再進行施壓。」

聽起來很合理。問題是，一旦你開始引入生命，大氣成分很快就會紊亂。

我最初的擔心是氣候的變化。大氣中的溫室氣體聚集產生的急劇波動會造成容器氣候的失控嗎？樹或藻類的增長會把大氣中吸熱的二氧化碳全吸走，把我們這一小小的容器變成冰盒嗎？在地球的地質歷史上，我們已經經歷了雪球時代和悶熱的溫室，這都是由於二氧化碳和甲烷的聚集使大氣產生了微小的一些變化。

但這一特別的啟示或許不是一個小行星內的主要擔憂，我擔憂的是同樣的原因：局限性。在地球上，每平方米中占很大一部分的340瓦特能量，是我們從太陽反射到太空的長波所吸收的。最終逃離地球的確切量的太陽能對大氣中溫室的聚集非常敏感，越多的溫室氣體，就會有更少的太陽能散發，地球的表面加熱，那就是在一個簡化了的容器中的全球變暖。

但是在小行星內部，大氣對太空是不開放的。它被包裹在幾米到幾千米的岩石中。這會有效地防止任何日平線能量的散發。溫室氣體在大氣中或許仍然滯留熱量，但是那種熱量不會以任何地點任何方式向前。這是個爭論點。

氣候變化且不說，為了在有限的範圍內急速地增加或減少，微量氣體聚集的可能性造成其他的生物方面的威脅。二氧化碳聚集1%就會對大多數動物有負面的生理影響，聚集7-10%就產生毒性。二氧化碳的致命兄弟一氧化碳，它的毒性< 0.1%。我們不想在容器中有火災危險的生態系統，除非我們確實已經有從大氣中去除多餘的一氧化碳和二氧化碳的好方法。

地面以下

最後，就是土壤的問題了。它是所有陸地生物的可再利用的工廠和營養的水庫。土壤是及極其複雜的，由岩石演變的各種礦物質﹑死去的有機物和活著的微生物組成。為了在無生命的岩石上創造土壤，羅賓遜首次提出在地下種植細菌。這些細菌會開始進行土地形成的過程，在結實的基片上發展的同時建造各種營養物和有機物。羅賓遜說，「為了讓這一想法更受歡迎，去除容器的內壁然後粉碎岩石，從大的碎石到沙子不等。」添加一些水，增加一點熱量，我們的混合物「將象一個發酵的麵糰，它會成為最美味最罕見的物質，土壤。」

實際上，羅賓遜在這裡描述的是加速風化：加速岩石破碎的自然過程。只是添加熱量和水就會溶解岩石。通過提前壓破小行星中的一些內表面，我們能夠創造額外的表面和棲息地來應對風化和細菌。

需要注意的是：我們再努力加速，土壤也需要很長的時間創建。我們至少討論了數百年數千年。如果我們有幾千年延時的英尺長度，或許我們能看到地面象「發麵團」一樣升起。但是在五年內，我不會屏住呼吸等待花園中初生的蔬菜。這可是一項長期的投資。

我的診斷？

仍然有很多未解決的問題，但這是一個令人激動的想法。我認為，對於我來說，最大的問題不是我們如何建立一個小行星，而是為什麼。因為把它分裂，從頭開始建立一個生態系統需要很多的資源和時間。

如果目標是創建經濟，那就意味著食物﹑自然資源或是旅遊業還是彌補投資的收入，還是超越有意義的時間尺度。如果我們正種植糧食，我們就不僅需要考慮建造土壤和維持人工陽光所需的時間和資源，而且還要考慮投入的運輸成本：從糧食種植的運輸到人口的運輸。我肯定還有一千個其他的成本—從灌溉﹑廢物回收﹑昆蟲防治到船舶的修理—我在這不能全涉及到。

如果我們的容器是為了物種的延續，那又怎麼辦呢？這樣的話，成本或許就不那麼重要了。但是為了投資，我們需要政府對保護有足夠的重視。在整個星空，為了分離地球，僅僅為了保護我們的遺產或延長我們存在的極限，我們願意付出代價嗎？如果你是奧克塔威亞·巴特勒的粉絲，你或許把這看做是一種宿命，用另外一個名字命名：地球種子。最終這些地球種子會幫助我們活下去嗎？如果是這樣的，或許成本﹑資源和時間都是毫不相關的，因為生存是進化的最終目標。

8月2日野外觀星科考活動報名中。

本期活動的帶隊專家是中國科學院的藍永超 教授，寒區水文水資源領域的專家，對黃河河源區、河西內陸河流域水文水資源深有研究，足跡遍布整個西部的大部分深山老林。同時，也是一位超級攝影發燒友。

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