乘坐宇宙方舟遨游太空

奧斯特·凱利

遨游太空，是人類長久以來的夢想。但實際上，我們早已進入“太空時代”。1957年10月4日，俄羅斯第一顆人造地球衛星的發射，標志著“第一太空時代”的到來，這一時代隨著航天飛機在2010年完成最后一次飛行而宣告結束。“第二太空時代”始于2004年12月，美國國家航空和航天局公布了“征服宇宙計劃：第二太空時代行動方案與第三太空時代宇宙方舟計劃”。第二太空時代行動方案是美國人將于2020年再次在月球上進行太空行走，并于2037年首次在火星上登陸行走。如果一切進展順利的話，人類將于2040年開啟“第三太空時代”，屆時人類暢游星際空間或移居其他星球將不再是不可能的事情。

在“第三太空時代”，人類為了向其他星球旅游與移民，必須建造一艘“宇宙方舟”——這是可供許多代地球人繁衍生息的宇宙飛船，它能提供與地球家鄉相似的生活環境。“宇宙方舟”航行的目的地，是宇宙望遠鏡所能發現的、與地球相類似的某個星球。

這一“征服宇宙計劃”聽起來像科學幻想，但是美國宇航局正在認真研究宇宙方舟必備的各種奧秘，并把錢花在可實現的項目上。

宇宙航行本身所需的時間就是一個巨大的問題。用普通燃料飛抵最近的星座——人馬座要花一萬年的時間，而它離我們只有4個光年的距離。假如使用離子或光子傳動，則宇宙飛船的飛行速度便可達以到光速的60%，那么飛行時間就可以縮短到15年。

目前，有許多人致力于新型傳動問題的研究，這方面的主意也不少，從超大型手電筒的光束作為傳動燃料（光子傳動）、物質和反物質的融合，到充滿幻想色彩的打破空間-時間結構（更確切地說應為曲面傳動）等，各式各樣，無奇不有。

一種不需要使用動力燃料的傳動裝置就是太陽翼，在太陽發出的光粒子的壓力下，太陽翼產生運動，即使是質量較大的東西也可以此方式運送到木星的運行軌道。

而采用離子傳動時可使用某種氣體，如惰性氣體氙，它與電子接觸發生爆炸而離子化，也就是產生電荷。磁場或有靜電載荷的金屬柵將載荷粒子引入一個方向，并將它們加速到10萬千米/小時，等離子傳動使用所有元素中最輕的元素氫。在一個動力燃料室中，氫氣被離子化，并通過無線電波被加熱，然后通過超導磁體而集束射出。

采用噴氣傳動時，宇宙飛船可裝一個巨大的“吸塵器”，把星際空間中的氫氣匯集起來，將其離子化后以熱氣體方式噴射出去。若用熱核傳動，通過有目標性的核聚變產生能量的話，最合適的原料是氫以及它的變種——重氫以及稀有的氦同位素He3。專家們希望木星的大氣層中有大量的He3。

自本世紀以來，美國宇航局格林研究中心M·G·米利斯所領導的小組在認真地從事非常規傳動方式的研究，利用物質和反物質融合所產生的能量也屬于此研究范圍，這種融合的效率幾乎可達百分之百，但迄今為止，我們仍不知道如何大規模制造和保存反物質。

曲面傳動出自科幻文學，宇宙飛船前的空間會縮短，而飛船后的空間會延長，這樣在一定程度上用超光速將飛船吸入到縮短了的空間中，也許存在著天然的“空間-時間通道”穿過宇宙，在這里可以達到超高速。物理學家約翰·維勒認為，也許“蟲洞”是進入空間-時間通道的入口。

而反引力傳動目前還是一種空想。俄國人奧杰尼·波特雷諾夫說，幾年前他借助一個超導磁體產生了反引力，但至今他再也沒能重復做出這一試驗結果。還有一種理論認為，可以對由上往下壓的引力粒子實行屏蔽而使引力消失，但這一假設還沒有被實驗所證實。前往火星的旅行估計用普通的化學燃料就足夠了，而到其他星球的飛行則需考慮使用別的新燃料。

但是從目前來看，最有希望考慮的是離子傳動與核反應器相結合的方式，通過核裂變釋放出的熱使氣體離子化，然后借助高電壓使離子加速。

前往其他星球的飛行最有把握的是從空間站上出發，但在宇宙飛行途中，會出現失重時人體退化的一系列復雜問題：骨頭變脆、肌肉無力、心臟萎縮等。有一個簡單的辦法可起到防止退化的作用，這一辦法在地球上也可使用，或由于其他原因而引起身體退化時也可使用：進行競技狀態訓練，如在跑步器上每天練習2小時就足夠了。

但要長期堅持這種訓練，就會使人感到枯燥乏味。為此，美國宇航局的研究人員想出了一種花招，把精神死亡式的訓練變為一項冒險活動，其核心就是人造真實感。克里夫蘭醫療基金會的蘇珊·德安利亞醫生和格林研究中心的簡·霍洛維茨醫生發明了一種雙跑道的跑步儀，兩條跑步皮帶使用不同的傳動方式，使宇航人有跑彎道、登山丘、跨越障礙等感覺。再戴上一副特殊的眼鏡，就會有相當真實的感覺，它用數碼方式虛擬出地球環境。這種儀器能達到強化訓練的目的，因此可以縮短訓練時間，甚至還會給人帶來樂趣。

最近，科學家們已放棄了讓飛船繞自身軸心旋轉來產生人為重力的打算。避免人體退化的另一個建議簡單得讓人不可思議，那是克里夫蘭醫療基金會的UIF克諾特與格林生物醫學工程財團共同提出的：假如用超聲波把用于行走的最重要的骨頭結構作輕微的破壞，這種破壞宇航人是不會感覺到的，但這就會促使骨頭經常發生新的增長。

除了失重以外，可能產生的輻射損傷也是使研究人員感到頭疼的問題。在地球上，磁場把帶有電荷的粒子引向南北兩極；地球上方的大氣層阻擋了有害的輻射。而飛船中的宇航人幾乎毫無保護地遭受著太陽氣體噴發、高能粒子流、X射線和γ射線的侵害，短時間內就會導致白內障，長期遭受這種侵害就會生癌。

為了解決這一問題，美國宇航局正在討論一個使用特殊船艙的方案。當有輻射警報時，宇航人就逃進這個特殊的船艙。該艙不必使用核電站那樣幾米厚的混凝土墻，約7厘米厚的聚乙烯層就可以擋掉三分之一的輻射。為了讓余下的輻射在體內不產生任何損傷，就得服用大量的維生素A、C以及尚待研制的人體細胞自然修補藥。

關于醫療衛生方面的問題，美國宇航局的專家也想出了幾個辦法，概括地說就是使用“智能藥物”，讓一種生物小零件監控宇航人的身體功能，手指頭大小的測量探頭固定在皮膚上或植入體內。而用有針對性的轉基因法治愈創傷：對賦予細胞以形狀的骨架-纖維結構施加影響，使已斷裂的細胞連結帶快速地重新連結起來。消除腫瘤也可用相類似的方法：讓腫瘤周圍的細胞變為球狀結構而把腫瘤包圍，并最終將其扼殺。倘若要為宇航人做手術的話，可由機器人或納米機來完成，例如將納米機注入血管，然后它會自己尋找道路到達動脈堵塞處。

還有一點不可忽視，在宇宙中，即使是無害的細菌也可能會變成危險的殺手，沙門氏菌的試驗就證明了這一點。得克薩斯州休斯頓大學的蓋奧爾克·福克斯和里查德·威爾遜的試驗方法可快速確認細菌的突變：用生物遺傳學的方法，將帶有約4000個細菌的手指印存儲在一個芯片上，當宇航人生病時，將其血中的微生物與此作比較，就能立即確定新的細菌源自哪個菌種，然后用飛船中所帶的藥物將其殺死。

對于長期在宇宙中載人飛行，特別是對于將來在外星上的長期居住，需要解決新鮮食品的生物再生技術，以減少食品的攜帶量和補給量。目前，美、俄各國正在加緊研究食品的生物再生技術。美國國家航天局艾姆斯研究中心為航天飛機研制了一種“色拉機”，它可為航天員提供萵苣、黃瓜、胡蘿卜等新鮮色拉蔬菜。俄羅斯也曾在空間站上進行種植洋蔥、黃瓜、小蘿卜等的實驗，以供航天員食用。

同時美、俄各國也在加緊研究在空間種植小麥、花生、大豆等糧食作物，實現通過生物技術將航天員的代謝廢物轉變成食物的過程。最新的設想是隨飛船帶去動力房用于供應新鮮蔬菜，而對植物進行授粉最好是依靠丸花蜂。荷蘭希爾瓦倫貝克昆蟲授粉和蜜蜂習性研究所的生物學家簡·艾金德對溫室中丸花蜂的習性進行了研究，結果發現，它們的壽命雖然沒有蜜蜂的長，但卻易于飼養。

還有一個問題用最好的技術也不能解決，那就是飛船中的乘客如何克服長年的寂寞？整個銀河系有10萬光年那么大，如何才能度過這漫長的旅行時間，怎樣才能完成這一旅行而又不被寂寞折磨死？除了要克服宇宙的無限大以外，還要克服時間的無限長。為此，美國宇航局的專家們設想了好多方案，歸納起來主要有以下兩個方案。

第一個方案是“重新誕生法則”：即將宇宙飛船中的全部乘員予以冷凍，讓他們在“熟睡”中度過漫長的旅行時間。在旅行結束，或有威脅性的危險產生，或有一個有趣的研究目標出現時，由中央計算機將他們喚醒。這一方案的優點是，從主觀上看，旅行時間很短；但缺點是，萬一解凍蘇醒工作失敗，或宇宙飛船在航行期間變得不適宜于人居住了，又該怎么辦呢？盡管有這種顧慮，但從技術上說，許多科學家仍認為，從冰凍中讓人“重新誕生”不是沒有可能的。

第二個方案就是“生命不死定律”：在漫長的飛行中，宏偉的宇宙飛船不斷地迎接新一代宇航人的誕生，新的宇航人出生，老的宇航人死去。這就意味著，至少是從地球起飛的那一組人員不能到達旅行的終點，而只能是他們的后代。但究竟哪一代能到達目的地，則取決于旅行時間的長短以及未來人的壽命。

加里福尼亞大學進化生物學教授米夏埃爾·羅什近年來在從事不死基因的研究，至少在胚胎突變上已有一絲線索，胚胎的生命已被他延長了一倍。羅什認為，假如我們能掌握與年齡有關的基因損傷情況，那么我們現在就可以不死。這種預見未來的幻想型處方就是，假如在今后幾年內找到“不死基因”的話，人想活多久就能活多久。

由于地球與其他星體之間的距離相差甚遠，去往某個星球的宇航人不大可能在他們的有生之年再返回地球，因此，他們在宇宙方舟上必須保持一定的人口數量，以便在目的地能建立一個新的、能夠生存的人類群體。而且，每一種設想的宇航人生活方式都不能與現在的人類生活方式差別太大。“送往太空的人的生活方式與模式應當是他們比較熟悉的或比較習慣的，否則他們可能會發瘋的。”美國佛羅里達大學人類學家莫爾教授說。

人類社會最基本的單位是家庭，移民太空的人也應該保持這種構成，最好采用一夫一妻制的婚姻體制與習俗，因為只有這樣，作為一個社會單位才能夠存留下來，其成員才會不斷增多。每個人都可以結婚，而且可以在不是近親的人群當中挑選適合自己的人作為伴侶。

夫妻雙方要盡可能地在晚些時候生育孩子，因為這樣可以拉大上一代與下一代之間的年齡差距，也能保證他們有足夠的時間從事必要的工作。英國天體物理學家凱文博士認為，在宇宙方舟或某個星球上生育的孩子，無論是生理上還是語言上都會與地球的孩子有所不同。“這些孩子只能適應他們生存的環境，但是，他們卻不能生活在地球上。”凱文說。這些孩子的骨骼、肌肉，甚至他們的方向感都能夠很好地適應零重力的太空生活，卻很難適應地球有重力的生活。此外，他們思考問題的方式經由太空生活的洗禮，也將與地球人大不相同。

總之，征服宇宙的方舟計劃剛剛開始，而各國宇航局，特別是美國宇航局的專家們已經著手確定對整個銀河系的研究、登陸和移民的計劃。只有當人類的智慧能夠解決各種問題的時候，這項計劃才能最終獲得成功。人類必須學會以巨大的宇宙空間和時間尺度進行思考，并想出人們集體生活的全新形式。除了傳動、失重和輻射的防護、醫療保健等宇航技術問題外，我們面前還有一系列挑戰。（責任編輯/余風）