移民太空的理想與現實

向陽

2016年10月17日7時30分，搭載著神舟十一號載人飛船的長征二號F遙十一運載火箭在酒泉衛星發射中心點火升空，約575秒后，神舟十一號載人飛船與火箭成功分離，進入預定軌道，順利將景海鵬和陳冬兩名航天員送入太空。10月19日凌晨，神舟十一號載人飛船與已經在軌運行一個月的天宮二號空間實驗室交會對接，形成組合體。景海鵬和陳冬入駐天宮，開啟中國航天員迄今最長太空駐留。

移民太空的多種理想

神舟十一號在廣袤的太空追尋天宮二號并與之會合、對接又一次讓國人和地球人關注一個既是人類美好的理想，也是可能的現實——移民太空的其他星球。而且，早就有人提出這樣的設想并描繪了美好的藍圖。

美國太空探索技術公司（SpaceX）的CEO伊隆·馬斯克于2016年9月底在墨西哥瓜達拉哈拉舉行的國際宇航大會（IAC）上公布了該公司的火星移民計劃，在約10年時間里將人類送往火星，最終建立火星殖民地。

太空探索技術公司已經在2015年12月21日實現了“獵鷹”9號火箭第一級首次發射、回收，同時也是人類第一個可實現一級火箭回收的軌道飛行器。但是，此后的2016年1月17日，該公司發射的搭載一顆海洋觀測衛星的“獵鷹”9號火箭第一級海上回收嘗試卻失敗了。

現在，馬斯克的太空探索技術公司打算開發大型火箭和飛船，打造一個星際運輸系統，將人類送往火星。星際運輸系統由一枚超重型火箭，一艘客運飛船和一艘貨運飛船組成，每次可以運送100名乘客和大量貨物。從地球出發到火星將需要80～150天的時間，但是，經過改進，未來這一過程將縮短至30天左右。該計劃最早于2024年實施，費用約為每人20萬美元。

馬斯克解釋移民火星的原因是，地球上很多物種最終都走向了滅絕，如果人類不想重蹈恐龍和渡渡鳥的覆轍，就需要移民到其他星球上。同時，美國國家航空航天局（NASA）也有這樣的移民計劃，但時間要比太空探索技術公司的晚10年。而且，美國國家航空航天局將支持太空探索技術公司最初飛往火星的任務。

提出移民太空計劃的不只是太空探索技術公司，實際上移民太空已經成為一個競爭性項目。2016年10月11日，國際航天研究中心創始人伊格爾·安舒貝利博士也宣稱，將于2017年發射衛星，創造獨立的太空國家“阿斯伽迪亞”（Asgardia），公眾可以通過阿斯伽迪亞項目網站注冊成為其公民，開放的名額為10萬人。

安舒貝利是一名俄羅斯科學家，也是維也納國際航天研究中心的創始人，最近當選聯合國教科文組織“太空科學”委員會主席。安舒貝利稱，他們的團隊計劃進行的前期工作將會是利用最先進科學技術創造一個保護全人類的屏障，阻擋來自太空的人為或自然的威脅，其中包括太空垃圾、太陽耀斑、行星撞擊。

太空中有超過2萬件可追蹤的人造垃圾，包括老舊的太空飛船和火箭部件。此外，自然物體也給地球上的生命帶來威脅。例如，2013年墜落在俄羅斯車里雅賓斯克的隕星導致1100人受傷，4000棟建筑損毀。

建立太空國阿斯伽迪亞的目的是保護地球免受小行星的毀滅性撞擊，也是創造太空中的和平，防止地球上的沖突蔓延至太空。

移民的風險

現實的情況是，移民太空有風險，報名需謹慎。馬斯克也承認火星首航“死亡風險高”，對于參與太空探索技術公司的火星之旅的任何人，該公司并不能為他們的生存提供100%的保證。由于傷亡的風險很高，只有做好犧牲準備的人才有可能成為候選人。

移民太空最大的風險是什么？首先就是輻射風險，這是讓人受傷和死亡的最大威脅。移民火星要經受的輻射有兩種，一種是長期存在的低劑量銀河系宇宙線（GCR），另一種是有可能短期出現的太陽高能粒子（SEP），后者與耀斑及日冕物質拋射等太陽活動有關。

銀河系宇宙線是高能量、高穿透性的粒子，這些高能粒子包括少量所謂的重離子，也即沒有電子陪伴的原子核。重離子導致的生物傷害要比其他類型的粒子更嚴重。但典型的太陽高能粒子能量較低，意味著它們不及銀河系宇宙線對人的傷害。

遺憾的是，如果移民火星，火星上的輻射主要是銀河系宇宙線。研究發現，火星缺乏磁場（磁場為地球提供了另一個保護層），而且火星的大氣層只有地球大氣層厚度的1%，但是火星的大氣層還是擁有一個巨大的屏障來阻擋快速移動的危險宇宙粒子。

美國國家航空航天局發射的“好奇”號火星車（探測器）飛行了5.63億千米才于2012年8月6日到達火星，在火星的伊奧利亞平原著陸?；鹦擒嚿系妮椛湓u估探測器（RAD）測量了火星表面的宇宙線輻射劑量，結果令人鼓舞，宇宙線輻射劑量只有星際空間中的一半，約每年0.28～0.73西弗，這對人體來說是可以接受的。

通俗地講，人體暴露在這樣的輻射劑量下36個月而不采取任何措施，患上嚴重輻射病的概率只有1%。這似乎為人類登上火星掃除了最主要的障礙。但是，一個重要的問題被忽略了，即人們移民火星的路途上如何避免更為強大的輻射，主要也是宇宙線輻射?！昂闷妗碧柣鹦擒囀?011年11月26日啟程的，到達火星用了近9個月（253天）的時間。正是在這個火星之旅中，美國西南研究院研發的輻射評估探測器在太空艙內部對銀河系宇宙線和高能粒子輻射環境進行了細致的測量，一項研究結果于2013年5月31日發表在《自然》雜志上。

根據輻射評估探測器對火星車的太空艙內部的探測發現，就累計輻射劑量而言，前往火星的途中，人們相當于每五六天接受一次全身CT掃描?；鹦擒囋谘埠酵局薪邮艿你y河系宇宙線照射劑量相當于每天1.8毫西弗。如果采用現有航天推進系統往返火星，在往返途中接受的總輻射劑量大約是0.66西弗。

當然，這樣的輻射劑量不會立即致命，但是0.66西弗的輻射已經超過了美國國家航空航天局規定的輻射劑量的上限。長時間暴露在1西弗輻射環境中可使致命癌癥發生率增加5%，美國國家航空航天局規定，近地軌道航天員的致命癌癥概率風險應控制在3%以內。

同樣是來自“好奇”號火星車攜帶的輻射評估探測器開展的首次火星地表環境的輻射水平評估的另一項結果卻令人沮喪。輻射評估探測器設備首席科學家唐納德·哈斯勒等人發表在《科學》雜志上的另一篇文章稱，考慮在數百萬年的時間尺度上，火星地表環境中的輻射水平對于任何生活在火星地表乃至淺地表數米深土壤層之中的微生物而言都將是致命的。

對人類而言，如果火星之旅在一年以上，則可能因為太空輻射而引發癌癥、中樞神經受損、白內障、不育癥、長時間失重引發骨質疏松、肌肉萎縮、視力下降和極度孤獨引發心理問題等。當然，這些問題隨著科學的發展可能會得到解決，例如，提高航天推進系統的能力以縮短在太空旅行的時間，以及研制更能防止太空輻射的航天器。但是，目前的技術只能研制抵御來自太陽高能粒子輻射的太空飛行器，卻對銀河系宇宙線難以阻擋，就算飛船的外殼用30厘米厚的鋁板制成，也不會降低多少輻射劑量。

太空中吃什么？

移民太空還必須解決吃飯問題。

中國此次到達太空的航天員景海鵬和陳冬吃什么呢？當然不是太空為他們預備了如地球上那樣的美味佳肴，而是從地球上帶去的航天食品，保質期在一年以上。所以，即便航天員可以享受如同在家中生活一樣一日三餐的待遇，吃飯時間與地面同步，包括主食、副食等六大類產品，醬牛肉、魚香肉絲等傳統菜肴，5天之內菜譜不會重樣等，但口感也有可能與地面的并不一致。

不過，最大的問題是，如果不靠從地面上帶食物，能否在太空，如空間站或其他星球，如火星上種植莊稼，生產食物，自給自足?，F在，國際空間站已經開始嘗試種植蔬菜，并且有了結果。

1983年美國總統里根首先提出國際空間站（ISS）的設想，后來共有16個國家參與，于1993年完成設計，開始實施。這16個國家中，既有美國、俄羅斯、加拿大、比利時、丹麥、法國、德國、意大利等國，也有南非、巴基斯坦、馬來西亞等國家，但中國被排斥在外。

2015年8月生活在國際空間站內的航天員們首次品嘗了他們在太空種植出來的生菜。這些生菜的種子是此前由“龍”號宇宙貨運飛船送入空間站的，航天員們在特殊的“蔬菜盒子”里種植這些種子，“蔬菜盒子”是美國威斯康星的麥迪遜軌道技術中心設計出來的。

“蔬菜盒子”的底層由土壤和化肥組成，由于在太空不能給蔬菜澆水，底層的下層設計有特殊的灌溉系統，盒子內還安裝了紅綠藍三色的LED燈以模擬地球上的日照來促進蔬菜生長。生菜的種子被撒放在底層上，共生長了33天。在生菜成熟后，國際空間站的航天員林德格林戴著藍手套，用鑷子從盒子里面收獲了這些生菜，他自己和其他幾名航天員都品嘗了生菜。

品嘗太空生菜后的航天員認為“味道好極了”，有些像“芝麻菜”。國際空間站能種植生菜意味著未來也能種植其他蔬菜，如西紅柿、豆角和水果，如藍莓，甚至種植糧食作物，這也為未來移民火星提供了現實基礎。因為，到達火星和其他星球需要耗時數月、甚至數年，并且到達火星和其他星球后也面臨食物的問題，這就需要在火星及其他星球上種植作物。

其他困難

但是，現在研究人員還不能證實火星上是否能種植作物。

美國國家航空航天局早就在進行模擬移民火星的試驗，最著名的就是“夏威夷太空探索模擬和仿真”試驗項目，由美國國家航空航天局人類研究項目、夏威夷大學以及康奈爾大學共同開展，旨在觀察試驗成員心理和生理上的情況，以評估在未來的火星之旅中，航天員可能遭遇到的風險。

這個項目已進行過4次試驗，最初兩次為期4個月，第3次在2014年開展，持續了8個月。2015年8月又進行了時間最長的一年時間的試驗，有美國、德國和法國的6名研究人員參加。他們于2015年8月29日進入位于夏威夷冒納羅亞火山的圓頂屋，進行為期一年的模擬火星移民生活。

夏威夷冒納羅亞火山被認為是最接近火星生存環境的地區之一。該地區海拔2400多米，非常貧瘠，幾乎寸草不生。研究人員在熔巖區一座直徑11米、高6米的圓頂屋里生活。這個圓頂屋密閉性絕佳，通過回收利用室內空氣，實現氧氣自給。圓頂屋旁還裝有用于供電的太陽能板。研究人員擁有自己的小房間，可以放下一張輕便小床和桌子。

研究人員平日的生活也盡量“假裝在火星”，如果需要走出圓頂屋，必須穿上宇航服。但是，遺憾的是研究人員在一年內吃的食物大部分都是冰凍、去水分的加工食品，如奶酪粉和金槍魚罐頭。因此，研究人員并不能試驗是否在火星上可以種植莊稼。盡管如此，試驗組成員之一、法國的科學家西普里安稱，在不遠的未來，移民火星是可以實現的，無論科技上還是身體上的阻礙，都可以克服。

話雖如此，但如果不能解決食物供給，移民火星其實是一句空話。生存的基礎在于食物和能量供給，如果在火星上不能種植和飼養牲畜以實現食物的自給自足，就不能在火星生存。目前看來在火星上種植作物的可能性極其微小。作物的生長需要水、土壤、空氣、陽光、肥料，甚至還需要重力。目前，作物生長的這些條件在火星上都不具備。以重力而言，火星上的重力比地球上要小很多。

不過，在火星那樣的微重力情況下作物是否正常生長，還需要實驗證明。而且可以參照國際空間站種植蔬菜的方法種植作物，但是需要特殊的種植盒子。此外，在火星上大面積種植糧食作物還需要設計大棚，就像地球上的溫室大棚一樣。這也需要實驗來驗證。

另一方面，現在和未來的研究還必須徹底弄清到底火星上的輻射環境是否對人類無害，并且要解決在火星上生存的另一些大問題，如火星上白天和夜晚相當可怕的溫差，在白天時火星赤道附近的溫度為21℃;但是由于大氣層很薄，到了晚上溫度會驟降到平均-73℃;同時，火星上還缺氧，火星上的大氣層有約95%的二氧化碳，要讓火星大氣中的氧含量和地球相同，可能需要花上1000年的時間。

因此，即便人類可以移民火星，也將是時間遙遠，道阻且長，并非2030年就可實現。不過，所有的困難也可能不會阻礙鐵了心要探索和移民火星的人類。

【責任編輯】張田勘