移居太空的代價

薩拉·斯科爾斯

美國航空航天局（NASA）希望能在幾年之內讓宇航員重返月球，他們正在大力投資“阿爾忒彌斯”（Artemis）登月計劃來實現這一目標。而更加宏偉的目標——在地球之外建立永久人類基地，也是計劃的一環。為此，美國聯合發射聯盟（United Launch Alliance）等公司正在設計人類月球棲息地的基礎設施。美國太空探索技術公司（SpaceX）也宣布將會殖民火星。但這些計劃是否切實可行？前往太空尋找新家園定居是一個宏偉的夢想，但離開地球卻面臨著生理、心理、經濟、倫理等諸多方面的挑戰。考慮到外太空似乎在處處針對人類，生活在地球之外將會有多困難？

從模擬開始

經過演化，人類已適應了地球上的環境。一旦離開地球，無論在身體上還是心理上，我們都將遭遇風險。而宇宙射線帶來的癌癥風險、微重力對人體的影響等諸多問題可能會從根本上遏制移居太空。此外，想要在地外世界維持生存，目前也沒有可靠的經濟模式。從歷史的角度來看，支持在這方面花很多錢的人并不多。很多人對太空殖民持樂觀態度，但他們仍未解決這一過程帶來的棘手倫理問題。

在美國亞利桑那州圖森市附近，研究人員建造了一座封閉的地球生物圈實驗設施“生物圈2號”（Biosphere 2），用以模擬太空基地。2023年這里舉辦了模擬宇航員大會，科學家和太空愛好者都齊聚于此。對于他們而言，所有的問題似乎都可以迎刃而解，未來的發展也早已是定局：太空是人類的歸宿，是我們終將抵達的目的地。

與會者都清楚，這是一個宏偉的夢想。生物圈2號的首席架構師菲爾·霍伊斯在會議的開場演講中總結了他們的展望：“將你的心丟向前方，然后迎頭趕上。”這是幾十年前第一批隊伍在這里扎營時發表的祝酒詞。幾十年后，他又引用了這段話。

但問題仍然是，我們是否有能力追得足夠快？而更根本的疑問是，我們有意愿追上嗎？

太空旅行削弱身體

1991年，8個人進入生物圈2號，并在其中生活了兩年。這個奇特的設施其實是一座人造綠洲，占地約12700平方米，科學家在這里重建了不同的陸地環境。人造綠洲里有海洋、紅樹林、熱帶雨林、稀樹草原和霧沙漠，就像雜草叢生的植物園一樣，但所有這些都與它們模擬的星球隔離開來。除了理解生態和地球本身之外，實驗的另一個目標是探索人類未來該如何在太空中生活。顯然，在太空中，人類必須為自己創造一個能自給自足、自我維持的環境。為此，研究人員在生物圈1號（我們賴以生存的地球生物圈）中建立了人造的生物圈2號，并在這里開展了生態實驗。遺憾的是，這場實驗并沒有成功。封閉的環境無法為其中的居民帶來足夠的氧氣、水或食物——當然，未來月球或火星上的居民也可能會遇到這一系列問題。同時，居民之間的人際沖突和心理問題也影響了第一次任務和幾年后的第二次任務。

如今，參與生物圈2號等項目（在地球上模擬長期太空旅行）的人被稱為模擬宇航員。盡管這是一項小眾追求，但它也很受歡迎：南極洲、美國的猶他州、夏威夷州和得克薩斯州都有類似的設施。阿曼、肯尼亞和以色列也正建造和規劃建設類似的設施。他們都有一個共同的目標：在地球上學習如何在地外生活。

沙漠的斜陽在人造綠洲的玻璃外墻上投射出粉紅色的光影，露臺上的人們模糊于其中，他們都是模擬世界的一部分。其中的一些人參與過模擬項目，或者自建過模擬宇航員設施；另一些人只是對模擬宇航員感興趣。天文學家、地質學家、退伍軍人、快遞員、醫務工作者、藝術家、律師、音樂家等各行各業的人齊聚一堂，當晚，他們換上了《星球大戰》（Star Wars）的服裝。太陽落山后，許多人看著升起的月亮，心中期待人類未來能在那里定居。

人類的軀體確實無法應對太空。太空飛行會損害DNA，改變微生物組，擾亂晝夜節律，損害視力，增加癌癥風險，導致肌肉和骨骼流失，抑制免疫系統，削弱心臟功能。除此之外，微重力還會讓體液流向頭部，長期來看，這可能會對大腦產生病理性影響。

美國加利福尼亞大學舊金山分校的醫學研究員索尼婭·施雷普弗曾深入研究過困擾太空探索者的兩種病癥。利用國際空間站中飄浮的小鼠，她發現通向大腦的血管會在微重力下變得更僵硬。這就是為什么現在的宇航員在返回地球后，無法徑直走出太空艙。在火星上也會發生同樣的狀況，但宇航員抵達那里后，卻沒人能將他們運送到新的庇護所。不過，施雷普弗和同事確實發現了一種分子信號通路，或許能預防心血管硬化。她說：“我試圖理解的問題是，我們需要這樣做嗎？”施雷普弗認為，也許血管硬化是一種身體自我保護的機制，而軟化血管反而會導致其他問題。

她還希望找出幫助宇航員應對免疫系統減弱的方法。在太空中度過一段時間后，宇航員的免疫系統會老化，這導致他們更難修復身體的組織損傷。施雷普弗說：“免疫系統在微重力環境下的衰老速度相當快。”她在年輕且健康的人群中采集了生物樣本，并存放到組織芯片上，然后將其發送到地球軌道，追蹤這些樣本的老化情況。

太空旅行更為嚴重的一個副作用則是視力和骨骼問題。當宇航員在太空中停留一個月或更長時間時，他們的眼球會變得扁平，這是航天神經眼綜合征（spaceflight-associated neuro-ocular syndrome，SANS）的癥狀之一，可能會對視力造成長期損害。在地球上，人體的肌肉和骨骼早已習慣始終存在的重力，為了抵抗重力而進行的站立和移動也可以防止肌肉萎縮，同時刺激骨骼生長。但在太空中，由于沒有外力的驅動，宇航員骨骼流失的速度會超過生長速度，他們的肌肉也會萎縮。因此他們每天必須進行數小時鍛煉，并使用專門的設備模擬地球上的重力，但即使這樣也不能完全避免所有影響。

然而，身處外太空最令人擔憂的可能是輻射問題。對于在近地軌道飛行的宇航員來說，身體接受輻射的強度是可以控制的。但對于遠距離、長時間太空旅行的人來說，這將是一個嚴峻的問題。太陽噴射出的一些粒子可能會損壞他們體內的DNA，尤其是在太陽風暴期間。美國貝勒醫學院教授、空間健康轉化醫學研究所（TRISH）所長多里特·多諾維爾說：“這可能會讓你病得很重，引發急性輻射綜合征。”

未來的宇航員或許可以用水來保護自己免受輻射粒子的侵害。但問題在于，科學家并不清楚太陽何時會噴發大量粒子。多諾維爾說：“假如此刻宇航員正在探索月球表面，而太陽粒子事件即將發生，我們最多只能提前20到30分鐘預測它。”這意味著，我們需要更好的預測和監測太陽活動的能力，同時需要宇航員靠近他們的水盾。

如果宇航員沒有及時找到安全的庇護所，首先會出現惡心的癥狀。“你會吐到宇航服里，” 多諾維爾說，“這可能會危及生命。”因為嘔吐物可能會干擾生命維持系統，或者你可能會因吸入嘔吐物而窒息。接著，中性粒細胞和紅細胞等細胞會耗盡，這意味著你無法再有效地對抗細菌，或為身體組織提供氧氣。你會感到疲倦、貧血，同時繼續嘔吐，而體內會暴發感染——你或許會因此死亡。

還有另一種輻射——銀河宇宙線，即使有很多水也無法阻擋它們。這種輻射由高速移動的粒子組成——大部分是氫原子核，但也包含元素周期表中的每一種天然元素。這些射線來自超新星等天體，其能量和質量遠超單純的質子。多諾維爾表示，“我們無法完全保護宇航員”免受它們的輻射。而這種情況會使問題變得更糟：這些宇宙線在撞擊到障礙物時會分裂，產生更多、更小的粒子。

對于前往火星的宇航員，旅途中接收的銀河宇宙線輻射劑量通常相當小。但如果你在宇宙飛船或行星表面待了很多年，這些影響就會積少成多。多諾維爾說，想象一下，你在一個只有幾只蚊子（無法打死）的房間里。5到10分鐘可能還好。但幾天？幾個月呢？你會被叮更多的包，變得奇癢難耐。而在外太空，積攢的則是更高的癌癥風險。

然而，對宇宙線實現完全隔離是不現實的，因此多諾維爾的空間健康轉化醫學研究所正在研究如何幫助宇航員修復輻射損傷，并研發修復DNA損傷的藥物供宇航員口服。多諾維爾說：“所有人都在等身體接受輻射后引發癌癥，然后思考如何戰勝癌癥，但我們想采取預防措施。”

但即使解決了宇航員大部分的身體問題，大腦仍是一個問題。根據對現有宇航員和模擬宇航員的研究，一篇于2021年發表在《臨床神經精神病學》上的綜述論文列出了宇航員在太空航行中面臨的心理風險：情緒調節能力下降，適應能力降低，焦慮和抑郁加劇，團隊內部溝通越發困難，睡眠障礙加劇以及壓力導致的認知和運動功能下降。為什么會出現這些問題？請想象一下自己和一小群人一同待在一個密封的罐子里，外部是致命的環境，內部則是一成不變的日程安排、不自然的晝夜節律和任務指揮人員的持續監視。這些因素都很容易導致心理問題。

未知的經濟挑戰

身體和心理問題雖然嚴重，卻并不一定是實現定居太空最直接的障礙。更大的問題是經濟成本，應該由誰來支付這樣高昂的成本？那些太空企業的億萬富翁可不一定會因為利他主義或冒險精神資助太空殖民。商業航天公司是企業，而企業的目標是盈利。“有商業案例可以證明這類投資可能盈利嗎？”美國哈佛大學商學院教授、太空經濟學研究項目的負責人馬修·魏因齊爾問道。

在過去的幾年里，魏因齊爾和同事布倫丹·魯索一直在探究太空探索、離開地球的需求究竟是什么。魏因齊爾說：“太空旅行服務的供應在增長，成本也在下降，但需求方是誰呢？”畢竟，太空公司歷來是孤立的：一群專家為另一群專家創造東西，而不是面向更廣闊的世界提供商品或服務。即使是SpaceX這樣的商業公司，在大多數時候也是依靠政府合同的支持。這些公司的領導時常忘記他們應該貫徹的資本主義——開拓市場，獲取盈利。他們只是對火箭、零件之類的技術感到興奮。魯索說：“但技術可行性與強有力的商業案例并不一定是等價的。”

如今，一些私營航天公司正提供商業航天旅行服務，他們的目標客戶是一些游客，而不是聯邦合同。但與政府支持的宇航員不同，這些游客并沒有受到同樣安全的監管規定的保護，一起意外事故就可能扼殺太空旅游業。同樣令人窒息的是，可能只有一部分有錢人愿意定居在火星這樣的地方，而不是在大氣層上方短暫地乘飛船旅行一圈。因此，永久性太空殖民地的商業案例也會失敗。

人們傾向于將太空探索比作地球上的開疆拓土。但在地球領土的邊緣，人們尋求的是黃金礦產，或是更多適用于耕種的土地。而在太空中，探索者根本無法確定目的地的價值。魏因齊爾指出：“因此，我們必須謹慎地思考，不能假定太空探索一定有所回報。”

魏因齊爾和魯索發現，人類未來會定居太空的想法很鼓舞人心，但從經濟學角度看，他們無法確定這會在何時、以何種方式實現。畢竟，鼓舞不能支付賬單。魯索說：“我們很樂意看到這種事情發生——我想大多數人都會喜歡的——只要不是我們出錢。”

盡管太空愛好者可能會難以接受，但大多數人并不那么重視宇航員的太空冒險。2018年，皮尤民意調查要求受訪者為NASA的9項關鍵任務進行重要性評級，分別為“最高優先級”“次優先級”或“不太重要/建議放棄”3類。結果顯示，只有18%和13%的人認為將人類送上火星或月球是當務之急，位列優先級列表的底部。相較之下，監測地球氣候變化、監視危險的小行星和太空基礎科學研究都更受歡迎一些。

美國晨間咨詢公司2020年的一項民意調查發現，只有7%到8%的受訪者認為將人類送上月球或火星應該是首要任務。盡管歷史傾向于認為，上一次月球探索時代的人們對太空飛行熱情高漲，但民意調查表明事實并非如此：“在整個20世紀60年代，多數美國人都認為阿波羅計劃付出的代價是不值得的，只有1969年 7月阿波羅11號登月時進行的民意調查出現過一次例外。”歷史學家羅杰·勞尼厄斯在一篇發表于《太空政策》的論文中這樣寫道：“在這十年中，始終有45%到60%的美國人認為政府在太空方面投入過多，這也表明他們對太空旅行計劃缺乏信心。”

當航天局的工作人員談論起為什么人們應當關心太空探索時，他們經常會說這是為了人類的利益。有時他們會列舉一些由太空旅行發展而來的對公眾有益的技術，比如望遠鏡鏡片的創新推動改進了激光眼科手術。但對于NASA的合作顧問琳達·比林斯而言，這種論述并沒有意義。她表示，如果對發展某項技術感興趣，應該直接投資私營企業，而不是通過航天機構間接地投資，后者的開發不可避免需要耗費更多的時間、更高的成本，卻無法很輕易地應用在地球上。她說道：“我沒有看到NASA提供的任何證據能夠表明，（定居太空）會造福人類。”

至少美國圣塔克拉拉大學的布萊恩·帕特里克·格林認為，稅收是否應該用于支持太空旅行是一個科學倫理問題。格林在馬紹爾群島擔任教師時，對科學倫理問題產生了興趣。美國曾在那里引爆過核武器，對環境和當地人的健康造成了持續的傷害。現在，這些島嶼正面臨海平面上升的威脅，海水很可能會淹沒大部分基礎設施，侵蝕海岸并縮減可用的土地面積。他說道：“這讓我對技術在人類社會中的作用非常感興趣。”

科學倫理的疑問

在太空旅行中，“為什么？”或許是最重要的倫理問題。格林問道：“來這里的目的是什么？我們要實現怎樣的目標？”他自己的回答是這樣的：“最大的價值在于讓我們知道，我們可以做到這件事——如果我們很努力，就能實現自己的目標。這會讓人們凝聚在一起。”但這樣哲學性的好處必須與更具體的成本一起考量和權衡，例如其他項目——地球科學研究，向其他星球發送機器人的任務，或者在我們這顆星球上蓋一些經濟適用房——如果資金都流向月球、火星或是半人馬座阿爾法星，這些目標就都無法實現了。

格林也提出了一個更簡單的倫理問題：“我們真的應該派人去做這些事嗎？”除了面臨罹患癌癥和身體機能退化等重大風險外，前往另一個世界定居的宇航員很可能會失去生命。即使能夠存活，他們能擁有怎樣的生活質量也是一個問題。格林說：“生存是一回事，能夠享受生活又是一回事。生活在火星上會不會等同于酷刑？”

如果仍要嘗試太空旅行，我們也必須理解這對天體也存在威脅——不論是對于宇航員想去的那些行星，還是他們最終需要返回的這顆行星。月球、火星以及歐羅巴可能會被地球微生物污染。盡管NASA為了“行星保護”曾嘗試根除航天器上的微生物，但卻從未成功過。

而如果外星世界存在未知的生命，那么有害的外星微生物也可能會隨宇航員或航天器一起返回地球，這種針對行星安全的風險也被稱為“反向污染”。為了維持探索者發現的地方原封不動，他們應盡到怎樣的義務？撇開我們能否在地外生存的問題，為了自身和宇宙，我們是否應該這樣做，也值得考慮。

在這個問題上，科幻小說家加里·韋斯特法對太空旅行的內在價值提出了質疑。在深入分析過科幻小說后，他開始認為這項宏圖的邏輯和動機是有缺陷的。在談到創作《反太空案例》這篇文章的動機時，他講道：“我總是碰到相同的觀點：太空旅行代表了人類的命運。”和留在家鄉的人相比，太空探索者通常被描繪成更勇敢、更優秀的人，他們是推動文明前進的人。韋斯特法說：“從哲學上來說，我反對‘探索未知的人是人類最優秀、最聰明的代表‘只有大膽進入未知領域，才能取得進步這些觀點。”畢竟，很多聰明、高效的人（更不用說很多快樂、穩定的人）不會在逃亡中度過一生。他總結道：“顯然，歷史證明，旅行和美好品質之間沒有關聯。人類自身的歷史早已給出了明確的提示：進步來自地球上持續且穩定存在的生命，而一項龐大的太空旅行計劃將導致人類進入一段新的停滯期。”

但在某些方面，對簡單生活的渴望也是太空探索的驅動力之一。宇航員只能和少數幾個人相處，否則會感到痛苦不安——這是在村莊中更常見的集體生活方式。他們必須像網絡購物出現之前的人一樣，湊合著用附近的物資，或者自己動手建造。與那些超出接觸范圍的人溝通，也會變得異常緩慢且困難。他們有著嚴格卻簡單明確的工作時間表。但想實現任何事都需要掙扎；沒有任何便利可言。與身處信息數字化聯通的現代環境不同，他們的注意力不再會被分散到多個地方，而是集中在當下。至少，這是模擬宇航員阿什莉·科瓦爾斯基在SIRIUS 21任務中的感受。這是一項為期8個月的美俄聯合“月球任務”，在莫斯科的一個封閉空間內進行。

在生物圈2號模擬宇航員大會上，科瓦爾斯基講述了她參與這項任務的經歷，她的演講標題為《僅八個月》。這八個月的目標是研究隔離對生理和心理的影響。她和隊友需要定期提供血液、糞便和皮膚樣本，以便研究人員了解他們的壓力水平、代謝功能和免疫系統的變化。研究人員還讓他們進行心理測試，探查他們的時間感知能力、認知能力以及社交能力的變化。在實驗中，他們必須像宇航員一樣吃東西，狼吞虎咽地吃下西西里比薩凝膠或是漢堡凝膠。科瓦爾斯基更喜歡把它們擠到湯中，讓餐食更豐富。借助溫室種植，他們6個人每3周能吃上一頓沙拉。

科瓦爾斯基當然懷念自由、美食和朋友，但真正的煎熬卻是隔離結束后回到現實世界。她在大會上說，“重返地球，而不是重返大氣層”是最困難的。她不記得如何交朋友，不記得自己的愛好和工作，在處理來自任務控制中心以外的各種任務時都感到很困難。在演講后的問答環節，臺下的地質學家塔拉·斯威尼對科瓦爾斯基講述那段經歷表達了感謝。斯威尼剛剛結束南極洲的長期駐留，也不太清楚如何再融入更宜居的、熱情好客的環境。他們都很想念“地球”，畢竟這才是真實的世界。但回到現實總是很難。

盡管考慮了可能面臨的諸多困難，模擬宇航員大會的與會者仍然很樂觀。“我們接下來會去哪里？”會議創始人、真正的宇航員沙恩·普羅克特發問道。這時，觀眾會應聲指向天空：“去月球！”

模擬宇航員的工作并不能解決有關太空旅行最棘手的那些問題——醫療問題、經濟問題、倫理問題等。當所有人都在等待，看看我們是否會離開地球、是否應該離開地球時，這些地球上的宇航員雖不能徹底離開，卻仍會繼續逃離地球。（圖文由《環球科學》雜志社供稿）

（摘自2023年12月21日《光明日報》）